康奈爾大學地球與大氣科學副教授大衛·海塞爾解釋道。
當為了保持良好的接收效果,聽眾或觀眾需要保持尷尬的姿勢時,這種現象尤其令人沮喪。這不僅限於手,還可以包括整個身體以及附近的其他物體。事實上,即使是飛過頭頂的飛機也會影響無線電和電視訊號的接收,從而產生一種刺耳的干擾。通常,天線附近物體的位置和屬性會影響其效能。當這些物體移動時,這種影響尤其容易被察覺。
天線由導電材料製成。儘管天線的配置形式多種多樣,但它們通常採用直線金屬線或線圈的形式。例如,電視機背面的“兔耳朵”天線和線圈天線(至少在有線電視出現之前)分別是為VHF和UHF頻段操作調諧的天線。當發射器在天線中驅動振盪電流時,就會發射出電磁輻射——電磁輻射將能量和訊號從源頭帶走。任何可以傳導電流的物體都可以像天線一樣工作,儘管工程師們致力於設計在效率、方向性和可操縱性等方面都經過最佳化的天線。只需 glance 一眼城市的天際線,就能發現工程師們為不同的應用開發了各種各樣的設計。
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當天線接收到其他地方發射的電磁輻射時,會在天線中感應出電流。這種電流可以被無線電或電視接收器提取和放大,從而使能量和資訊能夠在沒有直接電氣連線的情況下遠距離傳輸。此外,接收天線中的電流本身也是二次輻射源。並非所有接收到的能量都傳輸到接收裝置,剩餘的能量主要以輻射的形式返回到空間。如果沒有接收裝置連線到天線,那麼攔截到的大部分能量將被重新輻射出去,只有一小部分以熱量的形式耗散掉。整個接收和輻射過程被稱為“散射”,其細節取決於天線的尺寸和形狀以及輻射的波長,其複雜性超出了本文討論的範圍。
當組織(以及任何其他導電或介電材料)暴露於電磁場時,也會在其中感應出電流。儘管手和身體不是特別有效的輻射體,但它們會散射一部分入射到它們身上的能量,這取決於所涉及的射頻頻率。在接收器端,散射訊號將與來自發射器的原始訊號競爭,根據到兩個訊號源的相對距離,建設性或破壞性地結合。與此同時,散射體與天線的接近程度會影響天線向接收器傳輸能量的效率。因此,接收效果可能會因身體的放置位置而得到改善或降低。
當手靠近接收器時,讀者提出的這種效應將最為明顯,儘管非常好的散射體(例如飛機)可以在很遠的距離產生影響。當散射體的大小至少與訊號的波長相當時,這種效應將最為明顯。例如,手的移動可能會影響VHF和UHF訊號的接收,但對於波長為數百米的AM無線電訊號來說,它們幾乎沒有什麼影響。最後,值得注意的是,天線附近的所有物體都會散射已經被其他物體散射過的輻射。所有涉及物體之間的耦合會很快變得非常複雜,如果存在許多物體,那麼任何一個物體的影響都不太可能非常大。
天線工程師利用這種耦合效應,將寄生天線元件放置在天線的一部分(稱為驅動元件)附近,驅動元件連線到電器。例如,電視天線中的所有偶極子線元件中,只有一個是驅動元件,其餘都是寄生的。它們旨在散射入射輻射,以便當 antenna 指向發射器時,所有貢獻都在驅動元件的位置建設性地疊加。這種天線的設計在很大程度上仍然是一項反覆試驗的工作,技術人員會在實驗室中移動元件的位置,就像您可能移動自己的身體以接收微弱的廣播訊號一樣。
答案最初發表於2003年11月10日。