本書是從一個設(shè)計師的角度為天線設(shè)計者和使用者需要而編寫的，主要講述了各類天線的設(shè)計原理和方法步驟。內(nèi)容覆蓋了現(xiàn)代通信天線設(shè)計中所有的重要議題，包括：輻射結(jié)構(gòu)和數(shù)值方法，口徑分布和天線陣綜合，偶極子、槽天線、環(huán)天線和微帶貼片天線，高斯波束分析和波導(dǎo)喇叭天線，反射面天線，棱鏡天線，行波天線，頻率無關(guān)天線和相控陣。
托馬斯? A. 米利根是一位專業(yè)的天線設(shè)計師，曾在洛克希德馬丁航天系統(tǒng)公司專門從事微波天線的設(shè)計和分析，其設(shè)計的天線被用于美國航空航天局火星和金星探測任務(wù)。
郭玉春，博士，中國電子科技集團公司第36所，承擔(dān)過多個國家重點項目的單機主持設(shè)計師、站一級主任設(shè)計師以等科研工作。
目 錄
第1章 天線特性 1
1.1 天線的輻射 1
1.2 增益 3
1.3 有效面積 4
1.4 路徑損耗 4
1.5 雷達距離方程和散射截面 5
1.6 為何用天線 6
1.7 方向系數(shù) 7
1.8 方向系數(shù)估計 8
1.8.1 筆形波束 8
1.8.2 蝶形或全向方向圖 10
1.9 波束效率 12
1.10 輸入阻抗失配損耗 13
1.11 極化 14
1.11.1 圓極化分量 14
1.11.2 惠更斯源極化 16
1.11.3 各極化分量之間的關(guān)系 17
1.11.4 天線的極化響應(yīng) 17
1.11.5 天線旋轉(zhuǎn)時的相位響應(yīng) 19
1.11.6 部分增益 20
1.11.7 圓極化的幅度測量 20
1.12 矢量有效高度 20
1.13 天線因子 22
1.14 天線間的互耦 22
1.15 天線噪聲溫度 23
1.16 通信鏈路預(yù)算和雷達作用距離 26
1.17 多徑效應(yīng) 28
1.18 地面?zhèn)鞑?28
1.19 多徑衰落 30
參考文獻 31
第2章 輻射結(jié)構(gòu)和數(shù)值方法 32
2.1 輔助矢量勢 33
2.1.1 電流源輻射 33
2.1.2 磁流源輻射 37
2.2 口徑：惠更斯源近似 38
2.2.1 近場區(qū)和遠場區(qū) 41
2.2.2 惠更斯源 42
2.3 邊界條件 42
2.4 物理光學(xué) 43
2.4.1 給定電流的輻射場 44
2.4.2 物理光學(xué)應(yīng)用 45
2.4.3 等效電流 47
2.4.4 電抗理論和互耦 48
2.5 矩量法 49
2.5.1 電抗理論的使用 49
2.5.2 廣義矩量法 50
2.5.3 細線矩量法代碼 51
2.5.4 表面和體矩量法代碼 51
2.5.5 矩量法模型舉例 52
2.6 時域有限差分法 54
2.6.1 實現(xiàn) 54
2.6.2 中心差分求導(dǎo) 54
2.6.3 麥克斯韋方程組的有限差分 55
2.6.4 時間步的穩(wěn)定性 56
2.6.5 數(shù)值色散和穩(wěn)定性 56
2.6.6 計算存儲和時間 57
2.6.7 激勵 57
2.6.8 波導(dǎo)喇叭算例 58
2.7 物理光學(xué)和幾何繞射理論 59
2.7.1 費馬原理 60
2.7.2 偶極子的H面方向圖 60
2.7.3 矩形喇叭的E面方向圖 62
2.7.4 矩形喇叭的H面方向圖 63
2.7.5 射線的幅度變化 63
2.7.6 穿過焦散面的附加相移 64
2.7.7 斯涅耳定理和反射 64
2.7.8 反射對極化的影響 65
2.7.9 曲面反射 65
2.7.10 射線追蹤 66
2.7.11 邊緣繞射 66
2.7.12 劈繞射 68
2.7.13 尖角繞射 68
2.7.14 等效電流 68
2.7.15 曲面繞射 69
參考文獻 69
第3章 陣列 71
3.1 兩元陣 72
3.2 N元線陣 75
3.3 漢森-伍德亞德端射陣 79
3.4 相控陣 79
3.5 柵瓣 81
3.6 多波束 81
3.7 平面陣 83
3.8 平面陣的柵瓣 84
3.9 互阻抗 86
3.10 掃描盲區(qū)和陣元方向圖 86
3.11 互耦的陣列饋電補償 87
3.12 陣增益 88
3.13 陣元指向任意的陣列 90
參考文獻 92
第4章 口徑分布和陣列綜合 93
4.1 幅度漸削和相位誤差效率 93
4.1.1 可分離矩形口徑分布 95
4.1.2 圓對稱分布 95
4.2 簡單線源分布 96
4.3 泰勒單變量線源分布 98
4.4 泰勒 線源分布 100
4.5 邊緣為零的泰勒線源分布 104
