天线是如何工作的？为什么会产生天线辐射？为什么携带射频电流的导线会辐射产生电磁波，并在自由空间或传播介质中进行远距离传播？天线辐射究竟是如何产生的？
带着这些问题，下面让我们一起来揭开天线辐射的神秘面纱。因此涉及到一些原理，我们也将尽量保持论述的简洁性。
从理论上讲，当交流电流经导体（电线、金属管道、金属杆棒等）时，有可能将部分电能转化为电磁波辐射。导体辐射的EM电磁波能量的大小取决于多个因子，其中包括导线的几何布局、导线长度与交流激励源波长（λ）或频率（1/λ）的关系、以及导线与另一个携带类似量级回流电流导体的距离等。
其实我们的家用电线、输电线等也会产生电磁波辐射。不过这些导线都是非常差的电磁波辐射器。因此，用于电力传输的频率是 50/60 Hz ，其波长分别为 6000/5000 千米。家用电线或配电线的长度与这些波长相比，显得非常小，不值得作为电磁能量辐射器。此外，回流电线通常总是紧靠在一起（相线和中性线），因此其几何形状不适合电磁辐射。
偶极子上的电压和电流
从结构上讲，有非常多不同类型的天线，其中许多都具有相当独特的性能特征和辐射模式。不过，就技术原理而言，变化并不太多。所有这些天线要么是驻波天线，要么是行波天线，要么是电压驱动天线，要么是电流驱动天线。此外，每种天线的基本辐射原理都是相似的。因此，下面我们将讨论一个典型偶极子的基本辐射原理。
偶极子是一段导体，在其长度的中间一点由电能源驱动。典型谐振偶极子的长度是波长的一半（1/2 λ）。这一长度有利于天线辐射。施加在导体长度中间的激励射频能量源是一个电压源。这是一个正弦电压，首先产生一个射频电场，使 1/2 λ 长导线一端的电位为负，另一端的电位为正。电流（电荷）开始从导体的一端流向另一端。
由于导体的长度为 1/2 λ，电荷从一端流向另一端（以光速 C）所需的时间等于射频RF激励频率的 1/2 个周期。因此，恰恰在电流到达导体的另一端（这是一个死胡同，电流无处可去）的那一刻，RF激励源完成了它的 1/2 周期并反转了相位。这导致导体两端的电压极性发生变化，从而迫使偶极 1/2 λ 长度上的电流流向也发生逆转。
只要继续施加RF激励，偶极导体上电流流动方向的这种重复逆转过程就会无限期地持续下去。因此，电荷会沿着偶极子的长度不断来回摆动。尽管偶极子导线的两端是开放的，并没有像人们传统上所期望的那样形成闭合回路作为电流流动的必要条件，但偶极子上的电流仍以振荡的方式在 1/2 λ 的导线长度上流动。流过的电流对偶极子开口两端电路的物理不连续性视而不见。这就是尽管没有物理闭合回路，射频发射电流仍在偶极子上流动的原理。
偶极子上的电压和电流
射频电流在 1/2λ 开口偶极子中不间断地流动，为天线辐射的产生奠定了基础。
偶极子上的电场和磁场到目前为止，我们已经建立了偶极子上射频电流流动的原理。现在，我们需要研究偶极子上的射频电流流以及电压产生的电动势如何转化为电磁波的辐射。偶极子元件布局的物理结构是天线辐射的关键。偶极子的两半部分通常相互排布。如果将偶极子的两半导线转 90°，使其相互平行，那么它看起来就像我们非常熟悉的平行明线传输线（TL）。
事实上，这样的导线布局确实会变成一条 TL，并通过限制射频能量和阻止辐射而成为一个非常差的辐射器。外加电压在两根平行导线之间产生的电场就像电容器一样被限制在导线之间的空间内，而电流在每根导线周围产生的磁场刚好极性相反且大小相等。由于导线之间的间距与波长（λ）相比非常小，因此极性相反的磁场会相互抵消，不会在导线对之外产生任何明显的残余磁场。因此，这种平行导线不会辐射能量，而是将能量从一端有效地传递到另一端。这将使平行线几何形状成为一种良好的传输线。
