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程度地在宏觀和微觀層面解釋天線的工作機理，當然現(xiàn)階段人類對物質(zhì)、電磁的認知的深刻性遠遠高于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，標志經(jīng)典電磁理論的建立；

1887年，赫茲用實驗方法產(chǎn)生和檢測到了電磁波，證實了麥克斯韋的預測。

1901年，馬可尼第一次實現(xiàn)橫跨大西洋的無線電傳輸。 微觀機制：自由電子理論解釋導體中的電現(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電性質(zhì)：金屬晶體內(nèi)的價電子可以自由運動，它們在晶體內(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)就是對電子運動的調(diào)控，電子共振產(chǎn)生電磁場與電磁波。因此從物質(zhì)組成上來講：天線是由良導體組成。一般我們生活中應用的天線，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)模化。

消費電子的天線工藝類型

天線是良導體，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的，機械加工的，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，也會起到天線小型化的作用。

圖2 消費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透鏡的類似行為，它通過折射或反射電磁波來達到聚焦和引導的目的，從而增加接收或發(fā)射的信號強度和方向性。

圖3 透鏡天線與光學折射

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。

消費電子天線的饋電類型

消費電子領域，天線饋電比較簡單直接。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，同軸連接對應有一系列的射頻連接器。5G時代由于頻率應用越來越高，LCP工藝既可以做到同軸傳輸，也可以做波導饋電。

圖4 消費電子饋電的類型

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)金屬天線通過電場或外力來驅(qū)動金屬流動，改變金屬的形狀和尺寸，進而調(diào)控天線的輻射模式、頻率響應和增益等參數(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的作用下會運動，產(chǎn)生與金屬導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的強度，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東西，變成鋼材，做成汽車飛機之類，這有什么了不起”。

1971年，楊振寧回國探親感受：今日中國“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” 就是新中國精神之體現(xiàn)。

1988年，鄧公說“科學技術是第一生產(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：

1.《Antenna Design for Mobile Devices》 Zhijun Zhang

2.《電磁場與電磁波》謝處方

3. 《Plasma Antennas》 Theodore Anderson