电气工程与电子技术学报

天线和传播

天线或天线是一种将电能转换为无线电波的电气设备，反之亦然。它通常与无线电发射器或无线电接收器一起使用。在传输中，无线电发射器向天线端子提供以射频振荡的电流（即高频交流电（AC）），并且天线将来自电流的能量作为电磁波（无线电波）辐射。在接收过程中，天线拦截电磁波的部分功率，以便在其端子处产生微小电压，该电压施加到接收器上进行放大。天线是所有使用无线电的设备的重要组成部分。它们用于无线电广播、广播电视、双向无线电、通信接收器、雷达、手机和卫星通信等系统，以及车库门开启器、无线麦克风、蓝牙设备、无线设备等其他设备。计算机网络、婴儿监视器和商品上的 RFID 标签。天线可以设计为在所有水平方向上均等地发射和接收无线电波（全向天线），或优先在特定方向上发射和接收无线电波（定向或高增益天线）。在后一种情况下，天线还可以包括与发射器或接收器没有电连接的附加元件或表面，例如寄生元件、抛物面反射器或喇叭，其用于将无线电波引导成波束或其他期望的辐射图案。无线电传播是无线电波从地球上的一点传输或传播到另一点或进入大气层各个部分时的行为。作为电磁辐射的一种形式，与光波一样，无线电波也受到反射、折射、衍射、吸收、偏振和散射现象的影响。不同频率的无线电波以不同的方式传播。在极低频率（ELF）和极低频率下，波长远大于地球表面和电离层 D 层之间的间隔，因此电磁波可以在该区域作为波导传播。事实上，对于低于 20 kHz 的频率，波以具有水平磁场和垂直电场的单波导模式传播。无线电波与大气电离区域的相互作用使得无线电传播的预测和分析比自由空间更加复杂。电离层无线电传播与空间天气有很强的联系。当与太阳耀斑相关的 X 射线电离电离层 D 区时，会观察到突然的电离层扰动或短波淡出。该区域电离的增强增加了对通过该区域的无线电信号的吸收。在最强的太阳 X 射线耀斑期间，几乎所有电离层传播的无线电信号都会被阳光照射的半球完全吸收。这些太阳耀斑会扰乱高频无线电传播并影响 GPS 精度。包含微波、微波无线电中继、波导的分类。