天线发展简史

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1、天线发展简史天线是无线电通信、无线电广播、无线电导航、雷达、遥测遥控等各种无线 电系统中不可缺少的设备。从天线发明至今经历了 100 多年的时间。纵观天线的 发展，其大致可分为三个历史阶段。 第一阶段：线天线时期（19世纪末至 20世纪30年代初）第一个天线是德国物理学家在 1887 年为验证英国数学家及物理学家麦克斯 韦预言的电磁波而设计的。其发射天线是两根 30cm 长的金属杆，杆的终端连接 两块40cm见方的金属板，采用火花放电激励电磁波，接收天线是环天线。此外， 1888 年赫兹还用锌片制作了一个抛物柱面反射器天线，它由沿着焦线放置的振 子馈电，工作在 455MHz。1901 年，意大

2、利发明家马可尼（1874-1937）采用一种大型天线实现了远洋 通信，其发射天线为 50 根下垂铜线组成的扇形结构，顶部用水平横线连在一起， 横线挂在两个高150 英尺，相距 200 英尺的塔上，电火花放电式发射机接在天线 和地之间。这可认为是付诸实用的第一副单极天线。早期无线电的主要应用是长波远洋通信，因此天线的发展也主要集中在长波 波段上。自 1925 年以后，中、短波无线电广播和通信开始实际应用，各种中、 短波天线得到迅速发展。第二阶段：面天线时期（20世纪 30年代初至50年代末）二战前夕，微波速调管和磁控管的发明，导致了微波雷达的出现，厘米波得 以普及，无线电频谱才得到更为充分的利用

3、。这一时期广泛采用了抛物面天线或 其他形式的反射面天线，这些天线都是面天线或称口径天线。此外，还出现了波 导缝隙天线、介质棒天线、螺旋天线等。1940 年后有关长、中、短波线状天线 的理论基本成熟，主要的天线形式沿用至今。第二次世界大战中，雷达的应用促 进了微波天线特别是反射面天线的发展，微波中继通信、散射通信、电视广播的 迅速发展，使面天线和线天线技术进一步得到发展、提高。这时期建立了口径天 线和基本理论，如几何光学、口径场法等，发明了天线测试技术，开发了天线阵 的综合技术。第三阶段：大发展时期（20世纪 50 年代至今）1957 年人造地球卫星上天标志着人类进入了开发宇宙的新时代，也对天线

4、 提出了许多新的要求，出现了许多新型天线。这些新的高要求如：高增益、精密 跟踪、快速扫描、宽频带、低旁瓣等。同时，电子计算机、微电子技术和现代材 料的进展又为天线理论与技术的发展提供了必要的基础。1957 年，美国制成了 用于精密跟踪雷达 ANFPS-16 的单脉冲天线。1963 年出现了高效率的双模喇叭 馈源，1966 年发明了波纹喇叭，1968 年制成了高功率相控阵雷达 ANFPS-85。 1972 年制成了第一批实用微带天线，并作为火箭和导弹的共形天线开始了应用。 近年来还出现了分形天线等小型化天线形式。随着天线应用的发展，天线理论也在不断发展。早期对天线的计算方法是先 根据传输线理论假

5、设天线上的电流分布，然后由矢量位求其辐射场，由玻印廷矢 量在空间积分求其辐射功率，从而求出辐射电阻。自 20 世纪 30 年代中期开始， 为了较精确地求出天线上的电流分布及输入阻抗，很多人从边值问题的角度来研 究典型的对称振子天线，提出用积分方程法来求解天线上的电流分布。20 世纪 30 年代以后，随着喇叭和抛物面天线的应用，发展了分析口径天线的各种方法， 如等效原理、电磁场矢量积分方法等。由于天线问题是具有复杂边界条件的电磁 场边值问题，难以得到严格解。20 世纪 70 年代以后，随着电子计算机的普及， 各种电磁场数值计算方法应运而生，如矩量法（MOM）、时域有限差分法（FDTD）、 有限元

6、方法（FEM）和几何绕射理论（GTD）等分析方法，这些方法成为分析各 种复杂天线问题的有力工具，并已形成商用软件。在天线测量技术方面，发展了微波暗室和近场测量技术，研制了紧缩天线测 试场和利用射电源的测试技术，并建立了自动化测试系统当今，天线技术已具有成熟科学的许多特征，仍然是一个富有活力的技术领 域。主要的发展方向是：多功能化（以一代多）、智能化（提供信息处理能力）， 小型化、集成化及高性能化（宽频带、高增益、低旁瓣、低交叉极化等）。 天线种类繁多，一些典型的、常用的天线如下各图所。图 3 ：螺旋天线图 4: 反射面天线图 5 ：波导缝隙天线阵图 6 ：波纹喇叭天线图 7 ：透镜天线图 8 ：相控阵天线图 9 ：微带天线