天線理論與技術(shù)

　　本書系統(tǒng)地介紹了有關(guān)天線的基本理論、經(jīng)典的分析計(jì)算方法和近代數(shù)值計(jì)算方法以及常用天線的結(jié)構(gòu)、性能，天線中的一些新技術(shù)和一些新型天線。通過(guò)本書的學(xué)習(xí)，讀者能對(duì)天線理論與技術(shù)有一個(gè)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(shè)計(jì)方法。本書內(nèi)容具有一定的深度和廣度，各部分之間具有相對(duì)的獨(dú)立性，可適應(yīng)不同層次的讀者閱讀。本書可作為通信電子類專業(yè)大學(xué)本科高年級(jí)學(xué)生及研究生的教學(xué)用書，也可作為從事天線工作的廣大在工程技術(shù)人員的自學(xué)參考書。序西安電子科技大學(xué)出版社一直把視角的焦點(diǎn)放在電子信息領(lǐng)域的最新發(fā)展和對(duì)于生產(chǎn)的應(yīng)用方面。針對(duì)當(dāng)前新經(jīng)濟(jì)時(shí)代，信息化水平已成為衡量我國(guó)現(xiàn)代化程度和綜合國(guó)力的主要標(biāo)志，現(xiàn)在出版“現(xiàn)代電子信息工程理論與技術(shù)叢書”，顯然是一個(gè)十分恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)。這套叢書的主要對(duì)象是從事電子信息領(lǐng)域研究和開(kāi)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(lǐng)域發(fā)展的各類相關(guān)人員。因此本套叢書的重點(diǎn)不在于艱深的理論探討，而是力求理論聯(lián)系實(shí)際，揭示新應(yīng)用，發(fā)展新領(lǐng)域?？傊?，我們希望通過(guò)這套叢書能幫助讀者對(duì)電子信息領(lǐng)域的總體、全貌和發(fā)展趨勢(shì)有所了解。西安電子科技大學(xué)出版社一直以電子信息領(lǐng)域的熱心讀者作為自己的服務(wù)對(duì)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(lái)檢驗(yàn)。因此在成立編委會(huì)和著手編輯這套叢書的時(shí)候，我們對(duì)讀者的對(duì)象、讀者的需求和讀者的興趣做了多方面的設(shè)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(gè)章節(jié)都做到簡(jiǎn)單明了、深入淺出；每本書都是讀者了解電子信息領(lǐng)域的忠實(shí)“導(dǎo)游”；每本書都是作者與讀者交換思想和促膝談心的最佳機(jī)會(huì)。西安電子科技大學(xué)出版社一直有著廣泛且相對(duì)聯(lián)系緊密的作者群，他們大多是熟悉電子信息領(lǐng)域發(fā)展的一線專家，其中不乏該領(lǐng)域的知名學(xué)者、教授，正是由于這么一個(gè)群體，使我們有信心把這套叢書的學(xué)術(shù)水平和實(shí)用價(jià)值提到一個(gè)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?nèi)狈?jīng)驗(yàn)，加之本領(lǐng)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(shí)踐檢驗(yàn)者，你們的每一條意見(jiàn)，將是叢書提高的重要依據(jù)。叢書編委會(huì)前言天線是無(wú)線電通信、無(wú)線電廣播、無(wú)線電導(dǎo)航、雷達(dá)、遙測(cè)遙控等各種無(wú)線電系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備。從天線發(fā)明至今經(jīng)歷了1多年的時(shí)間。第一個(gè)天線是德國(guó)物理學(xué)家赫茲在1887年為驗(yàn)證英國(guó)數(shù)學(xué)家麥克斯韋預(yù)言的電磁波而設(shè)計(jì)的。其發(fā)射天線是兩根3cm長(zhǎng)的金屬桿，桿的終端連接兩塊4cm見(jiàn)方的金屬板，采用火花放電激勵(lì)電磁波，接收天線是環(huán)天線。191年意大利物理學(xué)家馬可尼采用一種大型天線實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)洋通信，其發(fā)射天線為5根下垂銅線組成的扇形結(jié)構(gòu)，頂部用水平橫線連在一起，橫線掛在兩個(gè)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(jī)接在天線和地之間。這可認(rèn)為是真正付諸實(shí)用的第一副單極天線。早期無(wú)線電的主要應(yīng)用是長(zhǎng)波遠(yuǎn)洋通信，因此天線的發(fā)展也主要集中在長(zhǎng)波波段上。自1925年以后，中、短波無(wú)線電廣播和通信開(kāi)始實(shí)際應(yīng)用，各種中、短波天線得到迅速發(fā)展。194年前后，有關(guān)長(zhǎng)、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(dá)的應(yīng)用促進(jìn)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(wú)線電電子學(xué)飛速發(fā)展的時(shí)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(jì)5年代后期，人類進(jìn)入太空時(shí)代，對(duì)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(yīng)用的發(fā)展，天線理論也在不斷發(fā)展。