偶極子天線(英語:Dipole antenna或doublet)是在無線電通信中,使用最早、結構最簡單、應用最廣泛的一類天線。它由一對對稱放置的導體構成,導體相互靠近的兩端分別與饋電線相連。用作發射天線時,電信號從天線中心饋入導體;用作接收天線時,也在天線中心從導體中獲取接收信號。[1][2][3][4][5]常見的偶極子天線由兩根共軸的直導線構成,這種天線在遠處產生的輻射場是軸對稱的,並且在理論上能夠嚴格求解。偶極子天線是共振天線,理論分析表明,細長偶極子天線內的電流分布具有駐波的形式,駐波的波長正好是天線產生或接收的電磁波的波長。因而製作偶極子天線時,會通過工作波長來確定天線的長度。最常見的偶極子天線是半波天線,它的總長度近似為工作波長的一半。除了直導線構成的半波天線,有時也會使用其他種類的偶極子天線,如直導線構成全波天線、短天線,以及形狀更為複雜的籠形天線、蝙蝠翼天線等。歷史上,海因里希·赫茲在驗證電磁波存在的實驗中使用的天線就是一種偶極子天線。
在洛侖茲規範下,任意電流電荷體系在場點產生的矢勢由推遲勢公式給出:
其中是推遲時刻。
對於截面為圓形,半徑遠小於工作波長的細空心天線,可以近似認為其上的電流成軸對稱分布,可對角度變量進行積分,方程轉化為:
如果進一步假定天線的半徑遠小於其長度(兩者之比小於1/60),可以近似認為在積分中,只有z附近的才對有貢獻,與具有類似的形式。這樣天線內部的電流強度也近似滿足一維波動方程。電流在天線上的分布近似為駐波形式:
其中是天線全長,是交流電的頻率。這種情形下,天線在場點處產生的矢勢為:
如果場點離天線的距離足夠遠,以至於下列三個條件同時滿足時,場點處於輻射區:
此時推遲勢公式可近似為:
略去不屬於輻射場的高階項,場點的磁感應強度滿足:
輻射功率的角分布為:
對上式積分,利用三角積分函數,可以給出輻射總功率以及輻射阻抗的表達式:
若天線的半徑與長度之比並不小,使用「電流駐波分布」的近似並不準確:有限的會為這一定律引入量級的相對修正[6]。