■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 科技微波小課堂_天線如何接收到電磁波的？
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“電磁波遇到比它波長小的物體會繞過去“是 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 看到的宏觀效果。事實上，任何導(dǎo)體都可以接收電磁波，而任何振蕩電荷都可以做為天線輻射電磁波。天線是設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)、讓這種發(fā)射和接收的效果增強了而已。
從微觀上說，任何自由電荷對電磁場的反應(yīng)都是一樣的，只是自由電荷所處的狀態(tài)不同，使得最終疊加的效果，表現(xiàn)為是接收或題主所說的繞射而已。
下面是詳細分析：
1、自由電荷輻射和接收電磁波的物理機理
假定空間中有如下一對電荷自由電荷，某一瞬間某種力讓它們保持靜止狀態(tài)；空間各點的受力達到平衡。兩電荷間有電勢能存在，注意，這里的電勢能分布在空間各點；空間電場勢能的分布是不均勻的，兩電荷附近是勢能最集中的地方。
如上左圖，此時兩電荷之間藍色箭頭的線，是它們之間的電力線示意圖。
放開兩電荷，讓電荷在靜電引力作用下靠近；如圖黑色小圓圈是感應(yīng)磁場的方向、紅線是感應(yīng)磁場感生的電場；而紅色小圈是感生電場又感應(yīng)的磁場。注意，這兒的量稍微有點多，但都是高中物理的內(nèi)容，就是磁生電、電生磁的嵌套。
在電荷復(fù)合運動過程中，感應(yīng)的電場力（紅色虛線）阻止電荷的復(fù)合運動（和原本藍色的電場方向相反）；這種阻力逐漸消耗掉兩電荷間的電勢能，消耗掉的能量轉(zhuǎn)化為空間的磁場勢能（黑色小圈）；這也就是電生磁的過程。
同時，感應(yīng)電場在減弱兩電荷間電場的同時，試圖加強遠離電荷處的電場（如圖藍色虛線和紅色虛線方向一致的位置），也就是說這個過程、試圖把原本場比較強的區(qū)域的場消弱、而使得原本場比較弱的空間的場增強。換句話說，空間的能量分布在這個過程中會趨于平均，這符合平衡系統(tǒng)的原理；這也就是輻射和接收的最基本原理。
進一步，當這個異性電荷對復(fù)合之后，它們倆原來的電場能（藍色帶箭頭的電力線示意圖）消失，原本的電勢能以磁場能的形式分布在空間各點（右圖各個黑色小圓圈）。這些電荷對的感應(yīng)電場（上面有圖紅色帶箭頭虛線）繼續(xù)作用，試圖再次把這個電荷對分開，這就是磁生電的過程。
如果此時電荷對附近的磁場，能再次把這個異性電荷對分開到原本的位置（極性互換）；則這個電生磁、磁生電的相互轉(zhuǎn)化過程將永遠持續(xù)下去。事實上這是做不到的，因為剛才復(fù)合過程能量平均的努力，使得此時電荷對附近的能量集中程度不及以前；或者說，部分磁場因為被轉(zhuǎn)移的太過遠離電荷對，它們此時對電荷的作用力太弱而可以忽略了。繼續(xù)參與磁生電的磁場，因在能量轉(zhuǎn)換的過程中被轉(zhuǎn)化為電場、而被約束在電荷對附近；而這部分不能參與磁生電過程的磁場，將脫離這個電荷對的約束；這就是輻射場。
假設(shè)上面藍色虛線之內(nèi)的磁場，可以因再次參與磁生電的過程繼續(xù)轉(zhuǎn)化為電場；而藍色虛線之外的磁場將永遠失去；這就把場分成了近場和遠場。事實上，這個近場和遠程的分布和比例是相對固定的（當然是動態(tài)的）。如果有外在的力持續(xù)給這個異性電荷對補充能量，讓它維持這個振蕩，它就會不斷的向外轉(zhuǎn)移電磁場，這就是輻射。反之，如果有從外向內(nèi)的外來的電磁場、不斷參與使電荷對振蕩的過程，電荷對就具備對外做功的能力，這就是接收過程。
這就是自由電荷對電磁場作用的微觀機理，它們都具備無差別的輻射或者接收電磁場的能力。
2. 那么為啥電路中的自由電荷不能輻射呢？
假設(shè)下面是傳輸線示意圖，上下導(dǎo)線中分別有一對異性電荷，這也符合傳輸線中的情況。
上面左圖是靜止時候的情況，用藍色和淺藍色兩種虛線，分別表示上下異性電荷對的電場。 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 看到在導(dǎo)線外的電場方向總是反向抵消的，而導(dǎo)線之間的電場方向總是同向相加的。就是說，和自由電荷不同的是，傳輸線上下兩根導(dǎo)線中電荷的互相約束，使得場都分布在導(dǎo)線之間、而導(dǎo)線外基本沒有電場分布。
