Magine伸出你的手，抓住文字，图片和 信息传递。这或多或少是一个 天线 (有时称为天线)确实：它是金属棒或碟子 捕获无线电波并将其转化为馈送的电信号 变成类似的东西 收音机 或 电视 或 电话 系统。 像这样的天线有时被称为接收器。发射器是 与接收器相反的不同类型的天线： 它将电信号转换为无线电波，以便它们可以传播 有时绕地球数千公里甚至进入太空 然后回来。天线和发射器是几乎所有产品的关键 现代电信的形式。让我们仔细看看什么 他们是以及他们是如何工作的!

　　照片：澳大利亚巨大的70米(230英尺)堪培拉深碟形卫星天线。

　　天线的工作原理

　　假设你是一家广播电台的老板，你想 将您的程序传输到更广阔的世界。你是怎么做到的?

　　你使用 麦克风 要捕获 听 起来 人们的声音和转弯 他们进入电气 能源.你拿那个 电力 而且，松散地 说起来，让它沿着高大的金属天线流动(增强它 动力很多次，所以它会像你需要的那样传播到世界上)。作为 电子(内部的微小粒子 原子) 在电流中沿 天线，它们创造了隐形 电磁辐射 以收音机的形式 波。这些波，部分是电波，部分是磁波，以 光，带上你的收音机 与他们一起编程。当我打开家里的收音机时会发生什么 几英里外?您发送的无线电波流经金属天线 并导致电子来回摆动。这将产生一个 电流 - 一个信号 电子的 我的组件 收音机变回我能听到的声音。

　　插图：发射器如何向接收器发送无线电波。1)流入发射器天线的电流使电子上下振动，产生无线电波。2)无线电波以光速在空气中传播。3)当波到达接收器天线时，它们使电子在其内部振动。这会产生重新产生原始信号的电流。

　　发射器和接收器天线通常非常相似 设计。例如，如果您正在使用卫星电话之类的东西 可以向任何其他地方发送和接收视频电话 在地球上使用太空 卫星、您发送和接收的信号 所有这些都通过一个卫星天线 - 一种特殊的天线 形状像一个碗(技术上称为 抛物面反射器, 因为盘子以称为抛物线的图形形状弯曲)。

　　照片：抛物面反射盘(1)捕捉入射波并将其反弹至 一个更小的集中“副反射器”，位于碟子的上方和中心(2)，它们来自该碟子 向下反射以进行处理 (3)。像这样的碟子也可以用作发射器，只需发送 相反方向的无线电波束。深空网络天线图片由深空网络提供 美国宇航局.

　　经常 但是，发射器和接收器看起来非常不同。电视或收音机 广播天线是巨大的桅杆，有时延伸数百根 米/英尺到空中，因为它们必须发送强大的信号 长距离。(我经常收听的其中一个，在 萨顿科尔菲尔德 在英国， 有一个270.5米或887英尺高的桅杆，大约有150个高的人站着 在彼此之上。但是你不需要电视上那么大的东西 或家里的收音机：一个小得多的天线就可以很好地完成这项工作。

　　波并不总是在发射器到接收器的空气中掠过。根据我们想要发送的波的种类(频率)，我们想要发送多远的波，以及我们想要发送的时间，实际上有 三 波浪传播的不同方式：1)通过视线;2)通过地波;3)通过电离层。

　　艺术品：波如何从发射器传播到接收器：1)通过视线;2)通过地波;3)通过电离层。

　　正如我们已经看到的，他们可以通过所谓的射击 “视线”，在一条直线上——就像一束光。在老式的长途电话网络中，微波被用来在非常高的通信塔之间以这种方式传输呼叫。 (光纤电缆 在很大程度上使它过时了)。

　　照片：使用视线通信的天线需要像这样安装在高塔上。你可以看到天线的细偶极子从顶部伸出来，但你在这里看到的大部分只是将天线高高举起的塔。照片由Pierre-Etienne Courtejoie提供，由美国陆军提供。

　　它们可以在所谓的地波中绕地球曲率旋转。AM(中波)无线电倾向于以这种方式传播短到中等距离。这就解释了为什么我们可以听到地平线以外的无线电信号(当发射器和接收器不在彼此的视线范围内时)。

　　他们可以冲向天空，从 电离层 (地球高层大气的带电部分)，然后再次回到地面。这种效果在夜间效果最好，这就解释了为什么遥远的(外国)AM广播电台在晚上更容易接收。在白天，射向天空的波被电离层的较低层吸收。在晚上，这不会发生。相反，电离层的更高层捕获无线电波并将其抛回地球 - 为我们提供了一个非常有效的“天空镜”，可以帮助携带很长的距离无线电波。

　　天线必须有多长?

