具体描述
本书是第一部系统论述超宽带（UWB）天线的专著。主要讲述圆锥天线、V 锥天线、TEM喇叭天线、对数周期天线、螺旋天线、波纹喇叭天线、微带天线、新型天线以及电小天线。给出了电小天线的传输线模型；借助于椭圆锥天线和椭圆V锥天线等普遍化模型，给出了圆锥天线、V锥天线、TEM喇叭天线、对数周期天线、螺旋天线等超宽带天线结构上的演变关系；首次使UWB 天线理论系统化，有助于深刻理解和设计性能优良的UWB天线。
本书的读者对象主要是从事UWB通信、UWB雷达、UWB电磁学和UWB天线研究的学者和从事UWB系统设计的工程技术人员，还可以作为高等学校相关专业的博士生和硕士生的参考书。
《天线设计实用指南》 内容简介 本书旨在为从事无线通信系统设计、射频工程以及相关技术研究的专业人士提供一本全面、实用的天线设计参考手册。本书的核心目标是打破理论与实践之间的壁垒，通过深入浅出的讲解和丰富的实例，帮助读者掌握各种主流天线类型的原理、设计方法、仿真技巧以及实际应用中的关键考量。我们力求提供一套系统性的知识体系，使读者能够独立完成从概念构思到最终优化的天线设计流程，并理解不同应用场景下天线选择与优化的策略。 第一部分：天线基础理论与关键参数 在深入探讨具体天线类型之前，本书首先系统回顾了天线工程所必需的基础理论知识。我们将从电磁波的传播特性出发，阐述天线作为能量辐射与接收器件的本质。 电磁波基础： 详细介绍麦克斯韦方程组在天线理论中的应用，以及电磁场的产生、传播和相互作用。重点讲解了标量和矢量势的概念，以及在天线分析中它们的作用。 天线基本参数： 逐一解析天线的核心性能指标，并给出它们在实际应用中的意义。 辐射方向图 (Radiation Pattern): 深入剖析近场和远场辐射方向图的含义，包括主瓣、副瓣、零点、旁瓣电平等。讲解了三维方向图、二维切片方向图的表示方法，以及如何根据应用需求（如全向、定向、波束形成）来选择和设计天线以获得理想的方向图。 增益 (Gain) 与方向性 (Directivity): 区分增益与方向性的概念，详细解释了它们与输入功率、辐射效率的关系。通过图示和算例，说明了高增益天线如何将能量集中在特定方向，以及在通信链路预算中的重要性。 辐射效率 (Radiation Efficiency): 探讨了导致天线效率低下的损耗因素，包括介质损耗、导体损耗和失配损耗，并介绍了提高效率的常见手段。 输入阻抗 (Input Impedance) 与电压驻波比 (VSWR): 详细解释了输入阻抗与传输线阻抗匹配的概念，以及VSWR作为阻抗匹配优劣的度量标准。讲解了阻抗匹配网络的原理与设计，以及如何通过阻抗匹配来最大化天线从馈源吸收的功率。 极化 (Polarization): 区分了线极化、圆极化和椭圆极化，并解释了在不同通信系统（如雷达、卫星通信、移动通信）中选择特定极化的原因，以及极化匹配对链路性能的影响。 带宽 (Bandwidth): 详细定义了不同带宽衡量标准（如VSWR带宽、增益带宽、阻抗带宽），并分析了影响天线带宽的物理因素，如天线结构、材料特性等。 第二部分：主流天线类型详解与设计实践 本部分将系统介绍当前无线通信领域中最常用、最关键的各类天线，并结合实际设计流程，提供详细的设计指南和技巧。 基本天线单元： 偶极子天线 (Dipole Antenna): 从最基本的半波长偶极子出发，深入讲解了其辐射特性、阻抗特性以及长度、形状对性能的影响。涵盖了短偶极子、长偶极子等变种。 单极子天线 (Monopole Antenna): 介绍单极子天线的工作原理，尤其是在地平面上的工作特性。重点讲解了接地面的设计对其性能的影响。 环形天线 (Loop Antenna): 探讨了小环天线和大环天线的区别及其辐射特性。分析了在短波通信等领域中的应用。 线状天线与阵列： 八木-宇田天线 (Yagi-Uda Antenna): 详细阐述了八木-宇田天线的构成（振子、反射器、引向器），并深入分析了各单元长度、间距对方向图和增益的影响。提供了设计优化实例。 偶极子阵列 (Dipole Arrays): 介绍了直线阵列、平面阵列等基本阵列结构，以及如何通过单元数量、间距和馈电相位来控制波束指向和方向图形状，为波束形成技术奠定基础。 微带天线 (Microstrip Antenna) / 贴片天线 (Patch Antenna): 基本原理与结构： 深入剖析了微带天线的构成（介质基板、金属贴片、接地平面）以及其工作机理。 不同贴片形状设计： 详细介绍了矩形、圆形、三角形等不同形状贴片天线的公式和设计流程，以及它们在频率、带宽、极化等方面的特性差异。 馈电方式： 详细讲解了边缘馈电、探针馈电、微带线耦合馈电等常见馈电方式，并分析了不同馈电方式对输入阻抗和工作模式的影响。 带宽增强技术： 重点介绍了契形贴片、槽孔贴片、多层贴片、堆叠贴片以及加载技术等提高微带天线工作带宽的方法。 