天線與電波傳播[電子工業出版社出版書籍]

圖書內容

本教材根據“天線與電波傳播”課程標準的要求而編寫，詳細介紹了天線與電波傳播的基礎知識、基本原理、基本規律以及工程套用實際和相關新技術，內容包括天線及電波傳播兩大部分。 天線部分介紹了天線理論基礎、對稱振子與陣列天線、常用線天線、面天線以及工程中套用較多的智慧型天線、衛星通信天線、航空無線電導航系統地面設備天線，以及近年來出現的超材料天線。

電波傳播分為無線電波在自由空間的傳播、地面波傳播、天波傳播以及視距傳播五部分。結合作者多年來的教學和科研經驗，重點拓展了天線與電波傳播在實際工程中的套用以及近年來新的天線技術。為了切實幫助學生掌握和理解所學內容，提高分析問題和解決問題的能力，教材中每章末均附有習題。  

目 錄

第1章 天線理論基礎 1

1.1 概述 1

1.1.1 天線的主要功能 1

1.1.2 天線的輻射機理 2

1.1.3 天線的分類 5

1.2 天線輻射問題的麥克斯韋方程解 6

1.3 天線的基本輻射單元 8

1.3.1 電基本振子 8

1.3.2 磁基本振子 13

1.3.3 縫隙基本振子 18

1.4 天線的基本電參數 19

1.4.1 方向圖函式及方向圖 19

1.4.2 主瓣寬度、副瓣電平與前後比 22

1.4.3 方向性係數、效率和增益 24

1.4.4 天線的輸入阻抗 27  

1.4.5 天線的極化 28

1.4.6 天線的頻寬 29

1.4.7 天線的有效長度 30

1.5 互易定理與接收天線電參數 31

1.5.1 互易定理 31

1.5.2 接收天線的等效電路和最大接收功率 35

1.5.3 有效面積Ae 36

1.5.4 等效噪聲溫度* 38

本章小結 41

習題1 42

參考文獻 44

第2章 對稱振子與陣列天線 45

2.1 對稱振子天線 45

2.1.1 對稱振子上的電流分布 45

2.1.2 對稱振子的遠區輻射場和方向圖 46

2.1.3 對稱振子的主要特性參量及輻射場統一表達式 49

2.1.4 印刷對稱振子 53

2.2 天線陣 54

2.2.1 二元天線陣 54

2.2.2 N元均勻直線式天線陣 57

2.2.3 方向圖乘積定理及其套用 67

2.3 地面對天線方向圖的影響 77

2.3.1 鏡像法 77

2.3.2 理想導電地面上垂直對稱振子 79

2.3.3 理想導電面上水平對稱振子 80

2.3.4 鏡像原理在陣列天線中的套用 81

2.4 自適應天線 82

2.4.1 自適應天線的基本結構 83

2.4.2 自適應天線的工作原理 84  

2.4.3 最佳準則和自適應算法 85

2.4.4 自適應天線的基本用途 85

本章小結 86

習題2 87

參考文獻 88

第3章 常用線天線 89

3.1 水平對稱天線（短波通信天線） 89

3.1.1 雙極天線 89

3.1.2 籠形天線 94

3.1.3 折合振子天線 96

3.2 直立天線 97

3.2.1 直立架設天線 97

3.2.2 直立天線性能的改善 98  

3.2.3 常見的幾種垂直天線 100

3.3 環天線 103

3.4 線天線的饋電 104

3.4.1 平行雙線饋電 105

3.4.2 同軸傳輸線饋電 105

3.5 行波天線 108

3.5.1 菱形天線 108

3.5.2 魚骨天線 114

3.5.3 八木天線（YAGI—UDA Antenna） 115

3.5.4 背射天線 121

3.5.5 對數周期天線 121

3.5.6 螺旋天線（Helical Antenna or Helix Antenna） 128

3.6 電視發射天線 133

3.6.1 正交振子 133

3.6.2 電視發射天線（蝙蝠翼天線） 134

3.7 縫隙天線 135

3.7.1 有限金屬平面上的縫隙天線 135  

3.7.2 波導縫隙天線 135

3.7.3 諧振式縫隙陣 137

3.7.4 非諧振式縫隙陣 138

3.8 微帶天線 139

3.8.1 微帶天線輻射原理 139

3.8.2 輻射場及方向圖函式 139

3.8.3 散射特性及RCS減縮技術 141

3.8.4 微帶天線陣 148

本章小結 148

習題3 148

參考文獻 150

第4章 面天線理論和常用面天線 151

4.1 面天線理論 151

4.2 惠更斯-菲涅爾原理 152

4.3 等效原理和面元的輻射場 152

4.3.1 等效原理 152

4.3.2 惠更斯源的場 153

4.4 平面口面輻射場特性 154

4.4.1 矩形同相口徑的輻射場 154

4.4.2 圓形同相口徑的輻射場 159

4.4.3 口面場相位分布對方向圖的影響 160

4.5 喇叭天線 164

4.5.1 喇叭天線的結構及分類 164

4.5.2 喇叭天線的口面場分布 165

4.5.3 喇叭天線的方向性 167  

4.5.4 喇叭天線的設計 170

4.5.5 喇叭天線的阻抗及匹配 173

4.6 反射面天線 173

4.6.1 旋轉拋物面天線 174

4.6.2 卡賽格倫天線 179

4.6.3 賦形拋物面天線 182

本章小結 183

習題4 184

參考文獻 185

第5章 智慧型天線 186

5.1 概述 186

5.1.1 智慧型天線的基本概念 186

5.1.2 智慧型天線工作原理 186

5.1.3 智慧型天線的分類 187

5.1.4 智慧型天線的基本用途 188

5.2 自適應波束形成 189

5.2.1 自適應波束形成最優準則 189  

