内容涵盖全面,除了理论性,更有很强的工程实践性,通过典型天线的设计案例,使读者对天线设计具有更深入的认识。
《天线理论与工程》可作为电子通信工程专业学位研究生、电子类学术学位研究生的教材,也可供从事天线研究工作的工程技术人员参考。
《天线理论与工程》主要包括天线理论与技术及相关技术方面的内容。第1章介绍了电磁波辐射的基本原理和天线的基本概念和知识;第2章至第5章介绍了常用的天线形式,包括振子天线、微带天线和螺旋天线,也包含了天线阵列分析和综合方面的内容;第6章给出了几个天线设计的实例,可以作为教学案例进行实践练习;第7章介绍了天线测量方面的知识;第8章介绍了天线罩方面的知识。
付云起,国防科学技术大学教授,博导。主要从事人工电磁材料、微波毫米波技术、天线理论与技术等方向的研究工作,先后承担973、863、国家自然科学基金等课题多项,出版著作多部。
第1章 天线理论基础 1
1.1 电磁辐射问题的解 1
1.1.1 Maxwell方程组及波动方程 1
1.1.2 辐射积分 2
1.2 辐射机理 7
1.2.1 运动点电荷的场 7
1.2.2 细线电流模型 13
1.2.3 辐射的产生 14
1.3 基本辐射元 16
1.3.1 电偶极子 16
1.3.2 磁偶极子(小环) 18
1.3.3 惠更斯元 20
1.4 天线的性能参数 20
1.4.1 天线的电路特性与能量传输 21
1.4.2 天线的空间场特性 23
1.4.3 天线的互阻抗与收发互易性 31
1.4.4 Friis传输方程和雷达方程 34
1.5 天线的匹配与平衡 35
1.5.1 阻抗匹配 36
1.5.2 平衡馈电 37
1.6 天线的分析方法 38
第2章 振子天线 40
2.1 振子 40
2.2 八木天线 43
2.3 角反射器天线 49
2.4 地面上的天线(含理想导电和非完纯导电) 55
第3章 微带天线 64
3.1 微带天线概述 64
3.2 微带天线分析方法 65
3.3 微带天线宽带技术 70
3.4 微带天线圆极化技术 81
3.4.1 一点馈电单片圆极化微带天线 82
3.4.2 圆极化微带天线宽角轴比改进的方法 89
3.5 微带天线表面波抑制 93
第4章 螺旋天线 96
4.1 圆柱螺旋天线 96
4.1.1 螺旋的几何表示 96
4.1.2 轴向模波瓣图和波沿单绕螺旋的传播相速 97
4.1.3 单绕轴向模单圈方螺旋的波瓣图 103
4.1.4 单绕螺旋的完整轴向模波瓣图 104
4.1.5 单绕轴向模螺旋天线的轴比和圆极化条件 106
4.1.6 单绕螺旋天线轴向模辐射的宽频带特性 109
4.1.7 波瓣图、频带宽度、增益、阻抗和轴比公式列表 110
4.1.8 单绕轴向模螺旋天线的实际设计考虑 111
4.2 平面螺旋天线 116
4.2.1 非频变天线基本原理 116
4.2.2 非频变的数学基础 118
4.2.3 螺旋天线 119
4.2.4 螺旋模式 123
4.2.5 平面螺旋天线的馈电 126
4.2.6 平面螺旋天线的支撑技术 127
4.2.7 螺旋臂终端的处理 129
4.2.8 波束形成 130
第5章 天线阵列分析与综合 132
5.1 天线阵列的分析 132
5.1.1 线阵的阵因子 132
5.1.2 均匀激励的等间距线阵 137
5.2 综合问题 142
5.2.1 线源波束赋形的综合方法 144
5.2.2 线阵波束赋形的综合法 148
5.2.3 低旁瓣、窄主瓣方法 152
第6章 天线应用实例 162
6.1 螺旋天线 162
6.1.1 应用背景 162
6.1.2 设计过程 162
6.2 微带天线 174
6.2.1 应用背景 174
6.2.2 设计过程 174
