天线怎么实现导行波和空间波之间转换

这两天，网上围绕一个B站技术科普视频，产生了很大的争议。   在视频里，为了测试信号，某UP主把天线给掰直了。         UP主可能认为，将天线掰直之后，能够让天线产生指向性的信号辐射效果。  

        那么，这样做，真的是正确的吗？  

 

    另外，很多人也经常问：我们家里的Wi-Fi路由器，有多根天线。这些天线，又该如何指向，才能有更好的传播效果？       今天，小枣君简单地给大家说说这个知识。   天线这个东西，大家其实都很熟悉。但凡是有无线技术的地方，基本上都有天线。它的目的，就是发送和接收无线电波。         更专业点来说，天线就是一个“转换器”——把传输线上传播的导行波，变换成在自由空间中传播的电磁波，或者进行相反的变换。  

 

天线的作用  

天线是怎么实现导行波和空间波之间转换的呢？   看下图：

  中学物理学过，两根平行导线，有交变电流时，就会形成电磁波辐射。   两根导线很近时，辐射很微弱（导线电流方向相反，产生的感应电动势几乎抵消）。   两根导线张开，辐射就会增强（导线电流方向相同，产生的感应电动势方向相同）。

  当导线的长度增大到波长的1/4时，就能形成较为的辐射效果！  

  有了电场，就有了磁场，有了磁场，就有了电场，如此循环，就有了电磁场和电磁波。。。  

电生磁，磁生电   再来个动图，大家感受一下这个优美的过程：  

导线电流方向的变化，产生了变化的电场   产生电场的这两根直导线，就叫做振子。   真实世界中的振子，是个什么样？   Duang！就是这样——       就是这么个金属片。。。半波对称振子（非折合）   好吧，其实上面这个只是振子的一个传统形态，它还有N种变（身）态：     大家可能会问：我们现实生活中看到的天线，不是这个鸟样啊？   原因很简单：确切地说，振子不是一个完整的天线。振子是天线的核心部件，形态会随天线的形态变化而变化。   而天线的形态，实在是太TM多了。。。多了。。。了。。。     有时候，天线外面还会有天线罩，遮住了里面真正的振子。这会让你对天线实际形状产生误解。    

    天线的外型千奇百怪，根据相似度，可以大致归类为以下几种：鞭状天线 、抛物面天线、八木天线

  PS：八木天线并不是八根木头，虽然我数学不好，但是八我还是数得来的。之所以叫八木，是因为它是二十世纪20年代日本人八木秀次和宇田太郞发明的，叫“八木宇田天线”，简称“八木天线”。     在本文开头所提到的，视频里的那个天线，是一根最常见的垂直极化胶杆天线，和鞭状天线类似，也是一根全向天线。                  

那么，这种天线，它的信号是如何向外传播的呢？   看一下它的信号方向图，就明白了：  

是的，它的信号是向“棍子”的垂直方向四周传播的。专业来说，是“轴向最小，法向最大”。（其实，前面的动图已经剧透了。）  

    大家可以看到，信号传播方向是垂直于天线。也就是说，天线顶部指向的方向，信号反而最弱。  

    所以，想要让这种天线最大化地发挥效果，那么，就应该像下面这种摆放方式：  

    同理，大家家里的路由器，如果想要获得更好的效果，也建议天线竖着摆。      

  天线横着摆，就会这样：  

    指向着摆，就更不对了，信号最差。   当然，如果你的路由器放得比较高，或者比较矮，适当调整天线角度，也是可以的。  

    关于天线的摆放，还有一些常识需要注意：   1 网上传的，在天线上套一个易拉罐的方式，会增强信号。这是错误的，并不会产生更大的增益。   2 天线之间，不要靠得太近，否则会有相互之间的干扰。   3 路由器天线不是越多越好。不同的天线有不同的目的，例如2.4GHz或5GHz信号。手机支持的MIMO（多天线收发）是有限制的，一般是2X2或4X4，不是说你路由器有100根天线，一部手机就都能与之通信。现在很多路由器天线很多，其实可能只是为了增加带机数量。  

编辑：黄飞