天線理論與技術

　　本書系統(tǒng)地介紹了有關天線的基本理論、經典的分析計算方法和近代數(shù)值計算方法以及常用天線的結構、性能，天線中的一些新技術和一些新型天線。通過本書的學習，讀者能對天線理論與技術有一個較全面和深入的了解，并能掌握常用天線的工作原理以及分析、設計方法。本書內容具有一定的深度和廣度，各部分之間具有相對的獨立性，可適應不同層次的讀者閱讀。本書可作為通信電子類專業(yè)大學本科高年級學生及研究生的教學用書，也可作為從事天線工作的廣大在工程技術人員的自學參考書。序西安電子科技大學出版社一直把視角的焦點放在電子信息領域的最新發(fā)展和對于生產的應用方面。針對當前新經濟時代，信息化水平已成為衡量我國現(xiàn)代化程度和綜合國力的主要標志，現(xiàn)在出版“現(xiàn)代電子信息工程理論與技術叢書”，顯然是一個十分恰當?shù)臅r機。這套叢書的主要對象是從事電子信息領域研究和開發(fā)的科技工作者、工程師、在讀的研究生，以及希望了解該領域發(fā)展的各類相關人員。因此本套叢書的重點不在于艱深的理論探討，而是力求理論聯(lián)系實際，揭示新應用，發(fā)展新領域?？傊?，我們希望通過這套叢書能幫助讀者對電子信息領域的總體、全貌和發(fā)展趨勢有所了解。西安電子科技大學出版社一直以電子信息領域的熱心讀者作為自己的服務對象。這套叢書的好與壞，起的作用大與小都要靠每一位讀者來檢驗。因此在成立編委會和著手編輯這套叢書的時候，我們對讀者的對象、讀者的需求和讀者的興趣做了多方面的設想。為了使多方面的讀者都有所收獲，我們力求把每本書每個章節(jié)都做到簡單明了、深入淺出；每本書都是讀者了解電子信息領域的忠實“導游”；每本書都是作者與讀者交換思想和促膝談心的最佳機會。西安電子科技大學出版社一直有著廣泛且相對聯(lián)系緊密的作者群，他們大多是熟悉電子信息領域發(fā)展的一線專家，其中不乏該領域的知名學者、教授，正是由于這么一個群體，使我們有信心把這套叢書的學術水平和實用價值提到一個新的水平。盡管如此，這套叢書的編撰還是新的嘗試，作者和編輯們缺乏經驗，加之本領域發(fā)展十分迅速，使我們難于全面把握。衷心希望每一位讀者都作為這套叢書的實踐檢驗者，你們的每一條意見，將是叢書提高的重要依據(jù)。叢書編委會前言天線是無線電通信、無線電廣播、無線電導航、雷達、遙測遙控等各種無線電系統(tǒng)中不可缺少的設備。從天線發(fā)明至今經歷了1多年的時間。第一個天線是德國物理學家赫茲在1887年為驗證英國數(shù)學家麥克斯韋預言的電磁波而設計的。其發(fā)射天線是兩根3cm長的金屬桿，桿的終端連接兩塊4cm見方的金屬板，采用火花放電激勵電磁波，接收天線是環(huán)天線。191年意大利物理學家馬可尼采用一種大型天線實現(xiàn)了遠洋通信，其發(fā)射天線為5根下垂銅線組成的扇形結構，頂部用水平橫線連在一起，橫線掛在兩個高15英尺（1英尺＝．348米），相距2英尺的塔上，電火花放電式發(fā)射機接在天線和地之間。這可認為是真正付諸實用的第一副單極天線。早期無線電的主要應用是長波遠洋通信，因此天線的發(fā)展也主要集中在長波波段上。自1925年以后，中、短波無線電廣播和通信開始實際應用，各種中、短波天線得到迅速發(fā)展。194年前后，有關長、中、短波線狀天線的理論基本成熟，主要的天線形式一直沿用至今。第二次世界大戰(zhàn)中，雷達的應用促進了微波天線特別是反射面天線的發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)以后的3多年是無線電電子學飛速發(fā)展的時代，微波中繼通信；散射通信、電視廣播的迅速發(fā)展，特別是2世紀5年代后期，人類進入太空時代，對天線提出了許多新的要求，出現(xiàn)了許多新型天線。隨著天線應用的發(fā)展，天線理論也在不斷發(fā)展。早期對線天線的計算方法是先根據(jù)傳輸線理論假設天線上的電流分布，然后由矢量位求其輻射場，由坡印廷矢量在空間積分求其輻射功率，從而求出輻射電阻。