Fundamentals of Antennas

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出版者:SPIE Publications
作者:Christos G. Christodoulou
出品人:
页数:105
译者:
出版时间:2001-9-15
价格:USD 52.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780819441126
丛书系列:
图书标签:
  • 天线
  • 天线理论
  • 电磁场
  • 微波技术
  • 无线通信
  • 射频电路
  • 天线设计
  • 天线测量
  • 天线极化
  • 天线应用
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具体描述

《天线原理:从基础到前沿》 一、 导论:无处不在的无线世界与天线扮演的角色 在信息爆炸的时代,无线通信已然渗透到我们生活的方方面面。从手机的通讯、Wi-Fi的连接,到广播电视的传播、雷达的探测,再到卫星导航的定位,这一切的实现都离不开一个至关重要的环节——天线。天线,作为无线电波的“桥梁”,负责将电信号转化为电磁波发射出去,或将接收到的电磁波转化为电信号。它们是实现无线通信的“眼睛”和“耳朵”,是构筑现代社会信息高速公路的基石。 本书《天线原理:从基础到前沿》将带领读者踏上一段探索天线奥秘的旅程。我们不会止步于对天线基本概念的浅尝辄止,而是深入挖掘其背后的物理原理、设计方法、性能分析以及前沿应用。无论您是电子工程专业的学生,无线通信领域的从业者,还是对无线技术充满好奇的技术爱好者,都能从中获得深刻的理解和启发。 二、 天线基础理论:搭建稳固的知识框架 本书的开篇将奠定坚实的基础理论。我们将从电磁场理论出发,回顾麦克斯韦方程组及其在天线分析中的重要性。理解电磁波的产生、传播和辐射机制,是理解天线工作原理的前提。 电磁波的产生与辐射: 深入探讨振荡电荷如何激发电磁波,以及天线作为一种特殊的辐射体,其辐射过程的内在规律。我们将介绍电偶极子和磁偶极子这两种最基本的天线模型,分析它们的辐射场分布、辐射功率和效率。 天线参数的定义与测量: 为了量化和评估天线的性能,我们需要掌握一系列关键参数。本书将详细介绍: 辐射方向图: 描绘天线在空间中不同方向上的辐射强度分布,这是理解天线“看向”哪里的重要工具。我们将区分总辐射方向图、主瓣、副瓣、零点以及半功率波束宽度等概念。 增益与效率: 增益反映了天线在特定方向上的辐射强度相对于理想无方向性天线的增强程度,而效率则衡量了输入给天线的功率有多少真正转化为辐射出去的电磁波。我们将探讨它们之间的关系以及如何提高天线的增益和效率。 输入阻抗与驻波比: 输入阻抗决定了天线与馈线的匹配程度,良好的匹配是最大化功率传输的关键。驻波比(VSWR)是衡量匹配好坏的指标。我们将分析影响输入阻抗的因素,并介绍阻抗匹配的常见技术。 极化: 电磁波的电场矢量振荡方向定义了其极化特性,如线极化、圆极化和椭圆极化。我们将讨论不同极化方式的形成及其在无线通信中的应用。 带宽: 天线能够有效工作的频率范围。我们将介绍不同类型的带宽(如电压驻波比带宽、增益带宽等)及其对通信系统的影响。 三、 经典天线类型详解:从理论到实践的桥梁 在掌握了基础理论之后,我们将深入剖析各种经典天线的设计原理、结构特点和典型应用。通过对这些天线的深入了解,读者将能够将理论知识转化为实际应用。 线天线: 半波长偶极子天线: 作为最基础的线天线,我们将详细分析其辐射特性、输入阻抗以及如何进行微调以获得最佳性能。 全波长偶极子天线: 探讨其与半波长偶极子的区别和应用场景。 单极子天线: 分析其与偶极子天线的异同,以及在地面或金属板上的辐射特性。 偶极子天线阵列: 学习如何通过组合多个偶极子单元来增强方向性、提高增益,并控制波束宽度。我们将介绍行波天线、行波激励阵列等结构。 面天线: 偶极子阵列天线: 深入研究二维平面上排列的偶极子单元如何形成更复杂的辐射方向图,例如用于雷达和通信的平面阵列。 