天线原理与技术

绪论 1 第1章 天线的理论基础 4 1.1 电磁场方程及其解 4 1.1.1 麦克斯韦方程 4 1.1.2 边界条件方程 6 1.1.3 能量守恒方程——坡印廷定理 7 1.1.4 波动方程 8 1.1.5 麦克斯韦方程的解 8 1.2 电流元的场及其分析 10 1.2.1 电流元的场 10 1.2.2 场的分析 12 1.3 对称振子的辐射场 13 1.3.1 电流分布 14 1.3.2 辐射场 15 1.4 电磁场的对偶原理 16 1.4.1 磁流与磁荷 16 1.4.2 对偶关系 17 1.5 磁流元和小电流环的场 20 1.5.1 磁流元的场 20 1.5.2 小电流环的场 22 第2章 天线的电参数 24 2.1 方向图 24 2.1.1 方向图的定义和表示方法 24 2.1.2 基本振子的方向图 27 2.1.3 对称振子的方向图 28 2.2 辐射电阻 29 2.2.1 辐射功率和辐射电阻 29 2.2.2 基本振子的辐射电阻 31 2.2.3 对称振子的辐射电阻 32 2.3 有效长度 34 2.4 方向系数 36 2.4.1 辐射强度 36 2.4.2 方向系数的定义 36 2.4.3 方向系数的计算 37 2.5 效率和增益 40 2.5.1 天线效率 41 2.5.2 增益 42 2.5.3 等效全向辐射功率(EIRP) 42 2.6 输入阻抗 43 2.6.1 输入阻抗的概念 43 2.6.2 对称振子的辐射阻抗 45 2.7 天线的极化 46 2.8 天线的相位中心 49 2.8.1 相位中心与视在相心 50 2.8.2 相位中心的确定方法 50 2.9 接收天线的电参数 52 2.9.1 互易定理及应用 52 2.9.2 接收功率 54 2.9.3 *大有效口径 55 2.9.4 匹配效率 56 2.10 功率传输方程 57 第3章 天线阵的分析与综合 60 3.1 阵列天线的方向图 60 3.1.1 方向图乘积定理 60 3.1.2 二元阵的方向图 62 3.2 均匀直线阵的阵因子和辐射特性 67 3.2.1 阵列阵因子 67 3.2.2 阵因子方向图的特性 68 3.2.3 阵因子分析 69 3.3 典型的均匀直线阵 71 3.3.1 边射阵 71 3.3.2 普通端射阵 73 3.3.3 汉森伍德沃德端射阵(强端射阵) 75 3.3.4 主瓣*大方向扫描的阵列 78 3.3.5 栅瓣和间距的选择 78 3.4 不等幅的等间距边射直线阵 79 3.4.1 方向函数 80 3.4.2 方向系数 80 3.4.3 几种非均匀激励的等间距线阵 81 3.5 线阵的道尔夫切比雪夫综合 83 3.5.1 道尔夫切比雪夫线阵法 83 3.5.2 线阵的切比雪夫低副瓣综合 85 3.6 线阵的泰勒综合 87 3.7 平面阵 98 3.8 导电地面上的天线 101 3.8.1 镜像原理 101 3.8.2 理想地面上的天线 103 3.8.3 实际地面上天线的方向图 108 3.9 圆阵 110 3.9.1 方向函数 110 3.9.2 方向系数 112 3.10 线源 113 3.10.1 均匀线源 114 3.10.2 渐削线源 119 第4章 对称振子阵的阻抗 121 4.1 二元耦合对称振子阵的阻抗 121 4.1.1 二元耦合对称振子阵的阻抗定义 121 4.1.2 等效阻抗方程 122 4.1.3 对称振子阵的总辐射阻抗 123 4.2 求解阻抗的方法——感应电动势法 123 4.3 对称振子的互阻抗和自阻抗 124 4.3.1 对称振子的近场 124 4.3.2 二平行等长对称振子的互阻抗 125 4.3.3 对称振子的自阻抗 128 4.4 无源振子的阻抗 