微波技术与天线 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张辉，姜勤波，李卉 著

图书标签:

• 微波技术
• 天线
• 电磁场
• 射频电路
• 通信工程
• 电子工程
• 微波器件
• 天线设计
• 电磁兼容
• 信号处理

出版社： 西北工业大学出版社

ISBN：9787561244098

版次：1

商品编码：11780501

包装：平装

丛书名： 国防科技类高等学校“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2015-06-01

用纸：胶版纸

页数：194

字数：303000

正文语种：中文

内容简介

　　《微波技术与天线》系统地论述了电磁场基本理论、微波技术基础及天线基本理论。在编写时力求深入浅出，并结合当前技术热点，对诸如分形天线小型化技术、阿基米德平面螺旋天线技术、缝隙耦合微带天线宽频化技术及圆极化技术等新技术进行了讨论。全书共分为7章，主要内容有矢量与矢量场、电磁场基础理论、传输线理论、同轴线和矩形波导、网络理论、天线的基本理论和典型天线及应用等。
　　《微波技术与天线》可作为信息工程专业本科生教材和参考用书，亦可供电子信息工程师参考。

目录

第1章 矢量与矢量场
1.1 矢量代数运算
1.2 标量场的梯度
1.3 矢量场的散度
1.4 矢量场的旋度
习题1

第2章 电磁场基础理论
2.1 麦克斯韦方程组
2.2 电磁场的边界条件
2.3 均匀平面电磁波
习题2

第3章 传输线理论
3.1 传输线模型和解
3.2 终端条件下的传输线特解
3.3 传输线的阻抗
3.4 （电压）反射系数
3.5 （电压）驻波比
3.6 传输工作参数的相互转化关系总结
3.7 Smith圆图
习题3