4.6 修正泰勒分布和任意副瓣的埃利奧特法 106
4.7 貝利斯線源分布 108
4.8 伍德沃德線源綜合 111
4.9 謝昆諾夫單位圓法 114
4.10 道爾夫-切比雪夫線陣 117
4.11 維爾納夫陣綜合 118
4.12 連續(xù)分布的零點抽樣法 119
4.13 傅里葉級數(shù)的賦形波束陣綜合 120
4.14 ORCHARD陣列綜合法 122
4.15 串饋陣和行波陣綜合 130
4.16 圓口徑 133
4.17 圓形高斯分布 134
4.18 漢森單變量圓形分布 135
4.19 泰勒圓口徑分布 136
4.20 貝利斯圓口徑分布 138
4.21 平面陣 140
4.22 平面陣的卷積技術(shù) 141
4.23 口徑遮擋 144
4.24 平方相位誤差 146
4.25 對稱圓口徑分布的波束效率 148
參考文獻 149
第5章 偶極子、縫隙和環(huán)形天線 151
5.1 駐波電流 152
5.2 輻射電阻（電導(dǎo)） 153
5.3 巴比涅-布克原理 155
5.4 位于地平面上的偶極子 155
5.5 安裝在有限大地平面上的偶極子 157
5.6 交叉偶極子產(chǎn)生圓極化 161
5.7 超級旋轉(zhuǎn)場或蝙蝠翼天線 163
5.8 角形反射器 165
5.9 單極子 168
5.10 套筒天線 169
5.11 帶反射腔的偶極子天線 170
5.12 折合偶極子 172
5.13 并聯(lián)饋電 173
5.14 盤錐天線 173
5.15 巴侖 174
5.15.1 折疊式巴侖 175
5.15.2 套筒式或Bazooka巴侖 176
5.15.3 開槽同軸線巴侖 177
5.15.4 半波長巴侖 177
5.15.5 燭臺形巴侖 178
5.15.6 鐵氧體芯巴侖 178
5.15.7 燭臺形鐵氧體巴侖 179
5.15.8 變換器巴侖 179
5.15.9 同軸線漸變錐削式巴侖 179
5.15.10 天然巴侖 180
5.16 小環(huán) 180
5.17 ALFORD環(huán) 181
5.18 諧振環(huán) 182
5.19 四臂螺旋 182
5.20 帶背腔的縫隙 184
5.21 帶狀線串聯(lián)縫隙 184
5.22 淺腔體的十字縫隙天線 186
5.23 波導(dǎo)饋電的縫隙 187
5.24 矩形波導(dǎo)壁上的縫隙 187
5.25 圓形波導(dǎo)縫隙 191
5.26 波導(dǎo)縫隙陣列 192
5.26.1 非諧振陣列 193
5.26.2 諧振陣列 195
5.26.3 改進的設(shè)計方法 195
參考文獻 196
第6章 微帶天線 199
6.1 微帶天線方向圖 200
6.2 微帶貼片帶寬和表面波效率 203
6.3 矩形微帶貼片天線 209
6.4 四分之一波長貼片天線 215
6.5 圓形微帶貼片 218
6.6 圓極化貼片天線 220
6.7 緊縮型貼片 222
6.8 直接饋電的層疊型貼片 224
6.9 孔縫耦合層疊型貼片 226
6.10 貼片天線饋電網(wǎng)絡(luò) 228
6.11 串饋陣 229
6.12 微帶偶極子 230
6.13 微帶福蘭克林陣 231
6.14 微帶天線的機械特性 232
參考文獻 232
第7章 喇叭天線 235
7.1 矩形喇叭（錐形） 236
7.1.1 波束寬度 237
7.1.2 最佳矩形喇叭 239
7.1.3 按給定的波束寬度進行設(shè)計 242
7.1.4 相位中心 242
7.2 圓形口徑喇叭 243
7.2.1 波束寬度 245
7.2.2 相位中心 246
7.3 圓形（圓錐）波紋喇叭 247
7.3.1 標(biāo)量喇叭 249
7.3.2 波紋的設(shè)計 250
7.3.3 塞形喇叭 250
7.3.4 矩形波紋喇叭 251
7.4 波紋地面 251
7.5 高斯波束 253
7.6 脊波導(dǎo)喇叭 256
7.7 盒形喇叭 260
7.8 T形棒饋電的縫隙天線 262
7.9 多模圓形喇叭 263
7.10 雙錐喇叭 263
參考文獻 264
第8章 反射面天線 266
8.1 拋物反射面的幾何 266
8.2 拋物反射面天線的口徑分布損失 268
8.3 溢漏的近似和幅度漸變的折中 270
8.4 相位誤差損耗和軸向散焦 271
8.5 像散 273
8.6 饋源掃描 273
8.7 隨機相位誤差 276
8.8 焦平面的場 278
8.9 反射面引起的饋源失配 279
8.10 前后比 280
8.11 偏饋反射面天線 281
8.12 圓錐曲面的反射 285
8.13 雙反射面天線 287
8.13.1 饋源遮擋 288
