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绪论1

第1章 基本定理与基本辐射元8

1.1 电磁场基本方程8

1.1.1 麦克斯韦方程组8

1.1.2 边界条件和唯一性定理9

1.1.3 坡印廷定理10

1.1.4 辐射问题中麦克斯韦方程组的求解10

1.2 电流元与短振子12

1.2.1 天线的基本分析方法12

1.2.2 电流元的定义与场13

1.2.3 远区场和方向图14

1.2.4 辐射功率和辐射电阻16

1.2.5 短振子与辐射效率17

1.3 对偶原理，磁流元与小电流环19

1.3.1 广义麦克斯韦方程组与对偶原理19

1.3.2 磁流元21

1.3.3 小电流环22

1.4 镜像原理与等效原理，惠更斯元25

1.4.1 镜像原理25

1.4.2 等效原理26

1.4.3 惠更斯元28

1.5 巴比涅原理，理想缝隙天线30

1.5.1 巴比涅原理30

1.5.2 理想缝隙天线31

1.5.3 布克关系式33

1.6 相似原理与互易定理，天线方向图的测试33

1.6.1 相似原理33

1.6.2 互易定理的一般形式34

1.6.3 收、发天线方向图的互易性，方向图的测试35

习题36

第2章 对称振子和天线电参数38

2.1 对称振子38

2.1.1 对称振子的电流分布与远区场38

2.1.2 远区条件，场区的划分40

2.1.3 对称振子的方向图和辐射电阻42

2.2 天线的方向系数和增益47

2.2.1 天线方向系数的定义与计算47

2.2.2 对称振子的方向系数50

2.2.3 天线增益51

2.3 天线的输入阻抗与带宽52

2.3.1 天线的输入阻抗与电压驻波比，阻抗匹配效率52

2.3.2 天线的带宽53

2.3.3 海伦积分方程法求对称振子的输入阻抗54

2.3.4 等效传输线法求对称振子的输入阻抗58

2.3.5 对称振子的谐振长度和阻抗带宽61

2.4 天线的极化63

2.4.1 极化概念63

2.4.2 极化效率66

2.4.3 轴比的测量67

2.5 天线有效面积与传输方程69

2.5.1 天线有效面积69

2.5.2 传输方程71

2.5.3 雷达散射截面和雷达方程74

2.6 天线的噪声温度75

2.6.1 天线噪声温度的定义75

2.6.2 天线噪声温度的计算与讨论77

习题80

第3章 天线阵的分析与综合83

3.1 二元振子阵83

3.1.1 二元边射阵，方向图乘积定理83

3.1.2 二元端射阵，相量图84

3.1.3 导体平面上的对称振子88

3.2 耦合振子的互阻抗94

3.2.1 感应电动势法94

3.2.2 互阻抗的计算96

3.2.3 振子阵的阻抗和方向系数100

3.3 N元等幅线阵103

3.3.1 边射阵105

3.3.2 普通端射阵109

3.3.3 汉森-伍德亚德端射阵112

3.3.4 N元等幅线阵的方向系数116

3.3.5 扫描阵121

3.4 N元非等幅线阵125

3.4.1 二项式阵125

3.4.2 不同振幅分布线阵的比较127

3.4.3 道尔夫-切比雪夫阵的综合129

3.4.4 N元非等幅线阵的方向系数136

3.5 N元线阵和线源的综合137

3.5.1 傅里叶变换法137

3.5.2 谢昆诺夫多项式法140

3.5.3 泰勒线源的综合142

3.5.4 最大方向系数线阵的综合147

3.5.5 超方向性天线150

3.6 稀疏线阵151

3.6.1 不等距线阵151

3.6.2 缺元阵153

3.7 圆环阵153

3.7.1 N元圆环阵的方向函数153

3.7.2 N元圆环阵的方向系数156

习题157

第4章 振子天线161

4.1 对称振子天线与平衡器161

4.1.1 π形天线和笼形天线161

4.1.2 折合振子164

4.1.3 高斯曲线振子165

4.1.4 平衡器（巴仑）167

4.2 同相水平天线171

4.2.1 结构与远区场171

4.2.2 方向图及讨论174

4.2.3 方向系数178

4.3 八木-宇田天线179