　　最简单的天线是连接到 收音机。我11岁或12岁时制造的第一台收音机是一台 水晶套装 具有长循环 铜 电线充当天线。我运行了 天线就在我卧室天花板周围，所以它一定是 总共约20-30米(60-100英尺)长!

　　大多数现代晶体管无线电至少有两个天线。其中之一 它们是一根长而闪亮的伸缩杆，从外壳中拉出并 旋转以拾取FM(调频)信号。这 另一个是外壳内的天线，通常固定在主 电路板，它拾取AM(调幅)信号。 (如果您不确定 FM 和 AM 之间的区别，请参阅我们的 收音机 》一文。

　　为什么收音机中需要两个天线?这些信号 不同的波段由不同波段的无线电波携带 频率和波长。典型的AM无线电信号具有频率 1000 kHz(千赫兹)，而典型的 FM 信号约为 100 MHz (兆赫兹)——所以它们的振动速度快了大约一百倍。由于所有无线电 波以相同的速度传播(光速，即300，000 公里/秒或每秒 186，000 英里)，AM 信号有 波长大约是FM信号的一百倍。你需要两个 天线，因为单个天线无法拾取如此巨大的 不同的波长范围。它是波长(或频率，如果 你更喜欢)你试图检测的无线电波 确定您需要使用的天线的尺寸和类型。从广义上讲，简单(杆型)天线的长度必须约为波长的一半 您尝试接收的无线电波(也可以制作 波长为四分之一的天线，波长约为十分之一的紧凑型小型天线， 以及更小的膜天线，尽管我们不会在这里讨论)。

　　天线的长度并不是影响波长的唯一因素 你要捡起来;如果是，则具有固定天线长度的收音机 永远只能接收一个电台。天线将信号馈入调谐电路 在无线电接收器内部，旨在“锁定”一个特定频率并忽略其余频率。 最简单的接收器电路(就像水晶收音机中的电路一样) 无非是一圈电线，一个 二极管，以及 电容器，它将声音输入听筒。 电路响应(技术上， 共鸣，这意味着电振荡)以您调谐的频率 并丢弃高于或低于此频率的频率。通过调整电容器的值， 您可以更改谐振频率，这会将收音机调谐到其他电台。 天线的工作是从传递的无线电波中获取足够的能量，以使 电路以恰到好处的频率谐振。

　　AM和FM天线：它的长短

　　让我们看看它是如何在 FM 上工作的。如果我试着听一个典型的 在 100 MHz (100，000，000 Hz) 的 FM 频率上进行无线电广播， 携带我的程序的海浪长约3米(10英尺)。所以理想 天线长约1.5米(4英尺)，大致是 伸缩式 FM 无线电天线完全伸展时的长度。

　　照片：典型晶体管收音机内的AM“环棒”天线 非常紧凑且具有高度的方向性。构成天线的粉红色电线缠绕在厚铁氧体磁芯(黑色棒)上。通常，正如您在这里看到的，同一铁氧体棒上有两个独立的天线：一个用于AM(中波)，一个用于LW(长波)。

　　现在对于AM，波长大约是AM的100倍，所以你为什么不 需要一个 300 米(0.2 英里)长的天线来拾取它们? 好吧，你确实需要一个强大的天线，你只是不知道它在那里! 晶体管收音机内部的AM天线的工作方式非常不同 通往外面的 FM 天线的方式。 FM 天线拾取 电 无线电波的一部分， AM天线与 磁性部分 相反。 它是一段非常细的电线(通常 几十米)在铁氧体(铁基磁)磁芯周围循环几十到几百次，铁氧体磁芯极大地集中了无线电信号的磁性部分，并在缠绕在它们的导线中产生(“感应”)更大的电流。 这意味着像这样的天线可能非常小，但仍然具有冲击力。 如果没有铁氧体棒，环形天线要么需要更多的导线匝数 (所以几千而不是几百或几十)或电线环 需要大很多。这就是为什么收音机的外部天线有时会占用 大环的形式，直径可能为10-20厘米(4-8英寸)左右。

