天线理论历史


天线起源于何时?我将排除一些早期的装置比如指南针,因为某种意义上讲它们接收的只是磁场,而不是电磁场。本.富兰克林的风筝装置也不算是天线,因为它捕获闪电释放的电荷,存在一个直接的电流路径,而能量不是独立于媒介传输的。人的眼睛接收高频的电磁波(光,外行称呼)。技术层面上来讲,人眼可以归类于天线,但是人眼却不能传输电磁波,它仅是一个传感器,所以我也把它排除在外。

第一个涉及电场与磁场耦合并展示了它们之间的确定性关系的实验,是由法拉第大约在1830年代完成的。他绕着线圈滑动一个磁铁,线圈连接到电流计。在移动磁铁过程中,他实际上产生了一个随时间变化的磁场,这必然会产生一个时变的电场(根据麦克斯韦方程组)。线圈起到了环天线的作用,接收电磁辐射,然后被电流计接收(探测)到,这正是天线的工作机制。有趣的是,电磁波的概念在那时甚至还没有被提出。

一幅关于迈克尔.法拉第的油画。作为一个伟大的实验学家,他自然会涉及化学,正如油画所示。

海因里奇.赫兹利用偶极子天线的缝隙电火花放电研制了一套无线通信系统。他用环天线作为接收器,观察到了相似的扰流。这些发生在1886年。到1901年,马可尼已经在横跨大西洋进行无线通信了。他用了连接到地面的几跟竖立的传输线作为发射天线。而在大西洋对面,接收天线是一个悬挂在风筝上的200米的传输线。

1906年,哥伦比亚大学建立了一个实验性的无线基站,其中一个架高的笼子作为发射天线。这个笼形天线,由放置在高空的传输线围成,外形就像一个笼子一样。

这里列出了一些重要的天线简要介绍和它们的发现/制造时间:

  • 八木天线,1920s
  • 喇叭天线,1939。有趣的是,早期的天线文献中将波导称为“空心的铁管”
  • 天线阵列,1940s
  • 抛物反射面天线,1940年代晚期,1950年代早期?纯属猜测
  • 贴片天线,1970s
  • 贴片倒F天线(PIFA),1980s

    目前的天线研究涉及到超材料(具有人工改造的介电介磁常数的材料,介电介磁常数可以都为负值,这会导致一些有趣的特性出现,如负折射率)。其它研究关注于天线的小型化,尤其是个人无线通信设备领域(如,蜂窝电话)。还有许多工作在研究天线的数值建模问题,通过这些手段就可以在天线被加工和测试之前预测其性能。

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    Translation by Jian Wang.

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