4.3.1 概述179

4.3.2 感应电动势法分析180

4.3.3 特性与设计181

4.3.4 背射天线185

4.4 单极天线186

4.4.1 无限大与有限尺寸地面上的单极天线186

4.4.2 顶加载直立天线188

4.4.3 单锥天线和盘锥天线191

4.4.4 套筒单极天线193

4.4.5 印刷单极天线195

4.5 同相直立天线阵196

4.5.1 几种同相直立天线阵196

4.5.2 COCO天线198

4.6 无线通信手机天线201

4.6.1 手机天线的发展历程与设计要求201

4.6.2 几种典型的手机天线202

习题205

第5章 行波线天线与超宽带天线207

5.1 行波长导线天线207

5.1.1 行波长导线天线的远区场和方向图207

5.1.2 行波长导线天线的辐射电阻和方向系数209

5.2 菱形天线210

5.2.1 菱形天线的结构与工作原理210

5.2.2 远区场与方向图211

5.2.3 辐射电阻，辐射效率和方向系数214

5.3 螺旋天线215

5.3.1 螺旋天线的发明与结构215

5.3.2 法向模螺旋天线，手机天线的工程设计考虑216

5.3.3 轴向模螺旋天线219

5.4 超宽带天线223

5.4.1 非频变天线原理223

5.4.2 等角螺线天线与阿基米德螺线天线224

5.4.3 对数周期天线228

5.4.4 新型超宽带平面天线231

5.5 三种超宽带天线阵236

5.5.1 电流片天线阵237

5.5.2 维瓦尔迪天线阵238

5.5.3 散片天线阵240

5.6 分形天线241

5.6.1 分形天线概述241

5.6.2 几种典型的分形天线241

习题243

第6章 缝隙天线和微带天线245

6.1 平面缝隙天线245

6.1.1 无限大导体平面上的缝隙天线245

6.1.2 有限尺寸导体平面上的缝隙天线246

6.1.3 高增益宽频带印刷缝隙天线248

6.2 波导缝隙天线阵249

6.2.1 矩形波导馈电的缝隙250

6.2.2 波导缝隙线阵256

6.2.3 波导缝隙面阵262

6.3 微带贴片天线264

6.3.1 微带天线的分类、优缺点和分析方法264

6.3.2 矩形贴片天线的传输线模型267

6.3.3 矩形贴片天线的空腔模型271

6.3.4 矩形贴片天线的全波分析289

6.3.5 不同形状贴片的比较292

6.4 微带天线元技术与阵列293

6.4.1 宽频带技术293

6.4.2 圆极化技术299

6.4.3 微带天线阵举例307

6.5 介质谐振器天线314

6.5.1 介质谐振器天线概述314

6.5.2 介质谐振器天线举例316

习题319

第7章 口径天线基础与喇叭天线322

7.1 口径天线的外场计算322

7.1.1 天线基本问题与解法322

7.1.2 由封闭面上场求外场323

7.1.3 远场公式及辐射条件326

7.2 口径天线结构特点与远区场327

7.2.1 口径天线的结构特点327

7.2.2 平面口径的远区场328

7.2.3 平面口径的方向系数332

7.3 矩形同相口径333

7.3.1 均匀分布矩形口径333

7.3.2 余弦分布矩形口径335

7.3.3 傅里叶变换关系336

7.4 圆形同相口径340

7.4.1 均匀分布圆形口径340

7.4.2 渐降分布圆形口径342

7.4.3 兰姆达变换关系343

7.5 非同相口径346

7.5.1 线性相位分布346

7.5.2 平方律相位分布348

7.5.3 立方律相位分布350

7.6 角锥喇叭天线351

7.6.1 角锥喇叭的口径场352

7.6.2 角锥喇叭的远区场和方向图354

7.6.3 角锥喇叭的增益356

7.6.4 最佳增益角锥喇叭的设计360

7.7 高效率圆锥喇叭馈源362

7.7.1 双模喇叭及多模喇叭363

7.7.2 波纹喇叭366

7.7.3 喇叭馈源的相位中心373

习题375

第8章 反射面天线及透镜天线378

8.1 引言378

8.2 抛物面天线的远场特性380

