內容涵蓋全麵,除瞭理論性,更有很強的工程實踐性,通過典型天綫的設計案例,使讀者對天綫設計具有更深入的認識。
《天綫理論與工程》可作為電子通信工程專業學位研究生、電子類學術學位研究生的教材,也可供從事天綫研究工作的工程技術人員參考。
《天綫理論與工程》主要包括天綫理論與技術及相關技術方麵的內容。第1章介紹瞭電磁波輻射的基本原理和天綫的基本概念和知識;第2章至第5章介紹瞭常用的天綫形式,包括振子天綫、微帶天綫和螺鏇天綫,也包含瞭天綫陣列分析和綜閤方麵的內容;第6章給齣瞭幾個天綫設計的實例,可以作為教學案例進行實踐練習;第7章介紹瞭天綫測量方麵的知識;第8章介紹瞭天綫罩方麵的知識。
付雲起,國防科學技術大學教授,博導。主要從事人工電磁材料、微波毫米波技術、天綫理論與技術等方嚮的研究工作,先後承擔973、863、國傢自然科學基金等課題多項,齣版著作多部。
第1章 天綫理論基礎 1
1.1 電磁輻射問題的解 1
1.1.1 Maxwell方程組及波動方程 1
1.1.2 輻射積分 2
1.2 輻射機理 7
1.2.1 運動點電荷的場 7
1.2.2 細綫電流模型 13
1.2.3 輻射的産生 14
1.3 基本輻射元 16
1.3.1 電偶極子 16
1.3.2 磁偶極子(小環) 18
1.3.3 惠更斯元 20
1.4 天綫的性能參數 20
1.4.1 天綫的電路特性與能量傳輸 21
1.4.2 天綫的空間場特性 23
1.4.3 天綫的互阻抗與收發互易性 31
1.4.4 Friis傳輸方程和雷達方程 34
1.5 天綫的匹配與平衡 35
1.5.1 阻抗匹配 36
1.5.2 平衡饋電 37
1.6 天綫的分析方法 38
第2章 振子天綫 40
2.1 振子 40
2.2 八木天綫 43
2.3 角反射器天綫 49
2.4 地麵上的天綫(含理想導電和非完純導電) 55
第3章 微帶天綫 64
3.1 微帶天綫概述 64
3.2 微帶天綫分析方法 65
3.3 微帶天綫寬帶技術 70
3.4 微帶天綫圓極化技術 81
3.4.1 一點饋電單片圓極化微帶天綫 82
3.4.2 圓極化微帶天綫寬角軸比改進的方法 89
3.5 微帶天綫錶麵波抑製 93
第4章 螺鏇天綫 96
4.1 圓柱螺鏇天綫 96
4.1.1 螺鏇的幾何錶示 96
4.1.2 軸嚮模波瓣圖和波沿單繞螺鏇的傳播相速 97
4.1.3 單繞軸嚮模單圈方螺鏇的波瓣圖 103
4.1.4 單繞螺鏇的完整軸嚮模波瓣圖 104
4.1.5 單繞軸嚮模螺鏇天綫的軸比和圓極化條件 106
4.1.6 單繞螺鏇天綫軸嚮模輻射的寬頻帶特性 109
4.1.7 波瓣圖、頻帶寬度、增益、阻抗和軸比公式列錶 110
4.1.8 單繞軸嚮模螺鏇天綫的實際設計考慮 111
4.2 平麵螺鏇天綫 116
4.2.1 非頻變天綫基本原理 116
4.2.2 非頻變的數學基礎 118
4.2.3 螺鏇天綫 119
4.2.4 螺鏇模式 123
4.2.5 平麵螺鏇天綫的饋電 126
4.2.6 平麵螺鏇天綫的支撐技術 127
4.2.7 螺鏇臂終端的處理 129
4.2.8 波束形成 130
第5章 天綫陣列分析與綜閤 132
5.1 天綫陣列的分析 132
5.1.1 綫陣的陣因子 132
5.1.2 均勻激勵的等間距綫陣 137
5.2 綜閤問題 142
5.2.1 綫源波束賦形的綜閤方法 144
5.2.2 綫陣波束賦形的綜閤法 148
5.2.3 低旁瓣、窄主瓣方法 152
第6章 天綫應用實例 162
6.1 螺鏇天綫 162
6.1.1 應用背景 162
6.1.2 設計過程 162
6.2 微帶天綫 174
6.2.1 應用背景 174
6.2.2 設計過程 174
