天線的材料和工藝種類

引言??????

麥克斯韋方程和自由電子理論能夠相當(dāng)程度地在宏觀和微觀層面解釋天線的工作機(jī)理，當(dāng)然現(xiàn)階段人類對(duì)物質(zhì)、電磁的認(rèn)知的深刻性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1900年代。

宏觀層面：電磁理論的建立深刻地改變了人類溝通方式。

1865年，麥克斯韋提出麥克斯韋方程組，標(biāo)志經(jīng)典電磁理論的建立；

1887年，赫茲用實(shí)驗(yàn)方法產(chǎn)生和檢測(cè)到了電磁波，證實(shí)了麥克斯韋的預(yù)測(cè)。

1901年，馬可尼第一次實(shí)現(xiàn)橫跨大西洋的無線電傳輸。 微觀機(jī)制：自由電子理論解釋導(dǎo)體中的電現(xiàn)象。 1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。 1900年，德魯特(Drude)提出用自由電子氣體模型來解釋金屬的導(dǎo)電性質(zhì)：金屬晶體內(nèi)的價(jià)電子可以自由運(yùn)動(dòng)，它們?cè)诰w內(nèi)的行為像理想氣體中的粒子，故稱作自由電子模型。 天線本質(zhì)就是對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的調(diào)控，電子共振產(chǎn)生電磁場(chǎng)與電磁波。因此從物質(zhì)組成上來講：天線是由良導(dǎo)體組成。一般我們生活中應(yīng)用的天線，都是金屬材料，能夠做到量大管夠、加工方便、成本便宜，容易規(guī)?；?。

消費(fèi)電子的天線工藝類型

天線是良導(dǎo)體，更一般的說就是金屬，金屬可以加工成平面的，也可以加工成立體的，且要滿足天線的電性能要求，金屬加工方式可以是化學(xué)的，機(jī)械加工的，也可以是3D打印等等。如圖2所示，天線的形式有的采用硬件電路板（PCB、FPC）的工藝，有的直接進(jìn)行金屬裁切折彎，金屬線路鐳雕在塑膠材料上，線路做在陶瓷比表面或者陶瓷介質(zhì)內(nèi)部等等。這里面的電介質(zhì)材料都起著線路支撐的作用，也會(huì)起到天線小型化的作用。

圖2 消費(fèi)電子的天線工藝類型

介質(zhì)也是天線輻射體功能的一部分，如透鏡天線，介質(zhì)諧振器天線。天線工作的無線電波雖然同可見光頻段差異大，但是同樣有幾何光學(xué)的特征，如圖3所示的球型介質(zhì)透鏡天線的工作原理基于光學(xué)透鏡的類似行為，它通過折射或反射電磁波來達(dá)到聚焦和引導(dǎo)的目的，從而增加接收或發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度和方向性。

圖3 透鏡天線與光學(xué)折射

小結(jié)一下，天線包含天線和介質(zhì)，電介質(zhì)承載金屬線路，可以將天線小型化，也可以調(diào)控電磁輻射的波束等。

消費(fèi)電子天線的饋電類型

消費(fèi)電子領(lǐng)域，天線饋電比較簡(jiǎn)單直接。如圖4所示，一般用頂針彈片直接饋電或者通過同軸線連接到天線，同軸連接對(duì)應(yīng)有一系列的射頻連接器。5G時(shí)代由于頻率應(yīng)用越來越高，LCP工藝既可以做到同軸傳輸，也可以做波導(dǎo)饋電。

圖4 消費(fèi)電子饋電的類型

液態(tài)材料：液態(tài)金屬天線？

液態(tài)金屬（Liquid Metal）是指在常溫或較低溫度下保持液態(tài)的金屬。液態(tài)金屬天線通過電場(chǎng)或外力來驅(qū)動(dòng)金屬流動(dòng)，改變金屬的形狀和尺寸，進(jìn)而調(diào)控天線的輻射模式、頻率響應(yīng)和增益等參數(shù)，它的工作原理與傳統(tǒng)金屬天線相似。

氣態(tài)材料：等離子氣體天線？

等離子天線（Plasma Antenna）利用等離子體的響應(yīng)來產(chǎn)生和接收電磁波。等離子體中的自由電子和離子在外電場(chǎng)的作用下會(huì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生與金屬導(dǎo)體類似的電流和電磁波輻射，通過控制等離子體的密度或電場(chǎng)的強(qiáng)度，可以調(diào)節(jié)等離子天線的工作頻率和其他電磁特性。

總結(jié)

1957年，毛主席說：“你（蘇聯(lián)）無非是在地球上挖了那么一點(diǎn)東西，變成鋼材，做成汽車飛機(jī)之類，這有什么了不起”。

1971年，楊振寧回國(guó)探親感受：今日中國(guó)“完全地改變了”，而這種變化的核心是“精神”。 “為有犧牲多壯志，敢教日月?lián)Q新天” 就是新中國(guó)精神之體現(xiàn)。

1988年，鄧公說“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。

鋼鐵可以做成天線，沙子亦可以做成芯片。物質(zhì)，人之精神，物之理，三者缺一不可。有為進(jìn)取之精神，探索數(shù)理之智慧，我們難道不能做到嗎？

參考文獻(xiàn)：

1.《Antenna Design for Mobile Devices》 Zhijun Zhang

2.《電磁場(chǎng)與電磁波》謝處方

3. 《Plasma Antennas》 Theodore Anderson