2. 天线的基本理论

2.1  天线的发展和应用概况

  人类之间的通信最早是通过话音的方式来完成的，当然，它仅限于近距离的信息交流。为实现远距离通信，在人类文明发展的历史上曾先后出现了鼓、旗语、烟火等可视方法，这些原始的“光通信”方式当然都利用了电磁波谱中的光波部分。直到近代，无线电波—电磁波谱中可见光以外的部分才在通信中渐渐得到了应用。

    凡是靠电磁波传递信息的无线电技术设备，如广播、电视、通讯、导航、雷达等，天线是必不可少的重要组成部分。根据IEEE有关天线术语的标准定义，天线定义为“辐射或接收无线电波的装置”。换言之，天线提供了由导行波向·“自由空间”波的转换(接收状态反之)。因此可不借助于任何中间设备，使信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输。

    天线的理论基础是麦克斯韦方程组，由麦克斯韦(James Clerk Maxwell 1831-1879) 1864年提交给英国皇家学会，它将电学和磁学统一到一致的电磁理论中。1887年，德国的物理学家赫兹用试验证明了麦克斯韦关于电磁波运动通过空气传播的预言。1901年，意大利20多岁的研究者马可尼在第一次跨越大西洋的无线电通信中取得成功，在纽芬兰的圣约翰斯接收到发自英格兰波尔多无线电信号。天线早期的发展受到信号发生器实用性的制约，采用德福雷斯特三极管产生高达1MHz的信号后，1920年左右，可调节物理长度的谐振天线(例如半波振子天线)成为现实。在二次世界大战前夕，微波调速管和磁控管信号发生器以及波导管得到了发展，这些促进了喇叭天线的发展。第一部商用微波无线电话系统1934年在英国和法国间开始运营，工作频率为1.8GHz。第二次世界大战期间出现了雷达，雷达工作于超短波、微波频段，微波能量常用波导系统来传输，从而出现了缝隙天线、喇叭口天线、抛物面天线等。60年代以来，由于导弹、卫星、遥感、航天技术和散射通信的发展，对工程天线的要求越来越高。开拓频段、降低噪声、防止干扰、提高精度己经成为天线技术迫切需要解决的问题，于是出现了大量适应相应需求的工程天线，如卡塞格伦天线、单脉冲天线、相控阵天线、微带天线、自适应天线等等。源:自/优尔-·论,文'网·www.youerw.com/

今天，在电子技术发展日新月异的形势下，天线理论与技术水平也在不断的发展和提高，如今天线在人们的社会生活中的重要性已不可或缺，它无处不在，家庭或工作场所，汽车或飞机里，船舶、卫星和航天器的有限空间内甚至可以由步行者随身携带。归纳起来，就天线在电子系统中的应用来说，大体上可以分为广播天线、通信天线、雷达天线、卫星天线和卫星地面站天线等几个方面。例如，移动通信涉及飞机、宇宙飞船、舰船或者陆上交通工具时的需要;对于广播电台电视台，一个传输终端可以支持不限数量的接收用户，而这些用户可能是移动中的，此时通常要采用天线;同时蜂窝移动电话系统等需要使用天线的个人通信器材也很常见。此外，天线还有很多非通信的应用，这些应用包括遥感和工业应用。遥感系统可以有源(如雷达)也可以无源(如辐射计)，并且各自接收来自物体的散射和固有辐射，接收信号经过处理后产生关于物体或环境的信息;工业的应用包括利用微波烹饪和烘干等方面。

2.2  天线的基本原理

    电磁场的一切问题，归根结底都是求解麦克斯韦方程组的问题，分析天线的问题在于求解外施电流分布J产生的场，一般来说，应该根据天线的边界条件求解麦克斯韦方程，外施电流分布在求解过程中得到。一根天线可以看作由许多首尾相接的电流元所组成，这些电流元又称基本振子。基本振子是构成天线辐射的基本单元。只要求得基本振子的辐射场，利用叠加原理即可了解整个天线的辐射情况。基本振子包括点辐射元、电振子元和磁振子元。