6.2.3 天綫陣列的設計 180
6.3 縫隙天綫 186
6.3.1 應用背景 186
6.3.2 縫隙天綫原理 186
6.3.3 天綫的仿真 192
本 章 附 錄 196
第7章 天綫測量 199
7.1 概述 199
7.2 測試場 200
7.2.1 天綫測試場的一般要求 200
7.2.2 反射測試場 201
7.2.3 自由空間測試場 203
7.2.4 緊縮場 207
7.2.5 近場測試場 210
7.2.6 各種天綫測試場比較 212
7.3 主要參量測量 213
7.3.1 方嚮圖測量 213
7.3.2 天綫增益測量 216
7.3.3 天綫極化測量 220
7.4 典型測量係統 221
第8章 天綫罩 224
8.1 天綫罩的基本概念 224
8.1.1 什麼是天綫罩 224
8.1.2 天綫罩的分類 225
8.1.3 天綫罩對天綫電氣性能的影響 226
8.1.4 天綫罩的性能要求 227
8.2 罩壁傳輸特性 229
8.2.1 通用計算公式 229
8.2.2 單層結構傳輸特性 231
8.2.3 A型夾層傳輸特性 232
8.2.4 多層夾層傳輸特性 233
8.2.5 B型夾層傳輸特性 233
8.2.6 內含金屬物介質層傳輸特性 233
8.2.7 空間骨架結構傳輸特性 234
8.3 天綫罩電氣特性分析方法 234
8.3.1 天綫罩分析方法發展曆程 234
8.3.2 高頻分析方法 235
8.3.3 全波分析方法 237
8.3.4 高低頻混閤方法 239
8.3.5 各種分析方法適用範圍 240
8.4 天綫罩電氣分析實例――幾何光學法 241
8.4.1 引言 241
8.4.2 計算原理 242
8.4.3 罩體麯麵形狀的描述 243
8.4.4 電磁射綫與罩壁的交點 244
8.4.5 入射波的入射角 245
8.4.6 入射波的極化角 246
8.4.7 透射場計算 246
8.4.8 加罩前後方嚮圖計算 248
8.4.9 天綫罩電氣性能計算 249
8.5 天綫罩電氣測量技術 252
8.5.1 天綫罩材料特性測量 252
8.5.2 罩壁傳輸特性測量 254
8.5.3 整罩性能測量 257
參考文獻 260
前 言
當前專業學位研究生的教育越來越受到重視,研究生人數會越來越多,在專業研究生的教育上我國還處於起步階段,適閤專業學位研究生教育的教材還很少。國防科技大學設立瞭研究生一流課程體係建設項目,而專業學位研究生教材建設是其中一項重要內容。國內外現有的天綫課程基本上以加深理論學習、加強實踐創新為主導思想,而本教材主要針對專業學位研究生,注重工程性,以“完善知識結構、提高思維能力、強化實踐培養”為原則。
全書共分為8章。第1章天綫理論基礎,介紹瞭輻射原理、基本輻射元、天綫的性能參數、天綫的激勵和分析方法等內容。在第2章到第5章中,編著者重點參考瞭一些相關文獻,並結閤自身的科研工作經曆,對幾種常用天綫的知識進行瞭介紹:第2章在本科所學對稱振子天綫的基礎上,介紹瞭摺閤振子、八木天綫、角反射器天綫以及接地麵上的振子天綫等;第3章微帶天綫,主要介紹瞭微帶天綫的原理、結構、分析方法、微帶天綫的圓極化和寬帶技術等;第4章螺鏇天綫,首先介紹瞭圓柱螺鏇天綫,給齣瞭圓柱螺鏇天綫的結構、圓柱螺鏇天綫的輻射機理和分析方法以及圓柱螺鏇天綫實際設計中的一些工程實踐經驗;然後介紹瞭平麵螺鏇天綫,內容包括非頻變天綫的基本原理、平麵螺鏇天綫輻射機理、平麵螺鏇天綫的模式、平麵螺鏇天綫的饋電和支撐技術以及終端的處理等;第5章天綫陣列分析與綜閤,主要介紹瞭天綫陣列的分析方法和陣列的相關性能、天綫陣列的綜閤設計方法和一些基本綜閤設計公式。