線天線是由線徑遠比波長為小，長度可與波長相比的一根或多根金屬導線構成的天線。主要用於長、中、短波及超短波波段，作為發射或接收天線。
基本介紹
- 中文名：線天線
- 外文名：linear antenna
歷史
早期的理論：H.R.赫茲是天線理論的奠基人。1887～1888年他第一個建立了最基本和最簡單的電容天線理論。但天線理論進展很慢。1897年，H.C.波柯林頓為細線天線建立了積分方程並證明了細線天線上的電流接近正弦分布，天線上電流波和電荷波是以光速向前傳播的。從那時起一直到20世紀30年代，天線和天線陣理論都是基於波柯林頓得出的這兩個結果。赫茲的解能使人們在給定電流分布下求出電磁場和輻射圖，再加上波柯林頓的結果和能量守恆定律，就能解決許多實際天線問題。但是由於當時數學上的困難，未能解出波柯林頓的積分方程，這一時期的天線理論都是近似的。例如，在求天線的輸入阻抗時,先假設其上的電流分布為正弦分布,據此並利用坡印亭定理求出由天線表面發出去的功率除以最大電流的平方（半波振子）而得到輸入阻抗。這種方法稱為感應電動勢法，其近似性在於正弦電流分布在天線表面所產生的場不滿足邊界條件。
電路理論或積分方程理論：大約從30年代開始，為了求出準確的電流分布和輸入阻抗，一些學者對線天線尋求嚴格的求解方法。1931年，E.海倫對中間用旋轉對稱 －函式源饋電的無限薄理想金屬細管狀天線建立了他的積分方程，並於1938年求出嚴格解。後來R.金等人根據海倫的線性化積分方程對實體細線天線作了大量的理論分析、數值計算和設計的實驗，得出了大量的曲線和數字結果。他們都是根據邊界條件先將麥克斯韋方程化為以天線上電流分布為待求函式的積分方程，然後對後者加以適當的處理，以便套用逐步逼近法求出其級數解。雖然R.金等人所用的線性化的積分方程本身是近似的，但根據該積分方程進行近似計算的結果，對細線天線來說仍然有實際意義。
場理論或微分方程理論：1941年J.A.斯特拉頓和朱蘭成利用長橢球坐標，對中間旋轉對稱饋電的、偏心率接近於1的長橢球形天線進行了理論分析,套用分離變數法並根據邊界條件直接求解麥克斯韋方程而得其場，再從後者求出天線上電流分布和輸入阻抗。
1941～1945年，S.A.謝昆穆諾夫利用球坐標，對中間饋電的對頂細雙錐體天線進行了理論分析，套用分離變數法並根據邊界條件直接求解麥克斯韋方程而得場、天線上的電流分布和輸入阻抗。他將線天線理論分為線天線的諧振器理論和線天線的模理論。前者是把天線看成有漏波的諧振器；後者是把天線看成有開口散射的雙錐波導。
1950年，H.朱爾特利用圓柱坐標對無限個同軸細圓管天線陣進行了理論分析，研究了相鄰陣元中間反相饋電，套用分離變數法並根據邊界條件求解標量的亥姆霍茲方程，然後使相鄰陣元間的距離趨向無限大而得單個圓管細天線的場、電流分布和輸入阻抗。
定義
線天線是由線徑遠比波長為小，長度可與波長相比的一根或多根金屬導線構成的天線。
工作原理
線天線的工作原理是基於場強疊加原理。單根線天線可以看成是由許多無限短的小線段組成的，這些無限短的小線段稱為電流元。許多電流元的輻射場疊加在一起就構成整副天線的總輻射場。
一副天線如果由幾根導線組成，則它的總輻射方向性圖是這幾根導線的輻射方向性圖的疊加結果。
將型式相同的天線按一定位置排列就構成天線陣（或稱陣列天線）。天線陣中的每一副天線稱為矣天線陣的單元，或稱陣元。單元排列在一根直線上稱為直線天線陣（簡稱線陣）；排列在一個平面上稱為平面天線陣（簡稱面陣）。整個天線陣的輻射方向性圖是各個陣元天線的輻射方向性圖的疊加。因此它與每一陣元天線的型式、相對位置和電流分布情況有關。選擇並調整各個陣元天線的型式、相對位置和電流的大小與相位就可使疊加出來的天線陣總方向性圖適應各種不同的需要。
主要型式
線天線的主要型式有偶極子天線、半波振子天線、籠形天線、單極子天線、鞭天線、鐵塔天線、球形天線、磁性天線、V形天線、菱形天線、魚骨形天線、八木天線、對數周期天線、天線陣等（見無方向性天線、弱方向性天線、強方向性天線）。
分類
線天線如果按照天線上的電流分布情況分類，可以分為駐波天線與行波天線兩大類。例如，常用於短波通信中的駐波天線有籠形天線，行波天線有菱形天線。
駐波天線的工作頻頻寬度較窄，大幅度變更天線的工作頻率將會影響天線的特性參量。反之，行波天線具有較寬的頻帶，可以在較寬的波段工作，但駐波天線的效率比行波天線的高。因此駐波天線一般用於頻率不變的固定業務，而行波天線則可用於頻率變動較多的業務。例如，在短波通信中，由於電離層的電子密度日夜不同，可用頻率應相應更換。如果用駐波天線則須準備兩副至三副天線，但若採用行波天線就可以不必更換天線。
主要參量
線天線的主要參量有方向性圖、主瓣寬度及仰角、副辮電平及分布、方向性係數、增益、效率、輸入阻抗、駐波比、頻頻寬度、極化型式、等效長度、等效面積（口徑）等（見線天線主要參數）。
增益、效率和頻頻寬度是關係天線性能的三個重要參量。提高增益的主要方法是增加天線長度，或將許多相同的天線組成天線陣，如八木天線、同相天線陣等。提高頻頻寬度的主要方法，一是改用行波天線；二是加大線天線的導線直徑，如將單根導線改成多根導線並聯組成的籠形天線，或將單根導線改為板狀金屬柵條，如在電視廣播中採用的蝙蝠翼天線，三是從天線型式上採用周期結構（如對數周期天線）或採用與頻率無關的天線結構（如等角螺旋天線）。提高效率的主要方法是改善饋線與天線以及饋線上各種接頭的阻抗匹配，使饋線上的駐波比儘可能接近1，這樣才能避免電磁能量在饋線上來回反射產生損耗。