极化设计： 讲解了单极化、双极化（正交极化）贴片天线的设计方法，以及如何通过改变贴片形状、馈电方式或添加贴片来实现。 喇叭天线 (Horn Antenna): 基本类型与结构： 介绍了矩形喇叭、角形喇叭、锥形喇叭等基本结构，以及波导与喇叭的连接方式。 增益与带宽特性： 分析了喇叭口尺寸、喉口尺寸、锥角等参数对增益、方向图和带宽的影响。 应用场景： 阐述了喇叭天线在微波和毫米波通信、雷达、测量等领域的广泛应用。 缝隙天线 (Slot Antenna): 工作原理与互易性： 讲解了缝隙天线与偶极子天线的互易性原理，以及其辐射特性。 不同结构缝隙天线： 介绍了矩形缝隙、环形缝隙、定向缝隙等结构，以及它们在不同应用中的优势。 其他重要天线类型（概述与应用）： 螺旋天线 (Spiral Antenna): 介绍其圆极化特性和宽带性能，以及在雷达和电子战中的应用。 印刷天线 (Printed Antenna): 简要提及了其他印刷天线形式，如Vivaldi天线、对数周期天线等，以及它们在宽带、高频段的应用。 第三部分：天线仿真与优化工具 仿真在现代天线设计中扮演着至关重要的角色。本部分将介绍主流的电磁仿真软件，并分享如何在仿真环境中高效地进行天线设计、参数提取和性能评估。 常用仿真软件介绍： 重点介绍HFSS (High Frequency Structure Simulator) 和CST (Computer Simulation Technology) 等在天线设计领域广泛应用的软件。 建模与网格剖分： 讲解如何精确地构建天线的三维模型，以及网格剖分策略对仿真结果精度和速度的影响。 求解器选择与边界条件设定： 介绍不同求解器（如时域求解器、频域求解器）的适用场景，以及如何正确设置激励源、端口和仿真边界条件。 仿真结果分析： 详细解析仿真输出报告中的各项关键参数（如S参数、辐射方向图、增益、效率、阻抗等），并讲解如何解读和评估仿真结果。 参数扫描与优化： 介绍如何利用仿真软件的参数扫描和优化功能，系统地调整天线结构参数，以达到预期的性能指标。 模型验证： 强调了仿真结果与实际测量结果进行对比验证的重要性。 第四部分：天线设计中的实际工程考量 理论设计与实际制造、应用之间存在诸多工程上的挑战。本部分将关注天线设计过程中的实际工程问题。 材料选择： 讨论了介质基板、导体材料、吸波材料等在天线设计中的作用，以及它们的电性能、介电常数、损耗等参数对天线性能的影响。 制造公差与灵敏度分析： 探讨了制造公差对天线性能的影响，并介绍如何进行灵敏度分析，以确定关键设计参数的容差范围。 集成与安装： 讲解了天线在实际系统中的集成问题，包括与PCB板、外壳、馈线等的连接，以及安装位置对辐射性能的影响。 热设计与可靠性： 讨论了高功率天线或恶劣环境下的热设计考虑，以及天线的机械结构和可靠性设计。 电磁兼容性 (EMC)： 简要介绍天线设计中需要考虑的EMC问题，如杂散辐射、抗干扰能力等。 第五部分：现代天线技术发展趋势与应用 在对基础与实践进行深入剖析的同时，本书还将展望天线技术的前沿发展，帮助读者了解未来的技术方向。 可重构天线 (Reconfigurable Antennas): 介绍利用开关、变容二极管等器件实现天线参数（如频率、极化、方向图）动态调整的技术，及其在智能通信中的潜力。 智能天线 (Smart Antennas) 与波束赋形： 深入阐述阵列天线结合信号处理技术实现波束赋形（Beamforming）的原理，以及其在提高信噪比、抑制干扰、实现空间复用等方面的优势。 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 天线系统： 介绍MIMO系统的基本原理，以及天线在MIMO系统中如何实现空间分集和空间复用，提高数据传输速率和链路可靠性。 超材料天线 (Metamaterial Antennas): 简要介绍超材料作为新型天线单元的潜力，以及其在实现紧凑化、宽带化、新型功能化天线方面的可能性。 其他前沿方向： 如生物兼容天线、能量收集天线、天线阵列的协同设计等。 目标读者： 本书适用于电子工程、通信工程、电磁场与微波技术等专业的本科生、研究生，以及在无线通信、雷达、卫星通信、物联网、射频识别 (RFID) 等领域从事研发、设计的工程师、技术人员和研究人员。 学习目标： 通过阅读本书，读者将能够： 1. 深刻理解天线的基本工作原理及其关键性能参数。 2. 掌握各类主流天线的结构特点、设计流程与优化方法。 3. 熟练运用电磁仿真软件进行天线设计与分析。 4. 识别并解决天线设计中的实际工程问题。 5. 了解天线技术的前沿发展方向及其应用前景。 本书力求成为一本集理论深度、实践指导和前瞻视野于一体的实用型天线设计参考书，为读者在日新月异的无线通信技术领域打下坚实的基础。
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