第6章天綫應用實例,主要是設計瞭三個天綫設計案例,包括平麵螺鏇天綫、微帶陣列天綫和波導縫隙天綫,首先給齣瞭各種天綫的應用背景和性能指標要求,然後結閤仿真軟件對天綫的設計過程進行瞭演示,這部分內容主要目的是作為學生的設計實踐,以增加學生的工程經驗。第7章天綫測量,介紹瞭天綫測量的基本要求,綜閤介紹分析瞭幾種不同的天綫測試場,介紹瞭天綫增益、方嚮圖等參數測量方法,並給齣瞭一些典型的天綫測量係統。第8章天綫罩,主要介紹瞭天綫罩的基本概念、天綫罩的傳輸特性、天綫罩的分析方法,以幾何光學法為例對天綫罩的特性進行瞭分析,最後介紹瞭天綫罩的測量技術。
本書第1章由張光甫編寫,第2、3、4、5章由付雲起編寫,第6章由吳微微編寫,第7、8章由莫錦軍編寫。編寫過程中,研究生陳文波、馬立鼕、牛德鵬也參與瞭資料整理和文稿錄入工作,在此錶示感謝。本書能夠齣版,也感謝國防科技大學研究生院的資助。
由於編者水平有限,書中難免存在缺點和錯誤,殷切期望廣大讀者批評指正。
作 者
看到這本書的封麵,一股濃厚的學術氣息撲麵而來,讓人聯想到那些沉甸甸的、承載著深厚知識的專業書籍。作為一名對無綫通信技術充滿好奇的業餘愛好者,我對“天綫理論與工程”這個書名本身就充滿瞭探索的欲望。我雖然沒有閱讀過這本書的具體內容,但我可以想象,它一定是一部集理論深度與工程實踐於一體的傑作。 從“理論”二字,我推測這本書應該會對電磁波的傳播、天綫的基本工作原理,比如惠更斯原理、方嚮圖形成、極化等進行詳盡的闡述。我猜想,它會從麥剋斯韋方程組齣發,逐步推導齣天綫的輻射特性,並對各種基本天綫單元,如偶極子、單極子、環形天綫等進行深入的分析。對於這些基礎理論的紮實掌握,是我一直以來想要補足的知識短闆。我希望書中能夠有清晰的數學推導,並且能夠用通俗易懂的方式來解釋那些復雜的物理概念。 而“工程”的加入,則讓我看到瞭更廣闊的應用前景。我非常期待書中能夠探討如何根據實際需求來設計和選擇閤適的天綫。例如,在手機、Wi-Fi設備等消費電子産品中,緊湊型天綫的選擇和優化是一個巨大的挑戰。書中是否會涉及微帶天綫、貼片天綫等在這些領域的具體設計方法?另外,對於大型通信基站、雷達係統等,高性能、高增益天綫的需求更是不可或缺。我猜測書中會詳細介紹陣列天綫的設計、饋電方式、以及如何通過波束控製來提升通信效率。 我尤其對書中可能包含的實際應用案例充滿興趣。理論的最終目的是服務於實踐,而生動的案例能夠幫助讀者更好地理解和掌握知識。我希望書中能夠展示一些典型的天綫設計項目,從需求分析、理論計算、仿真驗證到最終的實現,提供一個完整的流程。例如,如何根據通信頻段、帶寬、指嚮性要求等來設計一款定嚮天綫,或者如何為一款智能設備設計一款多頻段、低功耗的天綫。 總而言之,即便沒有翻開這本書,單憑書名和它所傳遞齣的專業感,就足以讓我對其內容産生極大的好奇和期待。我堅信,這樣一本關於“天綫理論與工程”的書籍,定能為我對無綫通信技術的理解打開一扇新的大門,並為我在未來的學習和實踐中提供寶貴的指導。
評分這本書的封麵設計相當樸實,傳遞齣一種嚴謹、學術的氛圍,讓人一眼就能聯想到它所涵蓋的深度知識。作為一名在電子通信領域工作多年的工程師,我一直在尋找一本能夠係統性梳理和深化我理論基礎的參考書。雖然我還沒有機會深入閱讀這本書的具體內容,但從它的書名“天綫理論與工程”來看,我對其內在的價值充滿瞭期待。我設想,這本書一定能夠涵蓋從基礎的電磁場理論齣發,逐步深入到各種天綫類型的原理、設計、性能分析以及實際應用。 尤其吸引我的是“工程”這兩個字,這暗示著書中不僅僅會講解枯燥的理論公式,更會注重理論在實際工程中的應用,這對於我們這些需要將理論轉化為實際産品的工程師來說至關重要。我期望書中能夠提供詳細的天綫設計流程、優化方法、以及可能遇到的實際問題和解決方案。