8.2.1 抛物面几何关系和几何光学特性380

8.2.2 口径场法分析382

8.2.3 交叉极化分量387

8.2.4 电流分布法分析389

8.2.5 球面波展开法分析392

8.3 抛物面天线的增益与设计397

8.3.1 抛物面天线的增益397

8.3.2 实际因素对方向性的影响401

8.3.3 抛物面天线的电设计407

8.4 卡塞格仑天线411

8.4.1 卡塞格仑天线的工作原理与几何参数411

8.4.2 等效馈源法与等效抛物面法414

8.4.3 电流分布法分析417

8.4.4 场相关法分析422

8.5 其他形式反射面天线425

8.5.1 引言425

8.5.2 偏置抛物面天线425

8.5.3 赋形卡塞格仑天线431

8.5.4 抛物环面天线432

8.6 透镜天线435

8.6.1 引言435

8.6.2 介质透镜天线436

8.6.3 金属透镜天线437

8.6.4 变折射率透镜天线439

8.7 反射阵天线439

8.7.1 反射阵天线概述439

8.7.2 反射阵天线设计440

习题442

第9章 特殊功能天线446

9.1 单脉冲天线446

9.1.1 单脉冲天线的工作原理446

9.1.2 4喇叭单脉冲天线的性能计算447

9.1.3 和差矛盾与最佳馈源概念450

9.1.4 单脉冲天线的实用馈源451

9.2 合成孔径雷达天线451

9.2.1 合成孔径雷达的发展与基本原理451

9.2.2 合成孔径雷达天线技术452

9.2.3 合成孔径雷达天线的未来展望455

9.3 相控阵天线456

9.3.1 相控阵天线类型（见本书配套网站）457

9.3.2 相控阵天线的馈电方式（见本书配套网站）457

9.3.3 相控阵的扫描方向图与旁瓣的控制457

9.3.4 相控阵的宽带和宽角匹配（见本书配套网站）459

9.3.5 相控阵的幅相误差与校正459

9.4 极化捷变天线460

9.4.1 极化捷变天线的基本原理460

9.4.2 极化捷变天线单元461

9.4.3 极化捷变天线阵列461

9.4.4 多功能极化捷变天线与展望462

9.5 智能天线463

9.5.1 智能天线的定义与优点463

9.5.2 智能天线的基本原理与算法465

9.5.3 多入多出技术简介467

9.6 可重构天线468

9.6.1 概述与组成原理468

9.6.2 辐射结构与典型设计468

9.6.3 可重构天线阵列的设计（见本书配套网站）470

9.6.4 开关选择原则与测试系统（见本书配套网站）470

9.7 超材料天线471

9.7.1 引言471

9.7.2 超材料天线472

第10章 计算电磁学在天线中的应用475

10.1 矩量法475

10.1.1 矩量法的基本原理与求解过程475

10.1.2 常用基函数和权函数476

10.1.3 应用举例（见本书配套网站）476

10.1.4 矩量法的误差与发展476

10.2 混合体-面积分方程法477

10.2.1 体-面积分方程法概述477

10.2.2 数值例子（见本书配套网站）479

10.3 有限元法479

10.3.1 有限元法概述479

10.3.2 有限元法解题步骤（见本书配套网站）480

10.4 时域有限差分法480

10.4.1 时域有限差分法的基本原理480

10.4.2 FDTD法的应用（见本书配套网站）486

10.5 几何绕射理论和物理绕射理论486

10.5.1 几何光学与物理光学（见本书配套网站）486

10.5.2 几何绕射理论486

10.5.3 物理绕射理论488

10.5.4 应用举例（见本书配套网站）489

10.6 天线数值计算的商用软件489

10.6.1 基于矩量法的天线仿真软件489

10.6.2 基于有限元法的天线仿真软件490

10.6.3 基于时域有限差分法（FDTD）的天线仿真软件491

10.6.4 基于时域有限积分法（FIT）的天线仿真软件491

附录A 矢量分析公式492

附录B 贝塞尔函数公式495

附录C 两份开卷试题500

附录D 带Δ号习题的答案504

参考文献506