电磁波产生的基本原理与天线的基本介绍

一、 电磁波产生的基本原理

按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在其周围空间要产生变化的磁场，而变化的磁场又要产生变化的电场。这样，变化的电场和变化的磁场之间相互依赖，相互激发，交替产生，并以一定速度由近及远地在空间传播出去。

周期性变化的磁场激发周期性变化的电场，周期性变化的电场激发周期性变化的磁场。

电磁波不同于机械波，它的传播不需要依赖任何弹性介质，它只靠“变化电场产生变化磁场，变化磁场产生变化电场”的机理来传播。

当电磁波频率较低时，主要籍由有形的导电体才能传递；当频率逐渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能反回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。

根据以上的理论，每一段流过高频电流的导线都会有电磁辐射。有的导线用作传输，就不希望有太多的电磁辐射损耗能量；有的导线用作天线，就希望能尽可能地将能量转化为电磁波发射出去。于是就有了传输线和天线。无论是天线还是传输线，都是电磁波理论或麦克斯韦方程在不同情况下的应用。

对于传输线，这种导线的结构应该能传递电磁能量，而不会向外辐射；对于天线，这种导线的结构应该能尽可能将电磁能量传递出去。不同形状、尺寸的导线在发射和接收某一频率的无线电信号时，效率相差很多，因此要取得理想的通信效果，必须采用适当的天线才行！　　研究什么样结构的导线能够实现高效的发射和接收，也就形成了天线这门学问。

高频电磁波在空中传播，如遇着导体，就会发生感应作用，在导体内产生高频电流，使我们可以用导线接收来自远处的无线电信号。

二、天线

在无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波，或者将无线电波转换为导波能量，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。发射机所产生的已调制的高频电流能量（或导波能量）经馈线传输到发射天线，通过天线将转换为某种极化的电磁波能量，并向所需方向出去。到达接收点后，接收天线将来自空间特定方向的某种极化的电磁波能量又转换为已调制的高频电流能量，经馈线输送到接收机输入端。

综上所述，天线应有以下功能：

１． 天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统，其次要求天线与发射机或接收机匹配。

２． 天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上，或对确定方向的来波最大限度的接受，即方向具有方向性。

３． 天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。

４． 天线应有足够的工作频带。

这四点是天线最基本的功能，据此可定义若干参数作为设计和评价天线的依据。

把天线和发射机或接收机连接起来的系统称为馈线系统。馈线的形式随频率的不同而分为又导线传输线、同轴线传输线、波导或微带线等。所以，所谓馈线，实际上就是传输线。

天线的电参数

天线的基本功能就是能量转换和定向辐射，所谓天线的电参数，就是能定量表征其能量转换和定向辐射能力的量。

1. 天线的方向性

衡量天线将能量向所需方向辐射的能力。

主瓣宽度：

主瓣宽度是衡量天线的最大辐射区域的程度的物理量。越宽越好。

旁瓣电平：

旁瓣电平是指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣的电平。实际上，旁瓣区是不需要辐射的区域，所以其电平越低越好。 （天线辐射的主瓣旁瓣类似方波信号的频谱图）

前后比：

前后比指最大辐射方向（前向）电平与其相反方向（后向）电平之比。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比F / B 的计算十分简单--- F / B = 10 Lg {（前向功率密度） /（ 后向功率密度）}

方向系数：

在离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度之比。这是方向性中最重要的指标，能精确比较不同天线的方向性，表示了天线集束能量的电参数。

2. 天线效率

天线效率定义为天线辐射功率与输入功率之比。