6.2.3 天线阵列的设计 180
6.3 缝隙天线 186
6.3.1 应用背景 186
6.3.2 缝隙天线原理 186
6.3.3 天线的仿真 192
本 章 附 录 196
第7章 天线测量 199
7.1 概述 199
7.2 测试场 200
7.2.1 天线测试场的一般要求 200
7.2.2 反射测试场 201
7.2.3 自由空间测试场 203
7.2.4 紧缩场 207
7.2.5 近场测试场 210
7.2.6 各种天线测试场比较 212
7.3 主要参量测量 213
7.3.1 方向图测量 213
7.3.2 天线增益测量 216
7.3.3 天线极化测量 220
7.4 典型测量系统 221
第8章 天线罩 224
8.1 天线罩的基本概念 224
8.1.1 什么是天线罩 224
8.1.2 天线罩的分类 225
8.1.3 天线罩对天线电气性能的影响 226
8.1.4 天线罩的性能要求 227
8.2 罩壁传输特性 229
8.2.1 通用计算公式 229
8.2.2 单层结构传输特性 231
8.2.3 A型夹层传输特性 232
8.2.4 多层夹层传输特性 233
8.2.5 B型夹层传输特性 233
8.2.6 内含金属物介质层传输特性 233
8.2.7 空间骨架结构传输特性 234
8.3 天线罩电气特性分析方法 234
8.3.1 天线罩分析方法发展历程 234
8.3.2 高频分析方法 235
8.3.3 全波分析方法 237
8.3.4 高低频混合方法 239
8.3.5 各种分析方法适用范围 240
8.4 天线罩电气分析实例――几何光学法 241
8.4.1 引言 241
8.4.2 计算原理 242
8.4.3 罩体曲面形状的描述 243
8.4.4 电磁射线与罩壁的交点 244
8.4.5 入射波的入射角 245
8.4.6 入射波的极化角 246
8.4.7 透射场计算 246
8.4.8 加罩前后方向图计算 248
8.4.9 天线罩电气性能计算 249
8.5 天线罩电气测量技术 252
8.5.1 天线罩材料特性测量 252
8.5.2 罩壁传输特性测量 254
8.5.3 整罩性能测量 257
参考文献 260
前 言
当前专业学位研究生的教育越来越受到重视,研究生人数会越来越多,在专业研究生的教育上我国还处于起步阶段,适合专业学位研究生教育的教材还很少。国防科技大学设立了研究生一流课程体系建设项目,而专业学位研究生教材建设是其中一项重要内容。国内外现有的天线课程基本上以加深理论学习、加强实践创新为主导思想,而本教材主要针对专业学位研究生,注重工程性,以“完善知识结构、提高思维能力、强化实践培养”为原则。
全书共分为8章。第1章天线理论基础,介绍了辐射原理、基本辐射元、天线的性能参数、天线的激励和分析方法等内容。在第2章到第5章中,编著者重点参考了一些相关文献,并结合自身的科研工作经历,对几种常用天线的知识进行了介绍:第2章在本科所学对称振子天线的基础上,介绍了折合振子、八木天线、角反射器天线以及接地面上的振子天线等;第3章微带天线,主要介绍了微带天线的原理、结构、分析方法、微带天线的圆极化和宽带技术等;第4章螺旋天线,首先介绍了圆柱螺旋天线,给出了圆柱螺旋天线的结构、圆柱螺旋天线的辐射机理和分析方法以及圆柱螺旋天线实际设计中的一些工程实践经验;然后介绍了平面螺旋天线,内容包括非频变天线的基本原理、平面螺旋天线辐射机理、平面螺旋天线的模式、平面螺旋天线的馈电和支撑技术以及终端的处理等;第5章天线阵列分析与综合,主要介绍了天线阵列的分析方法和阵列的相关性能、天线阵列的综合设计方法和一些基本综合设计公式。