自2世紀3年代中期開始，為了較精確地求出天線上的電流分布及輸入阻抗，很多人從邊值問題的角度來研究典型的對稱振子天線，提出用積分方程法來求解天線上的電流分布。2世紀3年代以后，隨著喇叭和拋物面天線的應用，發(fā)展了分析口徑天線的各種方法，如等效原理、電磁場矢量積分方法等。本書較系統(tǒng)地介紹了有關天線的基本理論和經典的分析計算方法。基本理論的討論對于理解天線的工作原理是十分重要的，但天線問題是具有復雜邊界條件的電磁場邊值問題，難以得到嚴格解。2世紀？o年代以后，隨著電子計算機的普及，各種電磁場數(shù)值計算方法應運而生，這些方法成為分析各種復雜天線問題的有力工具。本書結合實際的例子對在天線分析中常用的幾種近似分析方法進行比較詳細的討論，這些方法中包括矩量法、時域有限差分法和幾何繞射理論。天線的種類繁多，因篇幅所限，不可能對所有的天線進行詳細討論，只能討論一些典型的、常用的天線的結構和性能?？梢詮牟煌慕嵌葘μ炀€進行分類，如按工作性質可分為發(fā)射天線和接收天線，按用途可分為通信天線、雷達天線、導航天線、電視天線和廣播天線等，按工作頻段可分為長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等。這些分類方法并不是絕對的。如在通信和雷達系統(tǒng)中接收天線和發(fā)射天線通常是合二為一的，雷達天線和微波通信天線通常采用相同的結構，有些天線（如偶極天線、單極天線等）可用于從長波到超短波的各個頻段等等。一般天線手冊常采用上述的一些分類方法，而作為教材通常按其結構和分析方法將天線大致分為線天線和口徑天線兩大類。線天線基本由金屬導線構成，這類天線包括各種偶極天線和單極天線、螺旋天線、八木天線、對數(shù)周期天線、行波天線等?？趶教炀€通常是由一個平面或曲面上的口徑構成的，通常也稱為面天線，這類天線包括喇叭天線、反射面天線、縫隙天線、微帶天線等。線天線的輻射場通常由導線上的電流分布來計算，而口徑天線的輻射場一般由口徑上的電場和磁場的切向分量來計算。這種分類方法也不是絕對的，如反射面天線的輻射場既可以用口徑場計算，也可以由反射面上的電流分布計算。天線陣理論是天線理論的重要組成部分。本書較詳細地介紹了常用的天線陣分析和綜合技術。自適應天線及智能天線是根據(jù)不同的應用需要對天線陣的零點及主瓣進行自適應控制的天線陣，其基礎理論屬于信號處理學科的范疇，傳統(tǒng)的天線教材中很少涉及這方面的內容。由于自適應天線陣的理論極大地改變了天線陣的傳統(tǒng)概念和設計方法，已成為天線理論的重要前沿分支，因此本書專門用一章來介紹有關自適應天線陣的基本知識。頻率無關天線與行波天線是兩類不同的天線，前者不論方向圖還是阻抗都具有寬帶特性，而行波天線一般來說僅阻抗特性是寬帶的。在實際應用中阻抗特性通常是限制天線帶寬的主要因素，從這個意義上說，行波天線也屬于寬帶天線，因此將二者都放在寬帶天線一章中。超寬帶天線（或稱時域天線）是一種，用于超寬帶通信和超寬帶雷達的天線，其工作原理和分析方法完全不同于常規(guī)的天線，本應單獨討論。但由于這方面的理論還不完全成熟，許多問題都還在研究之中，因此本書只介紹其基本工作原理和發(fā)展概況。這些內容單獨作為一章太少，所以也將它放在寬帶天線一章中，主要是考慮二者都有“寬帶”特性，并且目前也有人從事將常規(guī)寬帶天線用于超寬帶的研究工作。但要注意寬帶天線和超寬帶天線是兩個完全不同的概念。希望這樣的安排不至于引起讀者概念上的混亂。本書關于時諧場的討論中假設場隨時間變化的因子為e-jat本書分為4部分，第1、2、3章為天線基本理論部分，第4、5章為線天線部分，第6、7、8、9章為口徑天線部分，第1、11章為天線陣部分。各章之間具有相對獨立性·，讀者根據(jù)需要選擇單獨的章節(jié)閱讀并不會有太大的困難。感謝毛乃宏教授審閱了本書的初稿并提出寶貴的意見。由于編者水平有限，錯誤與不當之處在所難免，敬請批評指正。編者24年2月

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