2020-08-13 08:55:53
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其實(shí)，天線接收電磁波信號完全可以依照法拉第的切割磁力線原理和電場空間電勢差感應(yīng)原理兩類來分析和理解。電磁波可以看做空間交變的電磁場，因此具有電場和磁場兩種交替變化的存在形式。
磁感應(yīng)天即磁場天線，比如中波收音機(jī)的磁棒天線，依靠鐵氧體磁矩單元參與電磁波磁場分量導(dǎo)致的磁化。增強(qiáng)交變磁場的強(qiáng)度，繞在磁棒上的線圈就能得到切割磁力線電信號，縮小了體積。如果磁棒和電波傳播方向垂直，磁力線最少，感應(yīng)電流也最小，因此磁場天線具有明顯的方向性。由于環(huán)境中電氣設(shè)備包括自然界雷電主要產(chǎn)生近電場干擾，而磁性天線可以嚴(yán)格屏蔽電場，因此早期廣泛應(yīng)用于無線電中短波測向設(shè)備中，直到GPS出現(xiàn)之前還用來做無線電導(dǎo)航。磁場天線還有不用磁芯的各種波長比例的環(huán)形天線等，航海電臺(tái)通信由于場地限制，至今還有環(huán)形寬帶天線在使用。個(gè)人感覺，磁場天線作為接收天線的更大優(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(jī)和其他電氣干擾，因此這種天線還具一定的生命力。
電場天線可以理解成是一對開放式的導(dǎo)線電容極板，也就是通常說的偶極天線，其他的電場天線都是基于偶極天線的變形，比如把大地當(dāng)做偶極天線的一個(gè)極，就只需要一根天線即可，比如遙控玩具天線，汽車、坦克天線等等，但是其本質(zhì)還是偶極天線，甚至許多奇形怪狀的微波天線或應(yīng)用分布參數(shù)的天線究其根本其實(shí)還是偶極天線的變形， 不排除有的其實(shí)是環(huán)形磁場天線的可能。
電場天線的接收原理就是利用兩根導(dǎo)線式的電容極板感應(yīng)空中電場分布的電勢差，兩根導(dǎo)線相當(dāng)于一個(gè)空間開放的電容器，與電感或接收前端器件形成交流回路，從而到感應(yīng)電流，這種方式與磁場天線有本質(zhì)的不同，是真正直接感應(yīng)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)在電場分布空間中有電勢差就能感應(yīng)出電信號，這就是為何接收機(jī)有時(shí)候并不需要太長的天線，甚至人體接觸天線端就能大大改善接收效果的原因。也正是因?yàn)橐锌臻g電勢差的幾何空間條件，因此和磁場天線一樣并不是在任何位置都能得到信號，比如偶極天線的極化方向與電臺(tái)天線垂直，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(guī)律和原理都適用。最簡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(zhuǎn)換，類似電磁波在電場(電勢能)和磁場(電動(dòng)能)之間的交變。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，蕩秋千的時(shí)候并不是任何時(shí)機(jī)用力都可以，而是在最高位置準(zhǔn)備回蕩的那一瞬間開始反向用力才是最佳時(shí)間，天線接收或發(fā)射信號也存在這個(gè)問題，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(jié)奏、反向的改變和秋千的固有節(jié)奏是相同的，也就是通常說的諧振。電容儲(chǔ)存電勢能，電感則儲(chǔ)存磁能，磁能可以看做電動(dòng)能，天線接收回路就涉及電場天線要配合適合的電感，而磁場天線要有適合的電容形成共振的條件問題。高頻交流信號在偶極天線導(dǎo)線中的傳輸還有其重要的特點(diǎn)，隨著這對導(dǎo)線的長度與對應(yīng)波長的比例不同會(huì)表現(xiàn)出電容性和電感性，當(dāng)這對導(dǎo)線的長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。能量傳遞和轉(zhuǎn)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為匹配，天線中用阻抗匹配來考量，例如蕩秋千，即便在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)用力，如果用力不當(dāng)也起不到好的效果，例如用力太大由于系統(tǒng)慣性會(huì)有多余的反作用力形成反彈也就是常說的無用功、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)造成秋千蕩起來困難的結(jié)果，只有恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)、恰當(dāng)?shù)牧Χ炔拍苁骨锴лp易蕩起來，天線也是這樣的，恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間就是諧振，恰當(dāng)?shù)牧Χ染褪亲杩蛊ヅ洹?/p>