天線發(fā)展簡(jiǎn)史

1、天線發(fā)展簡(jiǎn)史 天線是無(wú)線電通信、無(wú)線電廣播、無(wú)線電導(dǎo)航、雷達(dá)、遙測(cè)遙控等各種無(wú)線電系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備。從天線發(fā)明至今經(jīng)歷了100多年的時(shí)間?？v觀天線的發(fā)展，其大致可分為三個(gè)歷史階段。第一階段：線天線時(shí)期（19世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代初） 第一個(gè)天線是德國(guó)物理學(xué)家在1887年為驗(yàn)證英國(guó)數(shù)學(xué)家及物理學(xué)家麥克斯韋預(yù)言的電磁波而設(shè)計(jì)的。其發(fā)射天線是兩根30cm 長(zhǎng)的金屬桿，桿的終端連接兩塊40cm見(jiàn)方的金屬板，采用火花放電激勵(lì)電磁波，接收天線是環(huán)天線。此外，1888年赫茲還用鋅片制作了一個(gè)拋物柱面反射器天線，它由沿著焦線放置的振子饋電，工作在455MHz。 1901年，意大利發(fā)明家馬可尼（1874-

2、1937）采用一種大型天線實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)洋通信，其發(fā)射天線為50根下垂銅線組成的扇形結(jié)構(gòu)，頂部用水平橫線連在一起，橫線掛在兩個(gè)高150英尺，相距200英尺的塔上，電火花放電式發(fā)射機(jī)接在天線和地之間。這可認(rèn)為是付諸實(shí)用的第一副單極天線。 早期無(wú)線電的主要應(yīng)用是長(zhǎng)波遠(yuǎn)洋通信，因此天線的發(fā)展也主要集中在長(zhǎng)波波段上。自1925年以后，中、短波無(wú)線電廣播和通信開(kāi)始實(shí)際應(yīng)用，各種中、短波天線得到迅速發(fā)展。第二階段：面天線時(shí)期（20世紀(jì)30年代初至50年代末） 二戰(zhàn)前夕，微波速調(diào)管和磁控管的發(fā)明，導(dǎo)致了微波雷達(dá)的出現(xiàn)，厘米波得以普及，無(wú)線電頻譜才得到更為充分的利用。這一時(shí)期廣泛采用了拋物面天線或其他形式的反射面天

3、線，這些天線都是面天線或稱(chēng)口徑天線。此外，還出現(xiàn)了波導(dǎo)縫隙天線、介質(zhì)棒天線、螺旋天線等。1940年后有關(guān)長(zhǎng)、中、短波線狀天線的理論基本成熟，主要的天線形式沿用至今。第二次世界大戰(zhàn)中，雷達(dá)的應(yīng)用促進(jìn)了微波天線特別是反射面天線的發(fā)展，微波中繼通信、散射通信、電視廣播的迅速發(fā)展，使面天線和線天線技術(shù)進(jìn)一步得到發(fā)展、提高。這時(shí)期建立了口徑天線和基本理論，如幾何光學(xué)、口徑場(chǎng)法等，發(fā)明了天線測(cè)試技術(shù)，開(kāi)發(fā)了天線陣的綜合技術(shù)。第三階段：大發(fā)展時(shí)期（20世紀(jì)50年代至今） 1957年人造地球衛(wèi)星上天標(biāo)志著人類(lèi)進(jìn)入了開(kāi)發(fā)宇宙的新時(shí)代，也對(duì)天線提出了許多新的要求，出現(xiàn)了許多新型天線。這些新的高要求如：高增益、精密

4、跟蹤、快速掃描、寬頻帶、低旁瓣等。同時(shí)，電子計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代材料的進(jìn)展又為天線理論與技術(shù)的發(fā)展提供了必要的基礎(chǔ)。1957年，美國(guó)制成了用于精密跟蹤雷達(dá)ANFPS-16的單脈沖天線。1963年出現(xiàn)了高效率的雙模喇叭饋源，1966年發(fā)明了波紋喇叭，1968年制成了高功率相控陣?yán)走_(dá)ANFPS-85。1972年制成了第一批實(shí)用微帶天線，并作為火箭和導(dǎo)彈的共形天線開(kāi)始了應(yīng)用。近年來(lái)還出現(xiàn)了分形天線等小型化天線形式。 隨著天線應(yīng)用的發(fā)展，天線理論也在不斷發(fā)展。早期對(duì)天線的計(jì)算方法是先根據(jù)傳輸線理論假設(shè)天線上的電流分布，然后由矢量位求其輻射場(chǎng)，由玻印廷矢量在空間積分求其輻射功率，從而求出輻射電阻。自

5、20世紀(jì)30年代中期開(kāi)始，為了較精確地求出天線上的電流分布及輸入阻抗，很多人從邊值問(wèn)題的角度來(lái)研究典型的對(duì)稱(chēng)振子天線，提出用積分方程法來(lái)求解天線上的電流分布。20世紀(jì)30年代以后，隨著喇叭和拋物面天線的應(yīng)用，發(fā)展了分析口徑天線的各種方法，如等效原理、電磁場(chǎng)矢量積分方法等。由于天線問(wèn)題是具有復(fù)雜邊界條件的電磁場(chǎng)邊值問(wèn)題，難以得到嚴(yán)格解。20世紀(jì)70年代以后，隨著電子計(jì)算機(jī)的普及，各種電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法應(yīng)運(yùn)而生，如矩量法（MOM）、時(shí)域有限差分法（FDTD）、有限元方法（FEM）和幾何繞射理論（GTD）等分析方法，這些方法成為分析各種復(fù)雜天線問(wèn)題的有力工具，并已形成商用軟件。 在天線測(cè)量技術(shù)方面，發(fā)展了微波暗室和近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，研制了緊縮天線測(cè)試場(chǎng)和利用射電源的測(cè)試技術(shù)，并建立了自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng) 當(dāng)今，天線技術(shù)已具有成熟科學(xué)的許多特征，仍然是一個(gè)富有活力的技術(shù)領(lǐng)域。主要的發(fā)展方向是：多功能化（以一代多）、智能化（提供信息處理能力），小型化、集成化及高性能化（寬頻帶、高增益、低旁瓣、低交叉極化等）。 天線種類(lèi)繁多，一些