8.13.2 繞射損失 289
8.13.3 卡塞格倫天線的公差 291
8.14 饋源和副反射面支撐桿的輻射 292
8.15 雙反射面天線的G/T（增益/噪聲溫度） 296
8.16 偏軸雙反射面天線 296
8.17 偏饋雙反射面天線 299
8.18 喇叭反射面天線和Dragonian雙反射面天線 300
8.19 球形反射面天線 302
8.20 賦形反射面天線 304
8.20.1 柱形反射面天線的綜合 305
8.20.2 圓對稱反射面天線的綜合 305
8.20.3 形成賦形波束的雙曲反射面天線 308
8.20.4 雙賦形反射面天線 309
8.21 賦形和多波束反射面天線的優(yōu)化綜合 311
參考文獻 312
第9章 透鏡天線 316
9.1 單面透鏡 316
9.2 分區(qū)透鏡 318
9.3 一般兩表面透鏡 321
9.4 單面或相切透鏡 324
9.5 金屬平板透鏡 325
9.6 表面失配和介質(zhì)損耗 327
9.7 雙曲透鏡的饋源掃描 328
9.8 雙表面透鏡 329
9.8.1 無彗星差軸對稱介質(zhì)透鏡 329
9.8.2 給定口徑分布的軸對稱介質(zhì)透鏡 331
9.9 靴帶透鏡 332
9.10 倫伯透鏡 333
參考文獻 334
第10章 行波天線 335
10.1 行波天線概述 335
10.1.1 慢波 338
10.1.2 快波（漏波結(jié)構(gòu)） 339
10.2 長線天線 340
10.2.1 貝弗利天線 340
10.2.2 V形天線 341
10.2.3 菱形天線 342
10.3 八木-宇田天線 343
10.3.1 多饋八木天線 349
10.3.2 諧振環(huán)八木天線 350
10.4 波紋桿（雪茄）天線 352
10.5 介質(zhì)桿（聚苯乙烯桿）天線 354
10.6 螺旋線天線 356
10.6.1 螺旋模式 357
10.6.2 軸向模 357
10.6.3 螺旋天線的饋電 358
10.6.4 長螺旋天線 359
10.6.5 短螺旋天線 360
10.7 短背射天線 360
10.8 漸變槽線天線 362
10.9 漏波結(jié)構(gòu) 365
參考文獻 366
第11章 非頻變天線 368
11.1 天線模式的模式展開 370
11.2 阿基米德螺旋 371
11.3 等角螺旋 372
11.4 螺旋天線的模式分析 374
11.5 螺旋構(gòu)建和饋電 378
11.5.1 螺旋構(gòu)建 378
11.5.2 巴侖饋電 379
11.5.3 無限巴侖 379
11.5.4 波束形成器和同軸線饋電 380
11.6 螺旋和波束形成器測量 380
11.7 饋電網(wǎng)絡(luò)和天線相互作用 381
11.8 調(diào)制臂寬螺旋 382
11.9 圓錐對數(shù)螺旋天線 383
11.10 模式2圓錐對數(shù)螺旋天線 387
11.11 圓錐對數(shù)螺旋天線饋電 388
11.12 對數(shù)周期偶極天線 388
11.12.1 對數(shù)周期偶極天線饋電 392
11.12.2 相位中心 393
11.12.3 張角 394
11.12.4 對數(shù)周期偶極天線陣列 394
11.13 其他對數(shù)周期類型 395
11.14 對數(shù)周期天線饋電拋物面天線反射器 397
11.15 Ｖ型對數(shù)周期陣列 400
11.16 背腔平面對數(shù)周期天線 401
參考文獻 402
第12章 相控陣 405
12.1 恒相位移相器（移相器） 406
12.2 量化的波瓣 408
12.3 陣列誤差 410
12.4 非均勻和隨機陣元陣列 411
12.4.1 線性間距錐削陣列 411
12.4.2 圓形空間錐削陣列 413
12.4.3 統(tǒng)計稀疏陣列 414
12.5 陣列單元方向圖 415
12.6 饋電網(wǎng)絡(luò) 417
12.6.1 并聯(lián)饋電 417
12.6.2 串聯(lián)饋電 418
12.6.3 可變功分器和移相器 419
12.6.4 巴特勒矩陣 419
12.6.5 空間饋電 421
12.6.6 用均勻幅度子陣列錐削饋電網(wǎng)絡(luò) 421
12.7 任意陣列中方向圖零點的形成 423
12.8 相控陣在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 424
12.9 相控陣的近場測量 425
參考文獻 427
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