129 4.4.1 二元耦合振子阵中的电流比 129 4.4.2 引向振子和反射振子的阻抗 131 4.5 理想导电平面上对称振子的辐射阻抗 131 4.6 多元对称振子阵的阻抗 132 4.6.1 等效阻抗方程 133 4.6.2 对称振子阵列的辐射阻抗 133 4.6.3 对称振子阵列的方向系数 134 第5章 谐振天线 135 5.1 V形振子天线 135 5.2 折合振子天线 136 5.3 八木天线 137 5.3.1 八木天线的结构 138 5.3.2 八木天线的工作原理 138 5.3.3 八木天线的分析方法 138 5.3.4 八木天线的设计 139 5.4 微带天线 143 5.4.1 微带天线的结构 143 5.4.2 微带天线的馈电技术 143 5.4.3 微带天线的模式 145 5.4.4 微带天线的辐射方向图 146 5.5 印刷振子天线 150 5.5.1 印刷振子的结构 150 5.5.2 巴伦结构及电路实现 151 5.5.3 宽带阻抗匹配的设计 151 5.6 波导缝隙天线 154 5.6.1 激励与幅度 154 5.6.2 等效电路与等效电导(电阻) 155 5.6.3 波导缝隙天线阵 159 第6章 宽带天线 166 6.1 宽带线天线 166 6.1.1 行波单导线天线 166 6.1.2 菱形天线 168 6.2 双锥天线 171 6.2.1 无限双锥天线 171 6.2.2 有限长双锥天线 173 6.3 套筒天线 173 6.4 螺旋天线 175 6.4.1 螺旋天线的基本构成 175 6.4.2 法向模螺旋天线 176 6.4.3 轴向模螺旋天线 177 6.5 对数周期天线 182 6.5.1 对数周期天线的结构特点 182 6.5.2 对数周期天线的工作原理 182 6.5.3 对数周期天线的馈电方法 183 6.5.4 对数周期天线的电特性 183 6.6 Vivaldi天线 186 6.6.1 Vivaldi天线的结构 186 6.6.2 宽带巴伦的馈电结构 187 6.6.3 Vivaldi天线的设计 190 第7章 口径天线理论与典型口径天线 194 7.1 口径天线基本理论 195 7.1.1 惠更斯原理和等效原理 195 7.1.2 面元的辐射场 198 7.2 口面辐射场的一般表达式 201 7.3 口面场辐射特性的一般分析 203 7.3.1 口面均匀分布的矩形口面 203 7.3.2 渐削矩形口径 205 7.3.3 口面场均匀分布的圆形口面 206 7.3.4 同相口面场的特性 207 7.4 面天线的方向系数和口面利用率 207 7.5 矩形喇叭天线 209 7.5.1 喇叭天线简介 209 7.5.2 H面扇形喇叭天线 209 7.5.3 E面扇形喇叭天线 212 7.5.4 角锥喇叭天线 213 7.5.5 方向系数和口面利用系数 214 7.5.6 角锥喇叭天线的设计 216 7.6 圆锥喇叭天线 219 7.6.1 标准圆锥喇叭天线 219 7.6.2 波纹圆锥喇叭天线 220 第8章 反射面天线 223 8.1 抛物面天线的基本特性 224 8.1.1 抛物线方程 224 8.1.2 抛物面的几何特性和光学特性 225 8.1.3 焦径比 226 8.1.4 口径场法 227 8.2 抛物面天线的面电流法 228 8.3 抛物面天线的电参数 230 8.4 馈源的设计 232 8.4.1 理想馈源形式 232 8.4.2 对馈源的要求 233 8.4.3 消除反射面场对馈源匹配影响的方法 234 8.5 单偏置反射面天线 235 8.6 卡塞格伦反射面天线 236 8.7 双偏置反射面天线 240 参考文献 247