第6章天线应用实例,主要是设计了三个天线设计案例,包括平面螺旋天线、微带阵列天线和波导缝隙天线,首先给出了各种天线的应用背景和性能指标要求,然后结合仿真软件对天线的设计过程进行了演示,这部分内容主要目的是作为学生的设计实践,以增加学生的工程经验。第7章天线测量,介绍了天线测量的基本要求,综合介绍分析了几种不同的天线测试场,介绍了天线增益、方向图等参数测量方法,并给出了一些典型的天线测量系统。第8章天线罩,主要介绍了天线罩的基本概念、天线罩的传输特性、天线罩的分析方法,以几何光学法为例对天线罩的特性进行了分析,最后介绍了天线罩的测量技术。
本书第1章由张光甫编写,第2、3、4、5章由付云起编写,第6章由吴微微编写,第7、8章由莫锦军编写。编写过程中,研究生陈文波、马立冬、牛德鹏也参与了资料整理和文稿录入工作,在此表示感谢。本书能够出版,也感谢国防科技大学研究生院的资助。
由于编者水平有限,书中难免存在缺点和错误,殷切期望广大读者批评指正。
作 者
这本书的封面设计简洁大方,透露出一种严谨的学术风格,这让我立刻联想到它所包含的内容一定非常扎实和有深度。作为一名热爱钻研技术问题的爱好者,我对“天线理论与工程”这个书名本身就充满了向往。虽然我还没有机会翻阅这本书,但我可以凭借经验和想象,勾勒出它可能带来的知识盛宴。 我预想,这本书一定会对天线的基础理论进行系统性的讲解,从电磁波的传播原理出发,深入到天线的辐射机制。我期待书中能够详细介绍各种基本天线单元,比如偶极子、单极子、环形天线等,以及它们各自的工作特性和数学模型。理解这些基础知识,就像建造一座高楼的地基,至关重要。我希望书中能有清晰的图示来辅助理解,并提供详实的数学推导过程,让我能够透彻地掌握其背后的科学原理。 “工程”一词的出现,更是让我对这本书的实用性充满了信心。我猜想,书中不会仅仅停留在理论的层面,而是会将这些理论知识转化为实际的工程应用。例如,在实际设计中,如何选择最合适的天线类型来满足特定的通信需求?如何进行天线的阻抗匹配,以实现最大的功率传输?如何优化天线的方向图,使其在特定方向上具有更高的增益?我期待书中能提供一些实际的设计案例、流程和技巧,甚至是一些常用的仿真软件(如HFSS、CST)的应用指导,帮助我将所学知识应用于实践。 另外,我非常关注书中对现代通信系统中所使用的复杂天线技术的介绍。例如,大规模MIMO天线阵列,它们是如何工作的?如何实现波束赋形来提高信号质量和容量?对于5G、6G等前沿通信技术,是否会有相关的天线设计和应用方面的探讨?这部分内容将是了解未来通信技术发展趋势的关键。 总而言之,即使没有亲眼见到这本书的内容,但“天线理论与工程”这个书名本身所蕴含的专业性和深度,就足以让我对其充满好奇和期待。我坚信,这是一本能够为我打开天线技术新世界大门、并为我提供宝贵实践指导的力作。
评分这本书的装帧设计给我的第一印象是相当专业且具有份量感,厚实的纸张和精美的排版,无不透露出这是一本深入研究的学术著作。作为一名长期在通信工程领域工作的技术人员,我一直都对天线技术怀有浓厚的兴趣,并持续关注其发展。虽然我还没有实际阅读过本书的内容,但仅仅从“天线理论与工程”这个书名,我就能感受到其所蕴含的知识深度和广度。 我非常期待书中能够深入浅出地讲解天线设计的核心理论。这可能包括电磁波的辐射原理、天线参数的定义与计算(如增益、方向图、阻抗、极化、效率等),以及各种经典天线类型的物理模型和数学分析。例如,我设想书中会详细分析偶极子天线的辐射特性,解释为什么它会产生特定的方向图,以及如何通过改变其尺寸和馈电方式来调整其性能。同时,对于微带天线、喇叭天线、对数周期天线等更为复杂的结构,我期望书中能够提供清晰的原理阐述和设计准则。 “工程”二字更是让我对这本书的应用价值充满了信心。