5.2.2 自適應波束形成算法 191

5.2.3 魯棒自適應波束形成算法 201

5.3 波達方向估計 204

5.3.1 DOA估計傳統算法 204

5.3.2 MUSIC算法 205

5.3.3 ESPRIT算法 207

5.3.4 解相關算法 209

5.4 陣列誤差校正 216

5.4.1 陣列誤差校正概念和作用 217

5.4.2 陣列誤差校正算法 217

5.5 智慧型天線的實現 220

5.5.1 實現方案 220

5.5.2 智慧型天線的硬體實現 221

5.5.3 智慧型天線算法軟體實現 222

本章小結 231

習題5 231

參考文獻 231

第6章 常用衛星通信天線 234

6.1 反射面天線 234

6.1.1 拋物面天線 234

6.1.2 卡塞格倫天線 235  

6.1.3 格里高利天線 235

6.1.4 環焦天線 236

6.1.5 偏饋型天線 236

6.1.6 多頻段天線 237

6.2 平板陣列天線 239

6.3 螺旋天線 241

6.4 喇叭天線 241

6.5 動中通天線 242

6.5.1 機械掃描反射面天線 243

6.5.2 一維相掃的平板陣列天線 247

6.5.3 全相掃共形相控陣天線 249

參考文獻 252

第7章 航空無線電導航系統地面設備

天線 253

7.1 中波導航機天線 253

7.1.1 套用、配置與性能 254

7.1.2 天線類型 254  

7.1.3 天線調諧箱 254

7.1.4 天線轉換裝置 255

7.2 超短波定向系統天線 255

7.2.1 套用、配置與性能 256

7.2.2 超短波定向天線類型 256

7.2.3 超短波定向天線發展 256

7.2.4 準都卜勒相位式測角 256

7.3 伏爾系統地面天線 257

7.3.1 性能 257

7.3.2 普通伏爾天線 257

7.3.3 都卜勒伏爾天線 258

7.3.4 精密伏爾天線 259

7.4 塔康天線 259

7.4.1 配置及性能 260  

7.4.2 類型 260

7.4.3 關鍵技術 260

7.4.4 機械掃描塔康天線 261

7.4.5 電子掃描塔康天線 262

7.5 精密進場雷達天線 263

7.5.1 配置與性能 264

7.5.2 天線組成 264  

7.5.3 天線饋電方式 264

7.5.4 輻射波束形成及工作過程 264

7.6 米波儀表著陸系統天線 264

7.6.1 天線的組成及功能 265

7.6.2 航向天線 265

7.6.3 下滑天線 267

7.6.4 指點信標天線 269

7.7 分米波儀表著陸系統天線 270

7.7.1 航向天線陣 271

7.7.2 下滑天線陣 272  

7.7.3 測距應答器天線陣 274

7.7.4 外場監測天線 275

7.8 微波著陸系統天線 275

7.8.1 天線的組成、配置與功能 276

7.8.2 掃描天線 276

7.8.3 輔助天線 280

習題7 281

參考文獻 282

第8章 超材料天線 283

8.1 超材料的概念 283

8.1.1 電磁帶隙結構（EBG, Electromagnetic Band Gap） 284

8.1.2 左手媒質（LHM, Left-hand

Material） 285

8.1.3 逆Snell定律 285

8.1.4 逆都卜勒（Doppler）效應 286

8.1.5 逆Goos_Hanchen效應 286

8.1.6 頻率選擇表面（FSS, Frequency Selective Surface） 287

8.2 超材料寬頻天線 287

8.2.1 寬頻超材料結構設計 287

8.2.2 超材料載入寬頻天線設計與實現 289

8.2.3 基於SRR結構的超寬頻陷波天線 290

8.3 超材料高增益天線 292

8.3.1 超材料覆層提高天線增益原理 292

8.3.2 基於超材料的高增益喇叭天線 297

8.4 超材料隱身天線 300

8.4.1 基於空間場對消原理的隱身天線 300

8.4.2 載入吸收電阻的超材料隱身天線 312

8.4.3 完美吸波材料隱身天線 323  

本章小結 338

參考文獻 338

第9章 電波傳播 340

9.1 引言 340

9.2 無線電波在自由空間的傳播 343

9.2.1 自由空間傳播的場強及

接收功率 343

9.2.2 自由空間基本傳播損耗L0 344

9.2.3 實際電道傳播損耗L和基本

傳播損耗Lw 344

9.3 地面波傳播 345

9.3.1 地球表面的特性 345

9.3.2 大地對電波的吸收與波前傾斜的概念 347

9.3.3 地面波場強的計算 349

9.3.4 不均勻性對電波傳播的影響 353

9.3.5 地下和水下傳播 354  

9.4 天波傳播 358

9.4.1 電離層的形成、結構與變化 358

9.4.2 電離層的等效電參數 361

9.4.3 電波在電離層中的傳播 363

9.4.4 短波天波傳播 366

9.4.5 中波天波傳播 371

9.4.6 長波天波傳播 372

9.4.7 外層空間傳播 373

9.5 視距傳播 378

9.5.1 視線距離與亮區場的計算 379

9.5.2 地形起伏對微波傳播的影響 386

9.5.3 低空大氣層對微波傳播的影響 393

9.5.4 地面移動通信中的電波傳播 397

本章小結 402

習題9 404

參考文獻 405