第1章 天线、无线通信与电磁波

天线的作用是发射和接收电磁波，故而是无线通信的重要组成部分。本章将给出天线的基本概念，回顾人类探索利用电磁波的历程，对历史的回顾有利于更好地理解现有的科学概念、增强创新意识。要学习天线首先要了解电磁波，本章将讲述正弦激励电磁波在时域和空间域的基本规律，包括近场和远场、电磁辐射与电波传播、对称振子的辐射、极化等内容。特别是针对移动通信工程领域对水平极化波的普遍看法，本章介绍了最新的研究成果。

1.1 天线的基本概念

天线作为辐射或接收无线电波的部件而应用于所有的无线电系统之中，其作用是将发射机送来的高频电流（或导波）有效地转换为无线电波并传送到特定的空间区域；或者将特定的空间区域发送过来的无线电波有效地转换为高频电流而进入接收机。前者称为发射天线，后者称为接收天线，这取决于无线电系统的功能要求，天线本身同时兼备发射和接收的功能，因此在理论上和分析设计上无需作特别区分。天线可以定义为：能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。天线的作用如图1-1所示。

图1-1 天线的作用漫画图示

天馈子系统是移动通信系统的射频前端，通常包括天线、微波无源器件、传输线和连接器（通常是射频同轴线和同轴连接器）等无源部件，其作用是：一方面将来自发射机的射频信号转化为电磁波并辐射至自由空间，另一方面将空间电磁波转化为射频信号并匹配地传送至接收机。在一些移动通信系统中，为了增加和延伸覆盖距离，也常常在天馈子系统内加入塔顶放大器。在一个无线通信基站系统中，天线的位置如图1-2所示。

图1-2 天馈线在移动通信基站系统中的位置