我推测,本书不仅会停留在理论层面,更会关注天线在实际工程中的实现和优化。这可能涉及到天线布局、环境影响、匹配电路设计、以及如何克服实际制造中的误差和损耗。例如,在复杂的电磁环境中,如何设计一款能够有效抑制干扰的天线?在移动通信设备中,如何设计一款既能满足性能要求又能实现小型化和低功耗的天线?我希望书中能够提供一些实际的设计案例和优化思路。 此外,对于现代通信系统而言,天线阵列技术是至关重要的。我非常好奇书中是否会详细介绍相控阵、均匀线阵、面阵等不同类型的阵列天线,以及它们的波束形成原理、赋形技术和在雷达、卫星通信、5G/6G等领域的应用。这部分内容对于提升通信系统的性能和覆盖范围至关重要,我期待书中能够提供深入的讲解。 最后,我猜测这本书的组织结构会非常严谨,从基础理论逐步过渡到复杂工程问题,语言风格会偏向学术化但又不失清晰。如果书中还包含大量的图表、仿真结果和实验数据,那将是极大的加分项,能够帮助读者更直观地理解复杂的概念。总而言之,仅仅从书名和整体印象来看,“天线理论与工程”这本书,无疑是一本值得我投入时间去深入学习和研究的宝藏。
评分这本书的封面设计相当朴实,传递出一种严谨、学术的氛围,让人一眼就能联想到它所涵盖的深度知识。作为一名在电子通信领域工作多年的工程师,我一直在寻找一本能够系统性梳理和深化我理论基础的参考书。虽然我还没有机会深入阅读这本书的具体内容,但从它的书名“天线理论与工程”来看,我对其内在的价值充满了期待。我设想,这本书一定能够涵盖从基础的电磁场理论出发,逐步深入到各种天线类型的原理、设计、性能分析以及实际应用。 尤其吸引我的是“工程”这两个字,这暗示着书中不仅仅会讲解枯燥的理论公式,更会注重理论在实际工程中的应用,这对于我们这些需要将理论转化为实际产品的工程师来说至关重要。我期望书中能够提供详细的天线设计流程、优化方法、以及可能遇到的实际问题和解决方案。例如,在小型化天线设计日益重要的今天,书中是否会深入探讨微带天线、偶极子天线等关键技术的突破和工程实现?在高性能通信系统设计中,阵列天线是不可或缺的组成部分,我希望书中能够详尽介绍其原理、馈电网络、波束形成技术以及在雷达、卫星通信等领域的应用。 再者,我非常好奇书中在测量与仿真方面的篇幅。在实际工程中,精确的天线测量和高效的仿真分析是保证产品性能的关键。我希望这本书能够提供关于近场、远场测量技术、阻抗匹配、方向图测试的详细介绍,以及在常用的电磁仿真软件(如HFSS, CST)中的应用实例。例如,书中是否会包含如何建立精确的仿真模型,如何对仿真结果进行解读和优化,以及如何处理实际测量中的误差?这些都是我在日常工作中经常会遇到的挑战,一本能够提供实际指导的书籍将极大地提升我的工作效率和解决问题的能力。 同时,我也在思考书中关于新材料和新技术的应用。随着科技的飞速发展,天线技术也在不断进步,例如超材料在天线设计中的应用,以及在5G/6G通信中对大规模MIMO、智能表面等新型天线的需求。我希望这本书能够在前沿领域有所涉猎,即使不是最深入的探讨,也能够提供一个清晰的介绍和发展方向的指引。这有助于我了解行业最新的发展趋势,并为未来的技术研发提供灵感。 最后,我对这本书的组织结构和语言风格也颇感兴趣。一本好的技术书籍,不仅内容要充实,组织结构也应该清晰明了,便于读者循序渐进地学习。我期望书中能够从基础理论开始,逐步深入到复杂的工程问题,同时语言表达要准确、清晰,能够让不同背景的读者都能够理解。如果书中还能包含丰富的图表、公式推导过程以及实际案例分析,那么它将是一本非常值得推荐的经典教材,无论是对于初学者还是资深工程师,都能从中获益匪浅。