第4章 同轴线和矩形波导
4.1 传输线的通解
4.2 传输线的衰减
4.3 同轴线
4.4 矩形波导
4.5 矩形波导的TE10模
习题4

第5章 网络理论
5.1 等效电压和电流
5.2 阻抗矩阵Z和导纳矩阵Y
5.3 传输矩阵
5.4 散射矩阵
习题5

第6章 天线的基本理论
6.1 位函数
6.2 基本电振子
6.3 基本磁振子
6.4 天线的电参数
6.5 接收天线理论
习题6

第7章 典型天线及应用
7.1 线天线
7.2 面天线
7.3 阵列天线
7.4 微带天线
7.5 缝隙天线
习题7
参考文献

《微波技术与天线》图书简介 前言 在信息时代飞速发展的今天，无线通信技术已渗透到我们生活的方方面面。从手机通话、卫星导航到雷达探测、射电天文学，微波技术和天线作为这些应用的核心基础，其重要性不言而喻。本书旨在深入浅出地阐述微波技术和天线的基本原理、设计方法、分析工具以及前沿发展，为读者提供一个系统、全面的学习平台。无论您是通信工程、电子工程、物理学等相关专业的学生，还是致力于无线通信领域研究与开发的工程师，亦或是对这项充满魅力的技术充满好奇的爱好者，本书都将是您不可多得的参考。 第一部分：微波工程基础 本部分将带您走进微波工程的宏观世界，建立对微波传播、特性以及基本元件的深刻认识。 第一章：电磁场与微波传播 麦克斯韦方程组与电磁波理论： 回顾并深入解读描述电磁现象本质的麦克斯韦方程组，阐述其在不同介质中的形式，以及如何由此推导出电磁波的存在和传播规律。我们将详细探讨电磁波的横波特性、速度、频率、波长之间的关系，以及其能量的传播和守恒。 微波的频谱与特性： 介绍微波在电磁频谱中的位置，界定其频段范围（例如：300 MHz 至 300 GHz），并详细分析微波相比于低频电磁波的独特性质。这包括其传播损耗（如大气吸收、雨衰、地面反射等）、衍射能力减弱、直射性增强以及空间能量密度高等特点。理解这些特性是后续设计和应用的关键。 传输线理论： 深入讲解传输线的基本模型，包括集总参数模型和分布参数模型。我们将分析电压波和电流波在传输线上的传播，讨论阻抗、特性阻抗、传播常数、衰减常数和相移常数等核心概念。斯涅尔定律、反射系数、驻波比（VSWR）等重要概念也将得到详细阐释，理解这些是进行微波电路设计和阻抗匹配的基础。 史密斯圆图的应用： 史密斯圆图作为微波工程中一个强大而直观的工具，将得到详尽的介绍。我们将演示如何利用史密斯圆图进行阻抗匹配、计算负载阻抗、确定加载电感和电容、分析传输线长度变化对阻抗的影响等。通过大量的实例，帮助读者熟练掌握这一工具的使用。 微波电路元件： 介绍常见的微波无源元件，如电阻、电容、电感在微波频段的行为和设计考量。重点讲解微波扼流圈、耦合器（定向耦合器、混合耦合器）、功率分配器/合成器、环形器、隔离器、调相器、移相器等在微波电路中的作用和工作原理。 第二章：微波器件与电路 微波二极管与晶体管： 介绍适用于微波频段的半导体器件，包括PIN二极管、肖特基二极管（用于检波、开关）、变容二极管（用于调谐、倍频）、以及GaAs MESFET、HEMT、HBT等高频晶体管。我们将分析它们的微波等效电路模型、高频性能参数（如fT, fmax），以及在放大器、振荡器、混频器等电路中的应用。 微波滤波器设计： 讲解设计微波滤波器的基本原理和常用方法，包括低通、高通、带通、带阻滤波器的设计。我们将介绍基于集总参数和分布参数结构的滤波器设计，如加载杆滤波器、微带线滤波器、脊形滤波器、介质滤波器等，并讨论其性能指标（如插入损耗、回波损耗、带宽、阻带衰减）的优化。 微波放大器与振荡器： 深入探讨微波放大器的设计，包括单级和多级放大器的稳定性分析（K因子、B1因子）、增益计算、噪声系数最小化、以及匹配网络的设计。我们将介绍不同类型的微波振荡器（如谐振振荡器、非线性振荡器）的工作原理、起振条件、频率稳定性等。 微波混频器与倍频器： 讲解混频器的基本原理，介绍二极管混频器、场效应管混频器等。我们将分析其变频增益、噪声系数、隔离度等关键参数。同时，介绍倍频器的设计和应用，以及单端和平衡式混频器的区别和优势。 微波功率器件： 介绍用于微波功率传输和放大的器件，如功率场效应管（LDMOS, GaN FET）、固态功率放大器（SSPA）等，分析其功率效率、线性度、功率增益等性能。 第二部分：天线理论与设计 本部分将聚焦于实现无线电波的发射和接收的核心部件——天线，从基础理论到具体设计实现。 第三章：天线基本理论 天线参数定义： 详细阐述天线设计和评估的关键参数，包括方向图（全向、单向、偶极方向图等）、增益、效率、最大方向增益、波束宽度（主瓣宽度、半功率点宽度）、极化（线极化、圆极化、椭圆极化）、辐射电阻、输入阻抗、驻波比（VSWR）等。 