关于天线的科普----从充斥版面的吐槽八木天线谈起

老在海版上看见人吐槽八木天线，俨然为落后的标志。不知现在是不是没人学电磁场、微波、天线等专业了，居然这么久也没有看到有人科普，只好老家伙自己出马献丑。好在这些东西都是经典物理学范畴，100多年前就已被麦克斯韦方程搞定，物理规律也不可能有什么变化。

简单说，任何导体都会在传输一个交变电场时像外界发射电磁波（这里有个有点颠覆的概念，从电磁方程的角度来看，所谓导体本身并不传输能量---所谓的欧姆定律只在直流时真正有效---而是通过其产生的电磁场传输能量的），但方程的解算十分复杂，所以对于天线设计来说，只有最简单的导体，一根金属棒，才好设计和控制波形的形状（所谓波束宽度等），所以天线可以说只有一种，就是金属棒（虽然有个高大上的名字称之为振子）和其组合方式，比如八木天线。

为了达到最好的效率，振子的长度和波长是有关系的，常见的是半波振子或4分之一波长振子，所以你看到大大的八木天线，就可以估算出其工作频率大致是多少。反之，只要你需要这个波长的无线电波，你就必须使用足够长的振子。所以所有吐槽八木的落后都是打错了靶子，你应该吐槽的是为什么要用长波，可问题是少数别有用心的人大概知道，一吐槽为什么要用长波，就会露馅的。

当交变电流的频率达到微波（厘米波）时，在导体上的趋肤效应会变得非常大，尤其是功率较大时，棒状导体的效率是不可接受的。所以会使用波导管传输，在波导管里，电磁场是充斥在波导管封闭的内部的，和棒状导体正好相反。在波导管的管壁上开一条缝，（缝隙长度仍然和波长有关）就构成了微波时代的另一种天线形式，缝隙天线（其实你把缝隙天线看成是棒状导体的另一种形式也是可以的）。你可以想像是封闭在波导管内部的电磁场漏了出来。由于是厘米波了，所以缝隙天线尺寸就小了很多，所谓的相控阵天线常见是一块大平板，其实无非就是很多个缝隙天线的组合而已。

有同学会说：不对，还有其他天线形式，比如那种有个大锅盖的东东。拜托，那个抛物面只是个反射面好不好，真正的天线是前面那个小小的波导管端头上的一条小缝而已。同理，八木天线里面经常也有发射面的。老在海版上看见人吐槽八木天线，俨然为落后的标志。不知现在是不是没人学电磁场、微波、天线等专业了，居然这么久也没有看到有人科普，只好老家伙自己出马献丑。好在这些东西都是经典物理学范畴，100多年前就已被麦克斯韦方程搞定，物理规律也不可能有什么变化。

简单说，任何导体都会在传输一个交变电场时像外界发射电磁波（这里有个有点颠覆的概念，从电磁方程的角度来看，所谓导体本身并不传输能量---所谓的欧姆定律只在直流时真正有效---而是通过其产生的电磁场传输能量的），但方程的解算十分复杂，所以对于天线设计来说，只有最简单的导体，一根金属棒，才好设计和控制波形的形状（所谓波束宽度等），所以天线可以说只有一种，就是金属棒（虽然有个高大上的名字称之为振子）和其组合方式，比如八木天线。

为了达到最好的效率，振子的长度和波长是有关系的，常见的是半波振子或4分之一波长振子，所以你看到大大的八木天线，就可以估算出其工作频率大致是多少。反之，只要你需要这个波长的无线电波，你就必须使用足够长的振子。所以所有吐槽八木的落后都是打错了靶子，你应该吐槽的是为什么要用长波，可问题是少数别有用心的人大概知道，一吐槽为什么要用长波，就会露馅的。

当交变电流的频率达到微波（厘米波）时，在导体上的趋肤效应会变得非常大，尤其是功率较大时，棒状导体的效率是不可接受的。所以会使用波导管传输，在波导管里，电磁场是充斥在波导管封闭的内部的，和棒状导体正好相反。在波导管的管壁上开一条缝，（缝隙长度仍然和波长有关）就构成了微波时代的另一种天线形式，缝隙天线（其实你把缝隙天线看成是棒状导体的另一种形式也是可以的）。你可以想像是封闭在波导管内部的电磁场漏了出来。由于是厘米波了，所以缝隙天线尺寸就小了很多，所谓的相控阵天线常见是一块大平板，其实无非就是很多个缝隙天线的组合而已。

有同学会说：不对，还有其他天线形式，比如那种有个大锅盖的东东。拜托，那个抛物面只是个反射面好不好，真正的天线是前面那个小小的波导管端头上的一条小缝而已。同理，八木天线里面经常也有发射面的。