天线是把电磁波从导体传到空气中的一个装置,其原理是天线的尺寸与电磁波的波长相当时,能够把电磁波中的电场和磁场分离开,使之在空间上形成较强的辐射场。具体来说,电磁波在天线导体上行进产生感应电流,进而产生电磁场,通过这个电磁场将电磁波辐出天线。
天线的长度与频率成正比,即天线的长度要与工作频率的波长相等或成整数倍关系。对于一般天线而言,为了达到理想的天线效果,必须在天线长度与工作频率的波长关系上进行精密的匹配。
在天线设计中,四分之一波长天线是最常用的一种天线结构。这是因为四分之一波长天线具有以下优势:
(1)天线长度短,便于制造和安装,不占用过多的空间;
(2)天线具有较高的辐射效率,能够将较多的电能转化成无线电波的形式发射出去;
(3)四分之一波长天线的输入阻抗较高,可以有效地匹配无线电发射机的输出阻抗,避免信号反射和损耗。
四分之一波长天线的结构比较简单,通常由天线导线、天线底座和连接器三部分组成。其中:
(1)天线导线是由一根金属导线组成,通常是一条直线,长度是工作频率波长的四分之一。在导线顶端设置天线贴片,起到辐射天线信号的作用;
(2)天线底座是安装在天线导线下方的一种支架结构,可以将天线固定在设备上;
(3)连接器是用于将天线导线与无线电设备连接的部件。
四分之一波长天线的应用范围非常广泛,例如在无线电通信中,我们经常可以看到使用四分之一波长天线的天线式样。此外,四分之一波长天线还广泛应用于:
(1)汽车收音机和卫星导航设备上的天线;
(2)地面广播和电视发射塔上的天线;
(3)卫星通信和移动通信设备上的天线;
(4)短波天线和天线阵列中的成分等。