天线等效原理： 介绍天线辐射电磁波的等效原理，如惠更斯原理、镜像原理等。理解这些原理有助于我们理解不同类型天线的辐射特性。 互易定理： 阐述互易定理在天线理论中的重要性，说明在天线作为发射体和接收体时，其参数具有互易性，这简化了许多分析过程。 天线阵列： 讲解天线阵列的基本概念，包括均匀直线阵、平面阵等。分析阵列的合束原理、方向图合成方法（如等幅等相激励、非等幅等相激励），以及实现波束扫描的技术。 第四章：常用天线类型 线状天线： 深入研究各种线状天线，如单极天线、偶极天线（半波偶极子、全波偶极子）、偶极子阵列（八木-宇田天线、对数周期天线）。我们将分析它们的结构、辐射原理、阻抗特性和方向图，以及在不同应用场景下的优缺点。 面状天线： 介绍各种面状天线，如环形天线、螺旋天线、贴片天线（微带天线）、缝隙天线。重点分析微带天线的设计原理、馈电方式（边缘馈电、中心馈电）、带宽和效率的提升方法，以及其在通信、导航等领域的广泛应用。 孔径天线： 讲解孔径天线的原理，如喇叭天线（矩形喇叭、圆锥形喇叭）、反射面天线（抛物面天线、卡塞格林天线）。分析它们的辐射特性、增益和波束宽度，以及在高频、大增益通信和雷达系统中的作用。 偶极子与单极子变种： 探讨偶极子和单极子的改进型，如折叠偶极子、短偶极子、电感加载偶极子等，分析其如何改变阻抗和辐射特性。 新型天线技术： 简要介绍一些前沿的天线技术，如智能天线（自适应天线）、MIMO天线系统（多输入多输出）、超材料天线、相控阵天线等，展望其在未来通信中的发展前景。 第五章：天线设计与仿真 天线设计流程： 概述一个完整的天线设计过程，包括需求分析、初步选型、参数计算、结构设计、详细优化、加工制造、测试验证等环节。 天线测量技术： 介绍天线的主要测量项目，如方向图测量、增益测量、阻抗测量、极化测量等，以及相关的测量设备和环境（如微波暗室）。 电磁仿真软件： 讲解利用HFSS, CST, FEKO等专业电磁仿真软件进行天线设计和分析的方法。演示如何建立天线模型、设置求解器、进行参数扫描、优化设计，以及如何解读仿真结果。 小型化与宽带化技术： 探讨实现天线小型化和宽带化的常用技术，如加载技术、阻抗变换技术、多层结构、缺陷地结构（DGS）等。 第三部分：应用与发展 本部分将把前面介绍的理论知识应用于实际，并展望微波技术与天线的未来发展趋势。 第六章：微波技术与天线在通信系统中的应用 移动通信： 详细阐述微波技术和天线在蜂窝通信（2G, 3G, 4G, 5G）中的作用，包括基站天线、终端天线的设计考量，以及MIMO、波束赋形等技术如何提升通信容量和覆盖范围。 卫星通信： 介绍卫星通信系统中的微波链路设计，包括地面站天线（抛物面天线）、卫星转发器中的微波电路，以及Ka波段、Ku波段的应用。 雷达系统： 讲解雷达系统的工作原理，以及微波技术在雷达信号产生、处理、以及天线（相控阵雷达、机械扫描雷达）设计中的应用。 无线局域网（WLAN）与物联网（IoT）： 分析Wi-Fi、蓝牙等无线通信技术所使用的微波频段，以及小型化、低功耗天线在物联网设备中的重要性。 导航与定位系统： 讲解GPS, Galileo等卫星导航系统的工作原理，以及微波信号的传输特性在定位精度中的影响。 第七章：其他应用领域与前沿发展 射电天文学： 介绍射电望远镜（如FAST, VLA）所使用的微波技术和大型天线的设计，以及它们在探索宇宙奥秘中的重要作用。 微波加热与工业应用： 讨论微波在工业加热（如微波炉、工业烘干）中的原理和应用，以及微波在材料加工、化学反应等领域的潜力。 医疗与生物医学应用： 探讨微波在医学成像（如微波成像）、肿瘤治疗（射频消融、微波消融）等方面的应用。 智能天线与可重构天线： 深入探讨智能天线（如自适应波束形成）如何提高通信系统的鲁棒性和频谱利用率，以及可重构天线如何根据环境动态调整性能。 太赫兹（THz）技术： 简要介绍太赫兹频段的特性和挑战，以及在成像、通信、传感等领域的新兴应用，展望其作为未来技术的研究方向。 人工智能与微波/天线协同设计： 探讨如何将人工智能（AI）和机器学习（ML）技术应用于微波电路和天线的设计优化，提高设计效率和性能。 结语 微波技术与天线是一个充满活力和不断发展的领域。本书的编写旨在为读者提供一个扎实的基础，激发探索未知的好奇心。我们希望通过这本书，能够帮助读者理解微波世界的奥秘，掌握天线设计的精髓，并为未来的创新和发展奠定坚实的基础。愿您在这段探索微波与天线的旅程中，收获知识，启迪灵感。