早期對(duì)線天線的計(jì)算方法是先根據(jù)傳輸線理論假設(shè)天線上的電流分布，然后由矢量位求其輻射場(chǎng)，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(jì)3年代中期開(kāi)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(wèn)題的角度來(lái)研究典型的對(duì)稱振子天線，提出用積分方程法來(lái)求解天線上的電流分布。2世紀(jì)3年代以后，隨著喇叭和拋物面天線的應(yīng)用，發(fā)展了分析口徑天線的各種方法，如等效原理、電磁場(chǎng)矢量積分方法等。本書較系統(tǒng)地介紹了有關(guān)天線的基本理論和經(jīng)典的分析計(jì)算方法。基本理論的討論對(duì)于理解天線的工作原理是十分重要的，但天線問(wèn)題是具有復(fù)雜邊界條件的電磁場(chǎng)邊值問(wèn)題，難以得到嚴(yán)格解。2世紀(jì)？o年代以后，隨著電子計(jì)算機(jī)的普及，各種電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法應(yīng)運(yùn)而生，這些方法成為分析各種復(fù)雜天線問(wèn)題的有力工具。本書結(jié)合實(shí)際的例子對(duì)在天線分析中常用的幾種近似分析方法進(jìn)行比較詳細(xì)的討論，這些方法中包括矩量法、時(shí)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(duì)所有的天線進(jìn)行詳細(xì)討論，只能討論一些典型的、常用的天線的結(jié)構(gòu)和性能。可以從不同的角度對(duì)天線進(jìn)行分類，如按工作性質(zhì)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(dá)天線、導(dǎo)航天線、電視天線和廣播天線等，按工作頻段可分為長(zhǎng)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(duì)的。如在通信和雷達(dá)系統(tǒng)中接收天線和發(fā)射天線通常是合二為一的，雷達(dá)天線和微波通信天線通常采用相同的結(jié)構(gòu)，有些天線（如偶極天線、單極天線等）可用于從長(zhǎng)波到超短波的各個(gè)頻段等等。一般天線手冊(cè)常采用上述的一些分類方法，而作為教材通常按其結(jié)構(gòu)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(dǎo)線構(gòu)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(duì)數(shù)周期天線、行波天線等?？趶教炀€通常是由一個(gè)平面或曲面上的口徑構(gòu)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(chǎng)通常由導(dǎo)線上的電流分布來(lái)計(jì)算，而口徑天線的輻射場(chǎng)一般由口徑上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的切向分量來(lái)計(jì)算。這種分類方法也不是絕對(duì)的，如反射面天線的輻射場(chǎng)既可以用口徑場(chǎng)計(jì)算，也可以由反射面上的電流分布計(jì)算。天線陣?yán)碚撌翘炀€理論的重要組成部分。本書較詳細(xì)地介紹了常用的天線陣分析和綜合技術(shù)。自適應(yīng)天線及智能天線是根據(jù)不同的應(yīng)用需要對(duì)天線陣的零點(diǎn)及主瓣進(jìn)行自適應(yīng)控制的天線陣，其基礎(chǔ)理論屬于信號(hào)處理學(xué)科的范疇，傳統(tǒng)的天線教材中很少涉及這方面的內(nèi)容。由于自適應(yīng)天線陣的理論極大地改變了天線陣的傳統(tǒng)概念和設(shè)計(jì)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(lái)介紹有關(guān)自適應(yīng)天線陣的基本知識(shí)。頻率無(wú)關(guān)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(lái)說(shuō)僅阻抗特性是寬帶的。在實(shí)際應(yīng)用中阻抗特性通常是限制天線帶寬的主要因素，從這個(gè)意義上說(shuō)，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(shí)域天線）是一種，用于超寬帶通信和超寬帶雷達(dá)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(yīng)單獨(dú)討論。但由于這方面的理論還不完全成熟，許多問(wèn)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(nèi)容單獨(dú)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(gè)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(guān)于時(shí)諧場(chǎng)的討論中假設(shè)場(chǎng)隨時(shí)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(duì)獨(dú)立性·，讀者根據(jù)需要選擇單獨(dú)的章節(jié)閱讀并不會(huì)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(jiàn)。由于編者水平有限，錯(cuò)誤與不當(dāng)之處在所難免，敬請(qǐng)批評(píng)指正。編者24年2月

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