例如,在小型化天綫設計日益重要的今天,書中是否會深入探討微帶天綫、偶極子天綫等關鍵技術的突破和工程實現?在高性能通信係統設計中,陣列天綫是不可或缺的組成部分,我希望書中能夠詳盡介紹其原理、饋電網絡、波束形成技術以及在雷達、衛星通信等領域的應用。 再者,我非常好奇書中在測量與仿真方麵的篇幅。在實際工程中,精確的天綫測量和高效的仿真分析是保證産品性能的關鍵。我希望這本書能夠提供關於近場、遠場測量技術、阻抗匹配、方嚮圖測試的詳細介紹,以及在常用的電磁仿真軟件(如HFSS, CST)中的應用實例。例如,書中是否會包含如何建立精確的仿真模型,如何對仿真結果進行解讀和優化,以及如何處理實際測量中的誤差?這些都是我在日常工作中經常會遇到的挑戰,一本能夠提供實際指導的書籍將極大地提升我的工作效率和解決問題的能力。 同時,我也在思考書中關於新材料和新技術的應用。隨著科技的飛速發展,天綫技術也在不斷進步,例如超材料在天綫設計中的應用,以及在5G/6G通信中對大規模MIMO、智能錶麵等新型天綫的需求。我希望這本書能夠在前沿領域有所涉獵,即使不是最深入的探討,也能夠提供一個清晰的介紹和發展方嚮的指引。這有助於我瞭解行業最新的發展趨勢,並為未來的技術研發提供靈感。 最後,我對這本書的組織結構和語言風格也頗感興趣。一本好的技術書籍,不僅內容要充實,組織結構也應該清晰明瞭,便於讀者循序漸進地學習。我期望書中能夠從基礎理論開始,逐步深入到復雜的工程問題,同時語言錶達要準確、清晰,能夠讓不同背景的讀者都能夠理解。如果書中還能包含豐富的圖錶、公式推導過程以及實際案例分析,那麼它將是一本非常值得推薦的經典教材,無論是對於初學者還是資深工程師,都能從中獲益匪淺。
評分這本書的封麵設計給人一種沉穩而專業的視覺感受,書脊上的書名“天綫理論與工程”清晰地傳達瞭其核心內容,這對於長期從事無綫通信技術研發的我來說,具有天然的吸引力。雖然我尚未翻閱此書,但憑經驗和對該領域的認知,我能預見到它將是一部內容豐富、體係完整的學術專著。 我非常感興趣書中對於天綫工作機理的深入剖析。從電磁場理論的基礎齣發,逐步講解天綫如何將電信號轉換為電磁波,以及相反的過程。我設想書中會詳細闡述天綫的輻射過程,例如通過分析電流元和綫電流元的輻射場,進而推導齣偶極子天綫、單極子天綫等基本模型。同時,對於天綫的重要參數,如方嚮圖、增益、效率、阻抗匹配、極化方式等,我期待書中能夠有嚴謹的定義、清晰的解釋和詳盡的計算方法。這對於理解和評估不同天綫的性能至關重要。 “工程”二字則預示著這本書將不僅僅局限於理論層麵,而是會將理論知識與實際應用相結閤。我希望書中能夠提供關於天綫設計、選型、優化以及在各種實際場景中的應用指導。例如,在移動通信設備中,如何設計一款體積小巧但性能優良的多頻段天綫?在雷達係統中,如何設計一款具有高分辨率和寬掃描範圍的相控陣天綫?我期待書中能夠包含一些實際的設計流程、工程經驗以及可能遇到的問題和解決方案。 此外,對於現代無綫通信係統而言,天綫陣列技術的發展是推動技術進步的關鍵。我推測書中會花費相當的篇幅來介紹各種天綫陣列的設計原理、饋電網絡、波束控製技術以及在諸如5G、Wi-Fi 6等新一代通信標準中的應用。這部分內容對於理解和掌握前沿通信技術至關重要。 總的來說,即使沒有親身閱讀,單憑“天綫理論與工程”這個書名所蘊含的學術價值和工程意義,就足以讓我對其産生極高的期待。我堅信,這會是一本能夠係統性地提升我對天綫技術理解的寶貴參考書。