评分☆☆☆☆☆

让我最惊喜的是，这本书在内容组织上的流畅性和逻辑性。虽然篇幅不小，内容也非常丰富，但作者在梳理知识脉络上做得非常出色。从基础的电磁场理论，到微波电路元件，再到各种天线的详细分析，以及最终的应用场景，整个体系是层层递进、环环相扣的。 特别是对于微波器件的介绍，它不仅仅是列举了各种“盒子”，更深入地解释了它们的物理原理和工作机制。比如，在讲解了微波二极管和晶体管时，书中就通过半导体物理学的原理，清晰地阐述了它们是如何在高频下工作的，以及在放大、振荡和开关等方面的应用。我之前总觉得这些器件离我太远，但通过这本书，我仿佛能看到电子在这些微小结构中的“舞蹈”，理解它们为何能够处理如此高频的信号。书中对传输线理论的讲解也非常扎实，从史密斯圆图的绘制和使用，到阻抗匹配网络的设计，这些工具的掌握对于任何从事微波工程的人来说都至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书让我对微波技术和天线有了更深入、更系统的认识。我之前可能知道一些概念，但总是碎片化的，缺乏全局观。《微波技术与天线》这本书就像一个引路人，它为我构建了一个完整的知识体系。 最让我印象深刻的是，书中对微波测量技术和相关仪器的介绍。这部分内容往往在很多理论书籍中被忽略，但它却是连接理论与实践的关键。书中详细讲解了如何使用网络分析仪、频谱分析仪等设备来测量天线的各项参数，以及如何理解和解读测量结果。这让我意识到，即便理论再扎实，如果不懂得如何进行实际的测量和验证，那么知识也只是纸上谈兵。作者通过一些实际的测量案例，展示了如何诊断和解决天线在实际使用中可能遇到的问题，这对于我日后进行相关的实验和项目非常有指导意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界！虽然我对微波技术和天线这个领域算不上是完全的新手，但阅读《微波技术与天线》之前，我一直感觉自己只是在表面上徘徊，对许多核心概念的理解总是隔靴搔痒。这本书的出现，就像是在我脑海中构建了一个清晰的立体模型，让我能够从更宏观的视角审视这些技术。 首先，它在微波传播理论部分的阐述，完全颠覆了我以往的刻板印象。我之前总以为只是简单地了解一下波的反射和折射，但书中深入浅出地讲解了诸如传播模式、损耗机制以及不同环境（如大气层、地面反射）对微波信号的影响，并配以详实的数学推导和直观的图示。特别是关于电磁波在介质中的传播特性，通过对麦克斯韦方程组的详细讲解，以及如何将其应用于分析特定材料的介电常数和磁导率如何影响微波的传播速度和衰减，让我对微波能量的流动有了全新的认识。我甚至可以想象出微波信号如何在复杂的环境中穿行，克服各种障碍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的魅力在于它能够把极其复杂深奥的理论，用一种我能够理解的方式娓娓道来。就拿天线设计那一章节来说，我过去接触到的内容大多是罗列各种天线的类型，然后给出几个参数。但《微波技术与天线》这本书，它不仅仅是介绍“是什么”，更重要的是解释“为什么是这样”。它详细剖析了不同天线结构（如偶极子天线、抛物面天线、相控阵天线）的设计原理，包括如何根据辐射方向图、增益、带宽和阻抗匹配等关键指标来选择和优化天线。 我印象特别深刻的是，书中对天线阵列的讲解，它没有停留在简单的叠加，而是详细解释了如何通过调整单元的排列和激励电流的相位来控制波束的指向和形状，这对于理解现代通信系统中波束赋形（beamforming）技术至关重要。作者还通过大量的实际案例，展示了如何在实际应用中遇到的各种约束条件下（如尺寸限制、功耗要求、成本考虑）进行天线设计取舍，这让我觉得这本书不仅有理论高度，更有实际落地指导意义。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，我本来以为这本书会是一本枯燥的教科书，充满晦涩难懂的公式和图表。但《微波技术与天线》这本书，却给了我意想不到的惊喜。它在保持学术严谨性的同时，也充满了启发性。 我尤其欣赏书中对一些前沿技术的介绍，虽然可能只是点到为止，但足以勾起我对这些领域的兴趣，并指明了进一步学习的方向。例如，在介绍相控阵天线时，书中不仅仅讲解了其基本原理，还提到了其在雷达、卫星通信和5G等领域的广泛应用，并简要介绍了波束扫描、自适应波束形成等高级技术。这让我意识到，微波技术和天线远非是陈旧的学科，而是在不断发展和革新的，并且与我们日常生活息息相关。这本书让我看到了微波技术背后巨大的潜力和广阔的应用前景，激发了我深入探索的动力。