　　艺术品：顶部：电磁无线电波由振动的电波(蓝色)和磁波(红色)组成，以光速一起传播(黑色箭头)。下图：左：FM天线拾取FM无线电波中相对较短波长的高频电部分。右图：AM铁氧体环形天线拾取并集中较长波长、较低频率电磁波的磁性部分。

　　到目前为止一切顺利，但是呢 手机?为什么他们只需要短而粗 像这张照片中的天线?手机也使用无线电波，也以光速传播， 典型频率为 800 MHz(大约是 FM 收音机的十倍)。 这意味着它们的波长比FM收音机短约10倍，因此它们需要 大约十分之一大小的天线。在智能手机中，天线通常会伸展 在外壳内部周围。让我们看看它是如何计算的：如果 频率为800MHz，波长为37.5厘米(14.8英寸)，波长的一半 身高 18 厘米(7.0 英寸)。我目前的LG智能手机长约14厘米(5.5英寸)，所以你可以看到 我们处于正确的球场。

　　照片：1)这种伸缩式FM无线电天线拉出约1-2米(3-6英尺左右)的长度，大约是它试图捕获的无线电波长度的一半。2)手机的天线特别紧凑。较旧的天线(如左侧的摩托罗拉)具有粗短的外部天线或伸缩天线。 (天线的暴露部分是我的手指指向的位和 还有另一个我们看不到的部分在外壳内的电路板边缘运行。 较新的手机(如右侧的诺基亚型号)在外壳内完全内置了更长的天线。

　　更多类型的天线

　　最简单的无线电天线只是长直杆。多 室内电视天线采用 偶 极 子：一根金属棒分成两块， 水平折叠，所以看起来有点像一个人直立 双臂水平伸展。更精致的户外 电视天线有许多这样的偶极子沿着中心排列 支撑杆。其他设计包括圆形环线和， 当然，抛物线卫星天线。为什么有这么多不同的设计? 显然，无论如何，从发射器到达天线的波都是完全相同的。 天线的形状和大小恰好是。不同模式的偶极子将有助于集中信号，使其更容易检测。通过添加未连接的“虚拟”偶极子(称为导向器和反射器)，可以将更多的信号反射到实际的接收偶极子，从而进一步增加这种效果。 这相当于增强信号，并且能够拾取比简单天线更弱的信号。

　　图稿：四种常见的天线类型(红色)和它们拾取最好的地方(橙色)：基本偶极子、折叠偶极子、偶极子和反射器以及八木。基本或折叠偶极子天线在其极点的前面或后面拾取得同样好，但在两端都很好。带有反射器的天线在一侧的拾取效果比另一侧好得多，因为反射元件(左侧的红色偶极子状条)将更多的信号反射到右侧折叠的偶极子上。八木更加夸大了这种效果，在一侧接收到非常强的信号，而在其他任何地方几乎没有信号。它由多个偶极子、反射器和导向器组成。

　　天线的重要特性

　　天线的三个特性特别重要，即方向性、增益和带宽。

　　方向性

　　偶极子非常 定向：它们拾取传入的无线电波，这些无线电波在 与它们成直角。这就是为什么电视天线必须正确 安装在您的家中，并面向正确的方式，如果您要 获得清晰的图片。FM收音机上的伸缩天线较少 显然是方向性的，特别是如果信号很强：如果你 让它笔直向上，它将捕获来自 几乎任何方向。收音机内部的铁氧体AM天线是 更具方向性。听AM，你会发现你 需要旋转你的收音机，直到它拿起一个非常强大的 信号。(找到最佳信号后，请尝试将收音机正好旋转 90 度，并注意 信号经常几乎消失到零。