有鉴于此，让我们再回顾一下偶极子的原始结构几何图形。与射频激励源连接的导线不是平行布置，而是像偶极子一样采用直列的几何图形。现在会发生什么？为什么几何形状的改变会使这些导线变成高效天线？原因在于电能场不再受限。电压源产生的电场现在必须穿过天线结构周围的广阔空间。
偶极子上的电场和磁场
同样，振荡电流在偶极子的每一半导线段上产生的磁场位于垂直于偶极子导线的平面上，不会与偶极子另一半元件上的磁场合并或相互作用。与交流的射频电场一样，交变射频磁场也会耦合并延伸到周围介质中，如自由空间、空气、真空等。这些延伸到天线周围介质中的磁场需要快速建立和塌缩，同时与激励源的极性相反。
然而，这些场无法随着射频激励源的相位反转而迅速塌缩，它们会被下一个激励周期向外推出，而此时激励周期已经开始建立。这些被向外推的场会脱离天线，成为孤场。在随后的激励周期中，它们会被越来越多地推开。现在，我们将看到这些脱离的场是如何通过三个阶段的天线辐射过程逐渐转化为电磁波的，这些电磁波完全独立于源天线，最终成为自持的电磁波，并在传播介质中自由传播。
电磁波的形成在分离阶段之前，能量场的行为类似于正常的电场和磁场，能够表现出通常的相互耦合特性。至此，电场和磁场保持各自独立的特性。该场区内的任何其他导体都可以接收驱动偶极子的能量转移，偶极子能量源的负载程度与场内耦合导体的负载成正比。这与变压器初级绕组和次级绕组之间通过磁场相互耦合的情况十分相似。
到目前为止，我们看到的并不是电磁（EM）场。天线周围的这个场区域被称为感应场或瑞利区。在感应（近）场内是不会产生电磁波的。感应场区域对于八木天线或任何其他基于寄生元件的天线都非常有用。
现在，让我们回头仔细看看从偶极子辐射元件中分离出来的场。它们是构件的起点，最终转化为电磁波，形成天线辐射现象。脱离的电场随后会在自由空间或任何其他射频传播介质中自由传播。在电场和磁场分离的初始阶段，它们不会形成电磁波，因为两个场分量之间存在 90° 的相移。因此，它们在天线上形成了一个无功负荷。
当这些分离的磁场以光速被推得越来越远时，它们就会遇到相位相互移动的情况，因此在某一点之后，它们的相位差就会变为零，此时两个电场和磁场就会同相。这就是电磁波开始形成的时间。介于感应（近）场和电磁波形成点之间的中间区域称为菲涅尔区。通常，瑞利区和菲涅尔区统称为天线的近场。
在上述菲涅尔区之外，同相但正交的电场和磁场结合在一起，形成了我们所熟知的电磁波（EM 波）。1864 年，麦克斯韦在其著名的电磁学论文中提出了这一理论。值得注意的是，麦克斯韦提出他的理论时，还没有后来发明的无线电。麦克斯韦发现，即使没有导体存在，电场和磁场也能共存。这两个场需要在空间上相互正交，并且相位一致。在这种情况下，如果存在无损介质，场中包含的能量将无限地相互支撑。
换句话说，当磁场塌缩时，它会将能量传递给电场，而电场塌缩时会将能量传递给磁场。当磁场和电场之间的这种交替过程持续进行时，结合在一起的能量将以光速沿垂直于两个磁场的方向传播。这就是所谓的电磁波。与感应（近）场区的独立磁场和电场不同的是，电磁波与天线元件不是分离的，而是相连的，它完全脱离了发射天线。事实上，天线辐射过程只是电磁波产生的结果。
电磁波一旦产生，天线辐射就会自我维持，并在其电场和磁场分量中独立包含其形成时接收到的所有能量。
因此，接收天线对传播电磁波的任何形式的加载都不会对发射天线产生任何反作用。不管是一个远端接收天线还是数百万个接收天线来接收和获取信号，发射天线都不会承受任何额外的负载，这与近场耦合的情况不同。菲涅尔区以外的电磁波形成天线辐射的区域被称为辐射场、远场或弗劳恩霍夫区。