無線②：天線與傳播（λ/4、匹配、極化、路損）

天線原理其實是在回答一個超生活、也超殘酷的問題：同樣都是無線，為什麼有時候隔一堵牆就像蒸發？為什麼你看起來滿格卻一直轉圈圈？如果你上一集已經搞懂「訊號怎麼塞進電磁波（載波與調變）」，那這一集就是把它拉回現場：電磁波到底怎麼從 A 點真的跑到 B 點？

很多人以為是「基地台不夠強」或「路由器太爛」，但現場最常卡的反而是四件事：λ/4 天線、阻抗匹配、極化、路徑損耗。你把這四個概念串起來，就會開始用工程視角看無線：不是靠運氣，是能抓出「是哪一段在掉血」。

這篇我會用台灣最常見的無線場景來講：手機訊號、Wi-Fi、車庫遙控器、藍牙耳機、行動支付刷卡機、還有工地對講機。你會更清楚：為什麼有些地方「看起來只差一堵牆」，訊號卻像瞬間蒸發——因為在無線世界裡，空間、材質、方向真的會把能量吃掉。

▶️ 立即觀看：一張圖先把天線與傳播的重點串起來

這支短影片先把「λ/4 → 匹配 → 極化 → 路徑損耗」用一張圖串起來，讓你有一個乾淨的心智模型。你看完再讀文章，會比較不容易在名詞海裡迷路。

如果你看完開始好奇：「為什麼天線長度跟頻率有關？為什麼要 50Ω？為什麼手機轉個方向差很多？為什麼 5GHz 明明更快卻更容易掉？」——下面我們就把它拆開。

第1章｜無線每天都在用：從手機、Wi-Fi 到車庫遙控器

先用一句話講白：天線不是魔法，它比較像一個「轉接頭」——把電路裡的高頻能量耦合到空氣裡，或把空氣裡的電磁波能量耦合回電路裡。

所以你每天遇到的無線，其實都在跟天線打交道：

• 手機 4G/5G：機身裡面塞了多組天線，還會切換頻段、做 MIMO。
• 家用 Wi-Fi：路由器那幾根「刺刺的」不是裝飾，位置與角度會影響穩定度。
• 藍牙耳機：距離短但很怕遮擋（手一蓋、身體一擋就開始斷）。
• 車庫/鐵捲門遙控器：常見 315/433MHz，天線做差或裝錯位置，距離會短到你懷疑人生。
• 工地對講機：握法、遮蔽物、天線長度與方向，全都會影響通聯。

你真的理解這套邏輯後，解決無線問題就會變得更像「抓故障」：看能量怎麼送出去、怎麼接回來、路上被吃掉多少，而不是一直賭「換一台更貴的」會不會好。

第2章｜λ/4 天線：為什麼四分之一波長這麼常見？

你會一直聽到「λ/4 天線」，不是因為它神秘，而是因為它便宜、好做、好裝、而且夠好用。很多產品裡那條看起來像小鐵絲的天線，核心概念就是 λ/4。

想看更偏定義的描述，可以參考維基百科：Quarter-wave antenna（四分之一波長天線）。

第3章｜天線原理：λ、頻率、波長怎麼換算？（含台灣常見頻段）

波長 λ 跟頻率 f 的關係，最常用的近似是：

λ ≈ 300 / f(MHz)（單位：公尺）
因為電磁波在空氣中的速度接近光速 c≈3×10⁸ m/s。

拿台灣常見的幾個頻段，快速有感一下：

• 433MHz（遙控器常見）：λ≈0.69m → λ/4≈0.17m（約 17cm）
• 2.4GHz（Wi-Fi/藍牙）：λ≈0.125m → λ/4≈3.1cm
• 5GHz（Wi-Fi 5/6 常見）：λ≈0.06m → λ/4≈1.5cm

你會發現：頻率越高，天線越短。這也是為什麼手機可以塞很多天線，而對講機常常要「長一根」。

第4章｜實際長度為什麼不是理論值？（速度因子、端點效應）

你用公式算出 λ/4 是 17cm，但實際剪一條 17cm 鐵線裝上去，常常不會剛好最佳。原因很常見：

• 速度因子（Velocity Factor）：走在導線、同軸或 PCB trace 上，波速會變慢，等效波長縮短。
• 端點效應：天線端點附近的電場分佈，會讓「有效電長」跟幾何長度不完全一樣。
• 外殼與附近金屬影響：塞在金屬盒裡、貼著地平面，諧振點與阻抗都可能跑掉。