　　虽然高度定向的天线 可能看起来很痛苦，当它们正确对齐时，它们有助于减少 来自您正在尝试的电台或信号附近的干扰 来检测。但方向性并不总是一件好事。想想你的手机。 您希望它能够在与 最近的电话桅杆，或者拾取消息，无论它碰巧指向哪个方向 躺在你的包里，所以高度定向的天线并不好。 同样，对于 全球定位系统 告诉你你在哪里的接收器 使用来自多颗太空卫星的信号。由于信号来自不同 卫星，在天空的不同地方，因此它们来自不同的方向，所以，再次， 高度定向的天线将'没有那么有帮助。

　　获得

　　这 获得 天线是一种非常技术性的测量，但是， 从广义上讲，归结为它提高 信号。即使没有 天线已插入。那是因为金属外壳和其他 组件充当基本天线，不聚焦在任何特定位置 方向，并默认拾取某种信号。添加适当的 定向天线，您将 获得 一个更好的信号。 增益以分贝 (dB) 为单位，(作为广泛的经验法则)增益越大 您的接待效果越好。就电视而言，您可以从复杂的产品中获得更多收益 室外天线(例如，在平行“阵列”中具有 10-12 个偶极子的天线)比来自简单的偶极子。 所有室外天线都比室内天线以及窗口和固定天线工作得更好 具有更高的增益，并且比内置的更好。

　　带宽

　　天线的 带宽 是频率范围(或 波长，如果您愿意)，它可以有效工作。这 带宽越宽，不同无线电的范围越大 你可以捡起的波浪。这对电视之类的东西很有帮助， 您可能需要选择许多不同的频道，但很多 对电话、手机或卫星通信不太有用 你感兴趣的只是一个非常具体的无线电波 在相当窄的频段上传输。

　　照片：更多天线：1)为天线供电的天线 无线射频识别标签 卡在图书馆的书里。它内部的电路没有电源：它从传入的无线电波中获取所有能量。2) PCMCIA 内部的偶极子天线 无线上网 无线网络卡。这个适用于波长为12.5cm的2.4GHz无线电波，这就是为什么它只需要大约6cm长左右。

　　谁发明了天线?

　　这个问题没有简单的答案，因为无线电已经演变成一种有用的东西。 技术贯穿 19 世纪下半叶，这要归功于相当多的工作 很少有不同的人——理论科学家和实际实验者。

　　这些先驱是谁?苏格兰物理学家 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 1864年左右想出了无线电理论， 和 海因里希·赫兹 证明无线电波在大约 20 年后确实存在(它们是 后来一段时间称赫兹波以纪念他)。几年后，1894年8月14日，在英国牛津的一次会议上，英国物理学家， 奥利弗旅馆，演示了如何使用无线电波进行信号传输 从一个房间到另一个房间，他后来(在他1932年的自传中)将其描述为“一种非常幼稚的无线电电报”。 洛奇于 1898 年 2 月 1 日申请了“电报”的美国专利，描述了“操作员的设备，通过现在已知的 作为“赫兹波电报”，将信息跨空间传输到多个不同的 各地个人...“洛奇在那个阶段不知道， 古列尔莫·马可尼 正在进行自己的实验 大约在同一时间，在意大利，并最终证明了他更出色的表演者：许多人认为他 直到今天，“无线电的发明者”，而事实上，他只是一群有远见的人之一 帮助将电磁波科学转变为一种实用的、改变世界的技术。

　　艺术品：奥利弗·洛奇(Oliver Lodge)在太空中将无线电波从发射器(红色)发送到一定距离外的接收器(蓝色)的插图，取自他1898年的专利 US 609，154：电报.由美国专利商标局提供。

　　最初的无线电实验都没有使用我们今天会立即识别的发射器或接收器。例如，赫兹和洛奇使用了一种名为 火花隙振荡器：几个锌球连接到短长的铜线上，它们之间有气隙。洛奇和马可尼都使用 布兰利凝聚体 (玻璃 装满金属屑的管子)，用于检测它们传输的波 并收到了，尽管马可尼发现它们“太不稳定和不可靠”，并最终设计了自己的探测器。有了这种新设备， 他进行了系统的实验，研究天线的高度如何影响他可以传输的距离。 一个信号。

　　正如他们所说，其余的都是历史!