2020-08-13 08:55:53
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其實(shí)，天線(xiàn)接收電磁波信號完全可以依照法拉第的切割磁力線(xiàn)原理和電場(chǎng)空間電勢差感應原理兩類(lèi)來(lái)分析和理解。電磁波可以看做空間交變的電磁場(chǎng)，因此具有電場(chǎng)和磁場(chǎng)兩種交替變化的存在形式。
磁感應天即磁場(chǎng)天線(xiàn)，比如中波收音機的磁棒天線(xiàn)，依靠鐵氧體磁矩單元參與電磁波磁場(chǎng)分量導致的磁化。增強交變磁場(chǎng)的強度，繞在磁棒上的線(xiàn)圈就能得到切割磁力線(xiàn)電信號，縮小了體積。如果磁棒和電波傳播方向垂直，磁力線(xiàn)最少，感應電流也最小，因此磁場(chǎng)天線(xiàn)具有明顯的方向性。由于環(huán)境中電氣設備包括自然界雷電主要產(chǎn)生近電場(chǎng)干擾，而磁性天線(xiàn)可以嚴格屏蔽電場(chǎng)，因此早期廣泛應用于無(wú)線(xiàn)電中短波測向設備中，直到GPS出現之前還用來(lái)做無(wú)線(xiàn)電導航。磁場(chǎng)天線(xiàn)還有不用磁芯的各種波長(cháng)比例的環(huán)形天線(xiàn)等，航海電臺通信由于場(chǎng)地限制，至今還有環(huán)形寬帶天線(xiàn)在使用。個(gè)人感覺(jué)，磁場(chǎng)天線(xiàn)作為接收天線(xiàn)的更大優(yōu)勢還不是體積，更主要在于抗電火花干擾，尤其是發(fā)動(dòng)機和其他電氣干擾，因此這種天線(xiàn)還具一定的生命力。
電場(chǎng)天線(xiàn)可以理解成是一對開(kāi)放式的導線(xiàn)電容極板，也就是通常說(shuō)的偶極天線(xiàn)，其他的電場(chǎng)天線(xiàn)都是基于偶極天線(xiàn)的變形，比如把大地當做偶極天線(xiàn)的一個(gè)極，就只需要一根天線(xiàn)即可，比如遙控玩具天線(xiàn)，汽車(chē)、坦克天線(xiàn)等等，但是其本質(zhì)還是偶極天線(xiàn)，甚至許多奇形怪狀的微波天線(xiàn)或應用分布參數的天線(xiàn)究其根本其實(shí)還是偶極天線(xiàn)的變形， 不排除有的其實(shí)是環(huán)形磁場(chǎng)天線(xiàn)的可能。
電場(chǎng)天線(xiàn)的接收原理就是利用兩根導線(xiàn)式的電容極板感應空中電場(chǎng)分布的電勢差，兩根導線(xiàn)相當于一個(gè)空間開(kāi)放的電容器，與電感或接收前端器件形成交流回路，從而到感應電流，這種方式與磁場(chǎng)天線(xiàn)有本質(zhì)的不同，是真正直接感應電磁波在幾何空間位置形成的電勢差，甚至可以直接理解成高頻交流跨步電壓，只要兩根極板(注意用了根和極板的字眼)在電場(chǎng)分布空間中有電勢差就能感應出電信號，這就是為何接收機有時(shí)候并不需要太長(cháng)的天線(xiàn)，甚至人體接觸天線(xiàn)端就能大大改善接收效果的原因。也正是因為要有空間電勢差的幾何空間條件，因此和磁場(chǎng)天線(xiàn)一樣并不是在任何位置都能得到信號，比如偶極天線(xiàn)的極化方向與電臺天線(xiàn)垂直，就形不成電勢差，也許就什么都收不到了!
由于電磁波是一種周期變化的波動(dòng)能量，所有波動(dòng)能量傳遞的規律和原理都適用。最簡(jiǎn)單的案例就是蕩秋千，就是一個(gè)典型的波動(dòng)能量傳遞實(shí)例。其能量形式在勢能和動(dòng)能之間周期轉換，類(lèi)似電磁波在電場(chǎng)(電勢能)和磁場(chǎng)(電動(dòng)能)之間的交變。經(jīng)驗告訴我們，蕩秋千的時(shí)候并不是任何時(shí)機用力都可以，而是在最高位置準備回蕩的那一瞬間開(kāi)始反向用力才是最佳時(shí)間，天線(xiàn)接收或發(fā)射信號也存在這個(gè)問(wèn)題，所以最好也要同步，否則收到的信號會(huì )被抵消削弱。注意同步的意思就是用力的節奏、反向的改變和秋千的固有節奏是相同的，也就是通常說(shuō)的諧振。電容儲存電勢能，電感則儲存磁能，磁能可以看做電動(dòng)能，天線(xiàn)接收回路就涉及電場(chǎng)天線(xiàn)要配合適合的電感，而磁場(chǎng)天線(xiàn)要有適合的電容形成共振的條件問(wèn)題。高頻交流信號在偶極天線(xiàn)導線(xiàn)中的傳輸還有其重要的特點(diǎn)，隨著(zhù)這對導線(xiàn)的長(cháng)度與對應波長(cháng)的比例不同會(huì )表現出電容性和電感性，當這對導線(xiàn)的長(cháng)度具有的電感量和電容量恰好是共振條件時(shí)候就是理想的接收或發(fā)射天線(xiàn)。能量傳遞和轉換的最佳效率還有一個(gè)重要共性，就是一方發(fā)出的能量要恰好被另一方全部吸收就稱(chēng)為匹配，天線(xiàn)中用阻抗匹配來(lái)考量，例如蕩秋千，即便在恰當的時(shí)機用力，如果用力不當也起不到好的效果，例如用力太大由于系統慣性會(huì )有多余的反作用力形成反彈也就是常說(shuō)的無(wú)用功、而用力太小顯然也不好，這兩種情況和不同步用力一樣也會(huì )造成秋千蕩起來(lái)困難的結果，只有恰當的時(shí)機、恰當的力度才能使秋千輕易蕩起來(lái)，天線(xiàn)也是這樣的，恰當的時(shí)間就是諧振，恰當的力度就是阻抗匹配。