再重復(fù)下自由電荷對從靜止到復(fù)合的運動過程和它們的場，不同的是此時有上下導(dǎo)線中的兩對電荷同時運動。場的分布如上右圖，圓圈是磁場示意圖。此時同樣存在上下電荷對產(chǎn)生的磁場、在導(dǎo)線外總是方向相反而消減、兩導(dǎo)線之間因為方向相同而加強。
就是說，在傳統(tǒng)的傳輸線中，因為上下導(dǎo)體中電荷產(chǎn)生的場互相約束，使得場總是被約束在導(dǎo)線之間，不具備把場往遠處轉(zhuǎn)移而形成輻射場的條件。
3. 那么，天線又是怎么工作的呢？
簡單來說，把傳輸線“掰開”，讓場暴露在自由空間中，示意圖如下：
這兒為了直觀和便于理解，直接把上下導(dǎo)體“掰開”而場分布保持不變；是為了讓大家看清楚上下導(dǎo)體失去了互相約束的條件。實際上的場分布會重新在上下導(dǎo)體間調(diào)整，比圖示要復(fù)雜些；因為不影響 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 要表達的結(jié)論和意思，暫時按不嚴謹?shù)姆绞娇?。如上圖，分開的兩導(dǎo)體，不再能互相約束抵消對方的電場，遠離導(dǎo)體的空間將有振蕩電荷的電場存在；根據(jù)自由空間電荷對的分析知道，這種空間的電場將不停的向更遠的空間“平均”，形成輻射。源只是用來補充每個周期損耗掉的能量，使電荷對總能保持同樣的分開幅度.
事實上，基本的天線原理,的確是可以理解為把傳輸線“掰開”就行，如上圖。
是不是簡單的“掰開”就完事了嗎？真要這樣搞天線的要失業(yè)了。
實際上，振蕩的電荷對形成的遠場和近場中，遠場的比例非常之小；或者說每個周期輻射出去的能量很小很小， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 就需要大量的電荷對同時、同步的振蕩，才能把輻射場疊加、形成可觀的輻射；這就需要構(gòu)造諧振結(jié)構(gòu)。
4. 怎么構(gòu)造諧振結(jié)構(gòu)呢？
看下面示意圖：
如上圖沿著一個導(dǎo)體傳輸?shù)男胁ㄐ盘?，每個周期有正半周期和負半周期； ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 在半波位置進入負半周期的時候，把波“折疊”起來，負半周期+折疊反向，它就能達到和正半周期疊加的結(jié)果。按同樣的辦法不斷折疊，就能把波的很多半波“摞起來”，形成很強的同時、同步的振蕩。這是上圖想表達的意思，聽起來很高大上，實際上就是用一個半波長的導(dǎo)線就實現(xiàn)了。
說到這兒回應(yīng)下題主說的“電磁波遇到比它波長小的物體會繞過去”的問題。實際上波并沒“繞射”，它同樣在導(dǎo)體中激勵振蕩電流，只是因為導(dǎo)體的長度沒有滿足讓波“疊加”的條件，所以輻射出去的能量很小、以至于讓你覺得波忽略了這個導(dǎo)體直接繞射過去了而已。
那半波長的導(dǎo)體中“摞起來”的波會不斷“摞”到啥時候結(jié)束呢？看下面的示意圖：
上圖藍色的曲線代表源的幅度、而紅色曲線代表天線（半波長導(dǎo)體）中“摞起來”的信號幅度；當“摞”到每個周期輻射出去的能量等于源的功率時，源沒有能力繼續(xù)往上“摞”了，系統(tǒng)達到穩(wěn)定態(tài)。
至此終于把天線原理從邏輯上說清楚了，說那么大一通、是不是結(jié)果簡單得讓人失望：不就是整個半波長的導(dǎo)體嘛！這就是其他部門對天線的印象，講起來一大套一大套，最終結(jié)果就是個簡單的結(jié)構(gòu)件，搞得有時自己都覺得是在忽悠！
想起小時候?qū)W語文課學的《百鳥學藝》印象挺深刻。鳳凰給百鳥講怎么搭鳥巢，鳳凰說：“第一時間得找個樹杈。。?！?，老鷹一聽說“哦，原來是找個樹杈啊”，然后就飛走了；現(xiàn)在老鷹的巢就不斷是個樹杈，也可以住。聽到最后的燕子把自己的巢搭的像藝術(shù)品，也是個住。
我說的意思是，天線是典型的原理比較深、形式簡單的東西；借助現(xiàn)在強大的仿真軟件、模仿現(xiàn)有的設(shè)計，可以很簡單的搞定；但是要做成藝術(shù)品，不能停留在“原來是找個樹杈”的階段；越往下鉆研，也會越有意思。感謝您的拜訪，希望對您有所幫助。
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