为什么在电视或无线电天线前移动手会影响接收效果?

康奈尔大学地球与大气科学副教授大卫·海塞尔解释道。

当为了保持良好的接收效果,听众或观众需要保持尴尬的姿势时,这种现象尤其令人沮丧。这不仅限于手,还可以包括整个身体以及附近的其他物体。事实上,即使是飞过头顶的飞机也会影响无线电和电视信号的接收,从而产生一种刺耳的干扰。通常,天线附近物体的位置和属性会影响其性能。当这些物体移动时,这种影响尤其容易被察觉。

天线由导电材料制成。尽管天线的配置形式多种多样,但它们通常采用直线金属线或线圈的形式。例如,电视机背面的“兔耳朵”天线和线圈天线(至少在有线电视出现之前)分别是为VHF和UHF频段操作调谐的天线。当发射器在天线中驱动振荡电流时,就会发射出电磁辐射——电磁辐射将能量和信号从源头带走。任何可以传导电流的物体都可以像天线一样工作,尽管工程师们致力于设计在效率、方向性和可操纵性等方面都经过优化的天线。只需 glance 一眼城市的天际线,就能发现工程师们为不同的应用开发了各种各样的设计。


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当天线接收到其他地方发射的电磁辐射时,会在天线中感应出电流。这种电流可以被无线电或电视接收器提取和放大,从而使能量和信息能够在没有直接电气连接的情况下远距离传输。此外,接收天线中的电流本身也是二次辐射源。并非所有接收到的能量都传输到接收设备,剩余的能量主要以辐射的形式返回到空间。如果没有接收设备连接到天线,那么拦截到的大部分能量将被重新辐射出去,只有一小部分以热量的形式耗散掉。整个接收和辐射过程被称为“散射”,其细节取决于天线的尺寸和形状以及辐射的波长,其复杂性超出了本文讨论的范围。

当组织(以及任何其他导电或介电材料)暴露于电磁场时,也会在其中感应出电流。尽管手和身体不是特别有效的辐射体,但它们会散射一部分入射到它们身上的能量,这取决于所涉及的射频频率。在接收器端,散射信号将与来自发射器的原始信号竞争,根据到两个信号源的相对距离,建设性或破坏性地结合。与此同时,散射体与天线的接近程度会影响天线向接收器传输能量的效率。因此,接收效果可能会因身体的放置位置而得到改善或降低。

当手靠近接收器时,读者提出的这种效应将最为明显,尽管非常好的散射体(例如飞机)可以在很远的距离产生影响。当散射体的大小至少与信号的波长相当时,这种效应将最为明显。例如,手的移动可能会影响VHF和UHF信号的接收,但对于波长为数百米的AM无线电信号来说,它们几乎没有什么影响。最后,值得注意的是,天线附近的所有物体都会散射已经被其他物体散射过的辐射。所有涉及物体之间的耦合会很快变得非常复杂,如果存在许多物体,那么任何一个物体的影响都不太可能非常大。

天线工程师利用这种耦合效应,将寄生天线元件放置在天线的一部分(称为驱动元件)附近,驱动元件连接到电器。例如,电视天线中的所有偶极子线元件中,只有一个是驱动元件,其余都是寄生的。它们旨在散射入射辐射,以便当 antenna 指向发射器时,所有贡献都在驱动元件的位置建设性地叠加。这种天线的设计在很大程度上仍然是一项反复试验的工作,技术人员会在实验室中移动元件的位置,就像您可能移动自己的身体以接收微弱的广播信号一样。

答案最初发表于2003年11月10日。

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