为什么天线可以接收信号?

愿你虔诚


题主所谓“信号”一般是指电磁波信号,而且一般是指近红外波段以下的电磁波段,从低频一直到近红外以下达到极高频微波,目前商用的电磁波频率已高达100GHz了,电磁波信号越高,可以携带单位信息密度也就越高,也就是通讯容量越大,这也可以解释为激光通讯的容量要远高于微波通讯了,但频率越高则信号的直射能力越强,但绕射能力越弱。

我们知道电磁波以球面波方式开放的辐射到天空后(如鞭状天线),能量密度以平方关系衰减,即距离增加一倍,能量密度降低4倍(注意是面积率不是体积率,因为无线电波为球面波);当然如果采用定向辐射天线(如雷达天线锅),则能量衰减要小很多,具体取决于天线的波束散射角。

但无论如何,当电磁波传递到用户位置时,由于距离一般较远,所以信号能量之弱令人咂舌,一般都在uV/m或更低的场强,所以就需要一个特殊的设备来最初收集信号,这就是天线。

天线本质上讲,就是一个电磁波收集和共振设备,具体而言可分为收集信号为主(譬如卫星天线锅)和共振信号为主(譬如各类鞭状天线)两大类,也有兼而有之的天线(譬如平板卫星天线)

因为既然电磁波属于波,波即可共振,如果天线的尺寸与结构合适,则可将空间的电磁波在天线金属上产生共振现象,达到很高的幅度(也就是信号强度),所以天线也是个无源放大器,因此也会有天线增益这个指标,代表天线的放大倍数,还有一个很重要的指标叫着驻波比,这都与电磁波的反射与共振相关。

考虑到天线一般是无源共振放大信号,没有人为的设备干扰进入,因此天线收集和放大电磁信号的质量是非常高的,其信号失真和信噪比指标要远高于有源放大设备,因此天线是非常好的第一级无线信号收集器。

天线收集到的最初的无线信号通过天线输出点,进入有源电子设备内,再进行滤波/放大/解调后,即可得到有用的信号。

顺便说一句,为何无线设备内普遍都有滤波器呢,这是因为天空中的无线信号的频率非常宽广,从低频到高频都有,但任何一款电子设备所需要处理的频率范围都是有限的,如果不加滤波器,任由频率宽广的电磁波都进入设备内,则会大大的挤占有用信号的带宽,大幅度降低有用信号的信噪比,甚至使得有用信号完全被淹没,导致设备无法工作,因此必须使用滤波器之类的选择性通过设备,把不需要的无线信号挡在设备外,只容许有用信号通过,这就是滤波器的主要作用,否则大多数电子设备都无法正常工作。


楚楚夫


天线,由俄罗斯的发明家波波夫发明的,说白了就是一部信号转换器,它为发射机或接收机与传播无线电波的媒质之间提供所需要的耦合。其工作原理介绍如下:



一般的信号传播过程是发射端~天线~接收端。这三者之间进行着复杂的信号转换。


在发射端,发射机产生的经过调制的高频振荡电流经馈电设备输入发射天线,发射天线将高频电流或导波转变为自由电磁波向周围空间辐射;在接收端,无线电波通过接收天线转变成高频电流经馈电设备传送到接收机。

可以看出,天线不但是辐射和接收无线电波的装置,同时也是一个能量转换器。正因为这样,天线被用于各种场合来进行信号接收,在人类生活中扮演着不可或缺的角色。


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