天线与人的“零距离”

都世民

拉杆天线  初进视野

20世纪50年代，人们最早认识天线是从收音机进入人们生活开始的。当你调动收音机频率时，你可以改变收听的频道。当你调动拉杆天线时，会改善收听的效果。

后来黑白电视机在我国普及，人们不仅能收听还能看见影像，黑白电视机上有两根拉杆天线，可以改变拉杆天线长度及其夹角，从而改善收看和收听的效果。这种天线称作羊角天线。

闭路取代单机天线

20世纪60年代，随着电视技术的发展，电视频道数量的増加，用羊角天线收看的效果不好，人们纷纷把电视天线从室内移向室外，安装在窗户外面或楼顶上。一时间，楼顶上排列着各式各样的电视天线，有金属杆排列成的八木天线和对数周期天线，也有用覆銅板制成的多种电视天线。这种现象在外国也是如此。这在当时科技界，科技人员也发明了好多种电视天线。国内外的专利项目也很多，形式多样，五花八门，当时发明这种电视天线的主要技术指标是全频道、高増益。由于UHF和VHF的频率范围相差甚大，始终未能找到一副十分满意的电视天线。

随着电视频道的数量的不断増加，业界利用网络，把全频道电视天线分为几段，分别用几副八木天线，进行优化设计，安装时分别对准几个电视台，调试最佳接收效果。从此电视天线远离了人们的视线，进入“合作化”时代，这就是现在的闭路电视系统，每台电视机的天线插孔，通过电缆与墙上的闭路电视系统提供的接口连接。从此闭路电视系统取代了单机天线。

天线与人的“零距离”

20世纪70年代，手机进入人们的生活。早先的手机称作“大哥大”。这种手机也离不开天线，这种天线与收音机和电视机的天线不同，它既接收空中电磁波，又要辐射电磁波。早先的手机天线是外置的，如今的手机天线是内置的。产生这一变化的原因有以下几个方面：

1.天线技术的发展，微带天线的问世，使天线结构平面化和集成电路化；

   2. 电磁波辐射对人体健康的影响和危害的研究不断深入和呼声不断增强，电信运营商为了减小电磁波辐射对人体健康的影响，也作了很多努力，不断改进手机设计，外置的天线改为内置的天线；

   3. 手机的小型化和宽频带要求得到实现；

4. 手机的多功能化，例如通话、玩游戏、摄像、收发电子邮件等。

手机的广泛普及，价格不断降低，使用的人不断増加，使用的时间也大幅度増长，手机与人的距离不断缩短，直至“零距离”。这么一来就出现了一个新问题，电磁波辐射对人体健康的影响在増强。尽管手机电磁波辐射强度不像雷达那么强，但是零距离和长时间连续使用，对人体健康的影响应该引起重视。特别是长时间连续使用，通话和玩游戏的人，更是要重视。各国科技工作者的大量研究，一再指出手机电磁波辐射对人体健康的影响应该引起足够重视。虽然手机电磁波辐射致癌的研究结论有争议，但是产生热效应的研究结论无争议。

无线网络  天线回归

在互联网时代，人们上网浏览，在这里下载歌曲、试听音乐、欣赏美丽自然风景、收看电视连续剧、发送电子邮件、玩游戏、发表文章、点击新闻，如此之多的事情都可以在电脑桌面上完成。

早先人们进入互联网，是通过电话线实现ADSL有线联通，上网速度慢。如今可以用光纤入户，通过光纤网络实现宽带网络提速。与此同时，还可以通过无线网络进入互联网。每个用户通过安装路由器，即可实现宽带网络提速，进入互联网。

当你见到路由器这个小盒子，其上有两根短粗的金属棒，形状与“大哥大”上的外置天线相似。这种天线既接收空中电磁波信号，又向室内辐射电磁波信号，实现互联网联通，是路由器把拉杆天线又带回到室内。