所以現場才會常聽到一句話：天線常常不是「算一算」就結束，而是會需要留可調空間、甚至量測後微調。

第5章｜阻抗匹配：SWR、反射，為什麼訊號會被彈回去

很多人以為天線就是「接上去就會發」，但發射端跟天線之間如果不匹配，能量就會反射回來，形成駐波（SWR 變差）。直覺一點講：你想把力氣推出去，但接口不合，力氣就反彈回來打到自己。

想看更精準的名詞，可參考：Standing wave ratio（SWR，駐波比）。

第6章｜50Ω 從哪來？不是規定，是產業折衷

你在 RF 世界很常看到 50Ω：同軸線、測試儀器、天線規格都愛寫 50Ω。它不是宇宙常數，而是長期工程折衷的結果：在「功率承受」與「傳輸損耗」之間取得平衡，整條產業鏈就跟著統一了。

第7章｜匹配到底影響什麼？（距離、效率、發射端保護）

匹配好不好，現場會直接影響三件事：

• 距離：反射越多，送到天線的能量越少，傳得就越短。
• 效率：不只發射，連接收「把能量接回電路」的效率也會下降。
• 發射端保護：大功率設備 SWR 太差可能觸發保護，長期也可能增加功放壓力。

所以你遇到「換一條天線突然變遠／突然變穩」很多時候不是神蹟，而是接口、位置或匹配變好了。

第8章｜極化：你以為是訊號弱，其實是方向對不到

你一定遇過：手機或對講機明明同一個地方，但你把它轉個角度，訊號就突然好或突然差。這常常不是玄學，而是極化（Polarization）在作怪。

想看標準定義可參考：Polarization（波的極化）。

你可以把極化想成電磁波的「震動方向」。發射端跟接收端方向越對，耦合效率越好；如果一邊垂直、一邊水平，就會掉很多，你就會覺得「明明很近怎麼收不到」。

這也解釋了為什麼你看到有人把 Wi-Fi 路由器天線「一根直、一根橫」：很多時候是想在不同設備姿態、反射環境下，提高「至少有一條路徑對得上」的機率。

第9章｜路徑損耗：為什麼走遠就變差？（FSPL、牆、人體、雨）

無線最殘酷的一件事是：你走遠，它就一定變差。就算什麼都沒擋，訊號也會因為空間擴散而衰減，這就是路徑損耗的底層物理。

自由空間路徑損耗（FSPL）你不用先背公式，先記住直覺就好：距離加倍 → 掉很多；頻率越高 → 同距離下更吃虧。

想看公式版本可參考：Free-space path loss（自由空間路徑損耗）。

也因此，很多人家裡會出現這種體感：

• 2.4GHz：比較耐走、比較耐穿牆
• 5GHz：近距離很快，但隔一堵牆就差很多

台灣室內最常見的「訊號殺手」其實也很生活化：RC 牆＋鋼筋（對 RF 像金屬網）、電梯間/鐵門、防火門、浴室潮濕、還有人體（手一包、身體一擋藍牙就斷）。

如果你想查台灣合法頻段與相關規範（例如常見的 2.4GHz / 5GHz、或某些遙控器頻段），建議從 NCC（國家通訊傳播委員會） 的公開資訊入口開始找，比在網路上聽人講更穩。

結語｜把無線當成能量耦合，你就會開始「會抓問題」

你把無線當成「訊號」就會覺得它很玄；但你把它當成能量怎麼耦合、怎麼走、怎麼掉，就會突然變得很工程、也很可控。

這篇你最該帶走的四個直覺：

• λ/4 很常見：好做又好用，但常要留微調空間。
• 匹配很關鍵：反射多就傳不遠，嚴重時還會影響發射端。
• 極化會害你誤判：方向不對，你以為是弱，其實是對不到。
• 路徑損耗是物理天條：距離越遠越弱，頻率越高越怕牆。

📌 延伸閱讀推薦：

🔹《無線①：把訊號塞進電磁波（載波與調變）》
上一集把「訊號怎麼上車」講清楚，這一集是「上車後怎麼跑到目的地」。兩篇一起看，整套無線心智模型就會成形。

🔹《電學基礎懶人包：從「什麼是電？」到看懂你家的配電盤》
如果你對電壓、電流、功率還有點模糊，先把這篇打底，後面看匹配、線損、能量流動會順很多。

無線② 天線與傳播 FAQ

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你最近遇到哪一種無線最困擾你？是家裡 Wi-Fi 隔一堵牆就掉、藍牙耳機走到廚房就斷、還是車庫遙控器必須貼很近才有反應？
留言跟我說你的場景（大樓/透天、幾坪、隔間材質、路由器放哪裡），我可以用這篇的框架幫你快速判斷最可能卡在哪一段。