无线电和天线的演进历程

1864年，James Clerk Maxwell提出电磁场相互耦合的概念，不久后Heinrich Hertz就通过实验证明了电磁波真实存在，此后电磁波就在无线通信领域得到了快速发展。20世纪20年代到30年代，人类相继发明了广播和电视；20世纪末期，全球定位系统（GPS）和手机也相继问世。自2000年以来，国内紧追世界无线电通信发展的步伐。2003年，通过国人全力以赴的努力，ITU公布了中国拥有自主知识产权的TD-SCDMA标准。2008年8月，我国实现3G网络覆盖。2013年，仅仅用了5年，4G网络席卷全国。

追溯历史，与无线通信蓬勃发展密不可分的是天线的百花齐放。Heinrich Hertz在发现无线电的实验中用到的是偶极子天线以及环天线，发射和接收天线相距仅数米。1901年，Guglielmo Marconi在48m高的横挂线斜拉下50根铜导线组成的扇形结构的发射天线，其制作的教科书般经典的天线，就是1905年架设在波尔多的方锥形的天线。20世纪30年代，随着微波电子管的出现，各国陆续研制出了各种各样的面天线。“二战”期间，雷达的出现，波导缝隙天线和介质棒天线的应用让信息战场上硝烟四起。战后的民用通信市场，大型的反射面天线被用于电视广播、天文、通信等领域，让天线得到了长足的发展。1972年，实用型微带天线在导弹和火箭得到应用。而被我们所熟知的全球定位卫星（Global Position Satellite，GPS）上则搭载的是螺旋天线阵，波长在20厘米。从20世纪90年代的国内流行的“大哥大”到21世纪初智能手机开始普及，移动电话的尺寸缩小了大半，其天线从伸出机外的半波天线演变为集成在芯片上的贴片天线。(www.xing528.com)

回到现在，可以看到的是，目前天线的发展趋势是：发射功率会越做越大，尺寸则向极大化和极小化两端发展，结合网络实现智能控制，同时降低生产成本等。在许多领域，天线功率的上升、分辨率的提升，使得天线的热流密度急速上升，传统的散热方式已近很难满足其使用要求了。在生物医疗领域，天线也起着重要的作用，射频和微波消融就是典型的例子，其探针的散热问题同样值得关注。传统的最佳方案采用的是水冷，由于水容易气化相变，散热效果有待提升。如果探针的散热问题得以妥善解决，就可以避免组织的碳化，就治疗效果而言，将极大地扩大消融范围，为肿瘤患者提供更加精准有效的治疗。