              天线纳米  隐藏身边

 天线技术不断发展，新的结构形式不断出现，新材料不断釆用，天线正由小型化向微型化方向发展，纳米材料的诱惑力，正在更新天线设计、加工和使用范畴。

美国北卡罗来纳州立大学的研究人员，开发出一款含银纳米线的新型可卷曲天线，它能被缝制在可穿戴的健康监控设备中。【1】这种天线经典型式是平面结构，专业上称作微带天线。研究人员首先将银纳米线排列成特定图形，用扫描隧道显微镜的探针，作为制备纳米线的“模具”。因为碳纳米管可以方便地“编织”起来并融入服装布料中，然后在纳米线上塗上一层液体聚合物。当聚合物凝固时，覆盖所需的纳米线的图形，便形成了弹性复合材料。改变银纳米线排列的特定图形，以及复合材料的组件在空间的结构，即可改变微带天线的工作频率。这种纳米天线容易与其它平面电路集成为一个传感器。这种加工新方法比较简易，适合大规模生产。这种纳米天线投入市场，就意味着天线纳米后，就可以隐藏在人体身边。这里所说的碳纳米管的直径非常小，一般仅为几到几十纳米左右，相当于人类一根头发絲的10万分之一。

碳纳米管特殊的分子结构已引起材料、物理、化学、微电子、医药等诸多学科的专家们的浓厚兴趣。碳纳米管的导电性可以是金属性的，也可以是半导体性的，甚至在同一根纳米碳管的不同部位还会有不同的导电性能。现在，力学与机械学专家发现，碳纳米管的抗拉强度和韧性也比现有的材料都好。如果把它添加到普通的金属和塑料中，用这种材料织成线，可以做成衣服；将碳纳米管加入树脂中，可以制备出韧性、强度等力学性能很优越的复合材料；有人还幻想用碳纳米管做成“天梯”直奔月球。

应当指出：碳纳米管具有广阔的应用前景，这主要归功于它自身奇特的分子结构以及热、电、磁、光与力学特性。现在，在复合材料上，碳纳米管已经被用来增强树脂、陶瓷，以改善复合材料的电磁特性。  

纳米天线 大有可为

近些年来，科学家们已经利用碳纳米管，研发出世界上最小的收音机，以及尺寸极小的纳米试管。这种碳纳米管收音机比人类首批商业化的收音机要小1000亿倍。碳纳米管把天线、调谐器、放大器和解调器功能汇集于一身。这种碳纳米管收音机比人类首批商业化的收音机要小1000亿倍。诚然，这里所说的天线比早先拉杆天线要短细很多很多倍。这些纳米科技成果，正应用在生物医药、微纳电子、物理、化学等领域，展现一个全新局面。

纳米机器人的问世，它是具有特定功能的、纳米尺度的分子装置，如今可以进行人机对话，它可以进行健康检查和疾病治疗。还可以用来进行人体器官的修复、作整容手术、从基因中除去有害的ＤＮＡ，实现人体正常运行。

德国美因茨大学的研究人员Carsten Sönnichsen发明了一种新的方法来观测单个蛋白分子。这项研究发表在《纳米快报》上。由于碳纳米管对生物无毒性，中空，且稳定性好，因此被用作缓释药物的载体。事实上，即使一些非常普通的药物，一旦装入碳纳米管，由于装载的药物只能从碳管的两个开口端释放，同样可以达到“药物缓慢释放，药效持久”的目的。

医用纳米机器人有着无限的应用前景，其中最有可能的应用包括：治疗动脉粥样硬化、诊疗癌症病患、清理动脉血管垃圾、清洁伤口、帮助凝血、祛除寄生虫、治疗痛风、粉碎肾结石、人工授精及激活细胞能量，还可以测量人体内受到的电磁辐射、核辐射量值分布，观测人体基因的变化。

利用可以发光的纳米天线，当它们检测到未标记的蛋白时，频率就会发生细微改变，也就是颜色会发生细微变化；这种颜色的改变能够被进一步检测到。如此，就能精准地观测到蛋白分子的动力学过程。这样就可以实时追踪蛋白数量密度的波动、能实时追踪蛋白吸附过程。

在不久的将来，人们可以想象纳米机器人会被派遣到人体深处，执行巡逻、淸除血管中的沉积物、随带药物和诊断器诊治疾病、携带“人体显微镜”，探索人体深处的奥秘。如同航天飞船携带天文望远镜探索宇宙深处的奥秘一样。通过纳米天线接收体外指令信息，並将体内信息发送到体外成像探测系统。打开人类探测盲区的大门！

注：【1】《基于银纳米线的可伸缩且可逆形变的射频天线》已发表于美国化学会《应用材料与界面》（AppliedMaterials & Interfaces）杂志上。该工作得到了美国国家科学基金会（NSF）及先进自供电集成传感器系统和技术研究中心的资助。（来源：中国科学报 田倩飞/编译）。