八木-宇田天线: 详细解析其由反射振子、振子和引向振子组成的结构,以及其高增益、窄波束宽度的特点,广泛应用于电视接收和射频通信。 螺旋天线: 探讨其轴向模和法向模工作原理,以及在圆极化和宽带应用中的优势。 对数周期天线: 分析其基于周期性结构的宽带特性,适用于扫描频率范围广的场合。 孔径天线: 微带天线(贴片天线): 重点介绍其轻薄、易于集成、成本低廉等优点,是移动通信、GPS和卫星通信中应用最广泛的天线类型之一。我们将深入研究其结构、工作原理、馈电方式以及影响其性能的因素,如衬底材料、贴片尺寸和形状。 缝隙天线: 分析其在飞机、导弹等金属结构上的应用,以及与线天线在电磁场转换上的联系。 喇叭天线: 介绍其作为波导的自然延伸,用于引导和聚焦电磁波,常用于高频段和定向通信。 透镜天线与反射面天线: 抛物面反射天线: 详细阐述其利用抛物面将馈源发出的电磁波聚焦或将接收到的平行电磁波汇聚到焦点的工作原理,是卫星通信、射电望远镜和雷达的核心组成部分。我们将讨论其设计和制造中的关键技术。 透镜天线: 介绍其利用电磁透镜来聚焦或准直电磁波的原理,虽然不如反射面天线普遍,但在特定应用中有其独到之处。 四、 天线设计与优化:实现高性能的关键 理论知识是基础,但要设计出满足特定需求的优良天线,还需要掌握一系列设计与优化技术。 电磁仿真软件的应用: 现代天线设计离不开强大的电磁仿真软件(如HFSS、CST、COMSOL等)。本书将介绍这些软件的基本原理、建模方法、仿真流程以及如何分析仿真结果,帮助读者将设计理念转化为可行的方案。 阻抗匹配技术的深入探讨: 除了简单的匹配网络,我们将介绍更复杂的匹配方法,如利用阻抗变换器、匹配贴片以及天线自身结构的优化来改善匹配效果。 方向图合成技术: 如何通过调整天线单元的激励幅度、相位和位置来合成所需的方向图。我们将介绍线阵和面阵的波束赋形技术。 宽带天线设计策略: 探索各种实现宽带工作的技术,如多谐振天线、加载技术、渐变结构以及利用新型材料等。 小型化天线设计: 随着设备的小型化趋势,设计紧凑型天线成为一项重要课题。我们将介绍加载技术、容性/感性加载、以及利用特殊结构来实现天线小型化。 五、 前沿天线技术与应用:展望未来无线通信 在掌握了经典天线的设计与分析方法后,本书将引导读者关注天线领域的前沿发展和新兴应用。 MIMO(多输入多输出)天线技术: 深入探讨MIMO技术如何通过多根天线来提升无线通信的容量和可靠性。我们将介绍天线之间的相关性、分集技术以及实际的MIMO天线阵列设计。 智能天线与相控阵: 介绍智能天线如何通过自适应地调整波束方向来跟踪移动用户、抑制干扰,以及相控阵天线在雷达、军事通信和5G/6G通信中的重要作用。 可重构天线: 探讨能够动态改变其工作频率、极化、方向图等参数的可重构天线技术,以适应不断变化的无线环境。 天地一体化通信中的天线: 分析低轨卫星通信、无人机通信等对天线提出的新要求,以及相应的解决方案。 射频能量收集与无线供电天线: 介绍如何利用天线技术实现对环境中的射频能量的收集,以及为低功耗设备进行无线供电。 表面等离子体天线(Plasmonic Antennas): 探索在纳米尺度上利用表面等离子体共振效应实现高性能天线,为超高频通信和光通信提供新的可能。 智能材料与天线集成: 讨论如何将柔性材料、可穿戴材料以及新型智能材料集成到天线设计中,开创全新的应用领域。 六、 结语:持续探索,拥抱无线未来 《天线原理:从基础到前沿》旨在为读者提供一个全面、深入、与时俱进的天线知识体系。我们相信,通过对本书内容的学习,您将能够深刻理解天线作为无线通信核心组件的重要性,掌握设计、分析和优化天线的关键技术,并为未来的无线技术发展贡献力量。 无线通信的世界日新月异,天线技术也在不断创新和突破。本书的完成,仅仅是一段探索旅程的开始。我们鼓励读者保持好奇心,持续学习,勇于实践,共同迎接更加智能、高效、便捷的无线未来。

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