评分这本书的封面设计给人一种沉稳而专业的视觉感受,书脊上的书名“天线理论与工程”清晰地传达了其核心内容,这对于长期从事无线通信技术研发的我来说,具有天然的吸引力。虽然我尚未翻阅此书,但凭经验和对该领域的认知,我能预见到它将是一部内容丰富、体系完整的学术专著。 我非常感兴趣书中对于天线工作机理的深入剖析。从电磁场理论的基础出发,逐步讲解天线如何将电信号转换为电磁波,以及相反的过程。我设想书中会详细阐述天线的辐射过程,例如通过分析电流元和线电流元的辐射场,进而推导出偶极子天线、单极子天线等基本模型。同时,对于天线的重要参数,如方向图、增益、效率、阻抗匹配、极化方式等,我期待书中能够有严谨的定义、清晰的解释和详尽的计算方法。这对于理解和评估不同天线的性能至关重要。 “工程”二字则预示着这本书将不仅仅局限于理论层面,而是会将理论知识与实际应用相结合。我希望书中能够提供关于天线设计、选型、优化以及在各种实际场景中的应用指导。例如,在移动通信设备中,如何设计一款体积小巧但性能优良的多频段天线?在雷达系统中,如何设计一款具有高分辨率和宽扫描范围的相控阵天线?我期待书中能够包含一些实际的设计流程、工程经验以及可能遇到的问题和解决方案。 此外,对于现代无线通信系统而言,天线阵列技术的发展是推动技术进步的关键。我推测书中会花费相当的篇幅来介绍各种天线阵列的设计原理、馈电网络、波束控制技术以及在诸如5G、Wi-Fi 6等新一代通信标准中的应用。这部分内容对于理解和掌握前沿通信技术至关重要。 总的来说,即使没有亲身阅读,单凭“天线理论与工程”这个书名所蕴含的学术价值和工程意义,就足以让我对其产生极高的期待。我坚信,这会是一本能够系统性地提升我对天线技术理解的宝贵参考书。
评分看到这本书的封面,一股浓厚的学术气息扑面而来,让人联想到那些沉甸甸的、承载着深厚知识的专业书籍。作为一名对无线通信技术充满好奇的业余爱好者,我对“天线理论与工程”这个书名本身就充满了探索的欲望。我虽然没有阅读过这本书的具体内容,但我可以想象,它一定是一部集理论深度与工程实践于一体的杰作。 从“理论”二字,我推测这本书应该会对电磁波的传播、天线的基本工作原理,比如惠更斯原理、方向图形成、极化等进行详尽的阐述。我猜想,它会从麦克斯韦方程组出发,逐步推导出天线的辐射特性,并对各种基本天线单元,如偶极子、单极子、环形天线等进行深入的分析。对于这些基础理论的扎实掌握,是我一直以来想要补足的知识短板。我希望书中能够有清晰的数学推导,并且能够用通俗易懂的方式来解释那些复杂的物理概念。 而“工程”的加入,则让我看到了更广阔的应用前景。我非常期待书中能够探讨如何根据实际需求来设计和选择合适的天线。例如,在手机、Wi-Fi设备等消费电子产品中,紧凑型天线的选择和优化是一个巨大的挑战。书中是否会涉及微带天线、贴片天线等在这些领域的具体设计方法?另外,对于大型通信基站、雷达系统等,高性能、高增益天线的需求更是不可或缺。我猜测书中会详细介绍阵列天线的设计、馈电方式、以及如何通过波束控制来提升通信效率。 我尤其对书中可能包含的实际应用案例充满兴趣。理论的最终目的是服务于实践,而生动的案例能够帮助读者更好地理解和掌握知识。我希望书中能够展示一些典型的天线设计项目,从需求分析、理论计算、仿真验证到最终的实现,提供一个完整的流程。例如,如何根据通信频段、带宽、指向性要求等来设计一款定向天线,或者如何为一款智能设备设计一款多频段、低功耗的天线。 总而言之,即便没有翻开这本书,单凭书名和它所传递出的专业感,就足以让我对其内容产生极大的好奇和期待。我坚信,这样一本关于“天线理论与工程”的书籍,定能为我对无线通信技术的理解打开一扇新的大门,并为我在未来的学习和实践中提供宝贵的指导。
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