評分這本書的裝幀設計給我的第一印象是相當專業且具有份量感,厚實的紙張和精美的排版,無不透露齣這是一本深入研究的學術著作。作為一名長期在通信工程領域工作的技術人員,我一直都對天綫技術懷有濃厚的興趣,並持續關注其發展。雖然我還沒有實際閱讀過本書的內容,但僅僅從“天綫理論與工程”這個書名,我就能感受到其所蘊含的知識深度和廣度。 我非常期待書中能夠深入淺齣地講解天綫設計的核心理論。這可能包括電磁波的輻射原理、天綫參數的定義與計算(如增益、方嚮圖、阻抗、極化、效率等),以及各種經典天綫類型的物理模型和數學分析。例如,我設想書中會詳細分析偶極子天綫的輻射特性,解釋為什麼它會産生特定的方嚮圖,以及如何通過改變其尺寸和饋電方式來調整其性能。同時,對於微帶天綫、喇叭天綫、對數周期天綫等更為復雜的結構,我期望書中能夠提供清晰的原理闡述和設計準則。 “工程”二字更是讓我對這本書的應用價值充滿瞭信心。我推測,本書不僅會停留在理論層麵,更會關注天綫在實際工程中的實現和優化。這可能涉及到天綫布局、環境影響、匹配電路設計、以及如何剋服實際製造中的誤差和損耗。例如,在復雜的電磁環境中,如何設計一款能夠有效抑製乾擾的天綫?在移動通信設備中,如何設計一款既能滿足性能要求又能實現小型化和低功耗的天綫?我希望書中能夠提供一些實際的設計案例和優化思路。 此外,對於現代通信係統而言,天綫陣列技術是至關重要的。我非常好奇書中是否會詳細介紹相控陣、均勻綫陣、麵陣等不同類型的陣列天綫,以及它們的波束形成原理、賦形技術和在雷達、衛星通信、5G/6G等領域的應用。這部分內容對於提升通信係統的性能和覆蓋範圍至關重要,我期待書中能夠提供深入的講解。 最後,我猜測這本書的組織結構會非常嚴謹,從基礎理論逐步過渡到復雜工程問題,語言風格會偏嚮學術化但又不失清晰。如果書中還包含大量的圖錶、仿真結果和實驗數據,那將是極大的加分項,能夠幫助讀者更直觀地理解復雜的概念。總而言之,僅僅從書名和整體印象來看,“天綫理論與工程”這本書,無疑是一本值得我投入時間去深入學習和研究的寶藏。
評分這本書的封麵設計簡潔大方,透露齣一種嚴謹的學術風格,這讓我立刻聯想到它所包含的內容一定非常紮實和有深度。作為一名熱愛鑽研技術問題的愛好者,我對“天綫理論與工程”這個書名本身就充滿瞭嚮往。雖然我還沒有機會翻閱這本書,但我可以憑藉經驗和想象,勾勒齣它可能帶來的知識盛宴。 我預想,這本書一定會對天綫的基礎理論進行係統性的講解,從電磁波的傳播原理齣發,深入到天綫的輻射機製。我期待書中能夠詳細介紹各種基本天綫單元,比如偶極子、單極子、環形天綫等,以及它們各自的工作特性和數學模型。理解這些基礎知識,就像建造一座高樓的地基,至關重要。我希望書中能有清晰的圖示來輔助理解,並提供詳實的數學推導過程,讓我能夠透徹地掌握其背後的科學原理。 “工程”一詞的齣現,更是讓我對這本書的實用性充滿瞭信心。我猜想,書中不會僅僅停留在理論的層麵,而是會將這些理論知識轉化為實際的工程應用。例如,在實際設計中,如何選擇最閤適的天綫類型來滿足特定的通信需求?如何進行天綫的阻抗匹配,以實現最大的功率傳輸?如何優化天綫的方嚮圖,使其在特定方嚮上具有更高的增益?我期待書中能提供一些實際的設計案例、流程和技巧,甚至是一些常用的仿真軟件(如HFSS、CST)的應用指導,幫助我將所學知識應用於實踐。 另外,我非常關注書中對現代通信係統中所使用的復雜天綫技術的介紹。例如,大規模MIMO天綫陣列,它們是如何工作的?如何實現波束賦形來提高信號質量和容量?對於5G、6G等前沿通信技術,是否會有相關的天綫設計和應用方麵的探討?這部分內容將是瞭解未來通信技術發展趨勢的關鍵。 總而言之,即使沒有親眼見到這本書的內容,但“天綫理論與工程”這個書名本身所蘊含的專業性和深度,就足以讓我對其充滿好奇和期待。我堅信,這是一本能夠為我打開天綫技術新世界大門、並為我提供寶貴實踐指導的力作。
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