現代天線設計(第2版)（簡體書）

本書是從一個設計師的角度為天線設計者和使用者需要而編寫的，主要講述了各類天線的設計原理和方法步驟。內容覆蓋了現代通信天線設計中所有的重要議題，包括：輻射結構和數值方法，口徑分佈和天線陣綜合，偶極子、槽天線、環天線和微帶貼片天線，高斯波束分析和波導喇叭天線，反射面天線，棱鏡天線，行波天線，頻率無關天線和相控陣。

譯 者 序
本書是首席工程師Milligan先生的作品，他是從一個天線設計師的角度為設計者和使用者編寫的。在內容和編寫方式上，這本書與常見的理論性天線專著和天線手冊都不同，它避開了複雜的數學分析，而是通過理論精煉獲得天線設計要點，側重於各類天線的基本原理、設計方法和設計步驟的闡述。另外，書中還提供了大量的可供設計師查詢的工程圖表和設計實例。
作者是一名專業的天線設計師，曾在洛克希德?馬丁航天系統公司專門從事微波天線的設計和分析，其設計的天線被用於美國航空航天局火星和金星探測任務。因此，作者在取材方面選取的是工程中經常要用到的內容，覆蓋了現代天線設計中的許多重要議題，同時也包含了一些天線設計的新方法。第二版中還增加了天線設計中所必需的數值計算方法，融合了作者天線教學課程中的內容。全書首先討論天線的基本概念，然後以每個特定的主題展開，全書共12章。第1章講述天線的一些基本概念和特性；第2章主要介紹天線工程中使用的各類數值方法，包含矩量法、物理光學、時域有限差分法等；第3章是天線陣列；第4章對各種口徑分佈以及陣列綜合做了詳細的闡述；第5章是偶極子、縫隙和環形天線，包括各種形式的巴侖；第6章是微帶天線；第7章是喇叭天線，包括高斯波束分析；第8章是反射面天線；第9章是透鏡天線，包括靴帶透鏡和倫伯透鏡；第10章是行波天線；第11章是非頻變天線，主要介紹工程中大量使用的各種形式的螺旋天線和對數週期天線；第12章是關於相控陣專題的論述。
由於本書側重於實際天線的設計，作者還討論了工程設計中遇到的天線安裝和利用周圍物體增強天線性能等問題。通過閱讀本書，天線設計者和使用者可根據自己的需求快速選定天線型式並給出約略尺寸，進而利用現有的電磁仿真軟件完成具體設計，這是該書的一個顯著特點，因此非常適合從事天線工程設計的人員和研究人員參考。
全書各章節的翻譯安排如下：前言、第1章、第3章、第4章和第9章由郭玉春翻譯，第2章由華軍、陳美良、盧新祥和郭玉春翻譯，第5～8章由張光生翻譯，第10章由方加雲翻譯，第11章和第12章由盧新祥翻譯。全書由詹毅和張建強校對，最後由郭玉春統一校閱。本書的翻譯出版得到了中國電子科技集團公司首席科學家楊小牛和通信信息控制與安全技術國家級重點實驗室的大力支持，在此表示衷心的感謝。
本書在書寫上非常口語化，翻譯過程中我們儘量保持了作者的寫作風格，同時也修正了一些錯誤。中譯本的圖示、符號形式及其正斜體等沿用了英文原版的寫作風格，特此說明，由於譯者理論水平有限，儘管經過仔細的校對，但還是難免存在錯漏和不妥之處，敬請讀者批評指正。

譯 者

目 錄
第1章 天線特性 1
1.1 天線的輻射 1
1.2 增益 3
1.3 有效面積 4
1.4 路徑損耗 4
1.5 雷達距離方程和散射截面 5
1.6 為何用天線 6
1.7 方向係數 7
1.8 方向係數估計 8
1.8.1 筆形波束 8
1.8.2 蝶形或全向方向圖 10
1.9 波束效率 12
1.10 輸入阻抗失配損耗 13
1.11 極化 14
1.11.1 圓極化分量 14
1.11.2 惠更斯源極化 16
1.11.3 各極化分量之間的關係 17
1.11.4 天線的極化響應 17
1.11.5 天線旋轉時的相位響應 19
1.11.6 部分增益 20
1.11.7 圓極化的幅度測量 20
1.12 矢量有效高度 20
1.13 天線因子 22
1.14 天線間的互耦 22
1.15 天線噪聲溫度 23
1.16 通信鏈路預算和雷達作用距離 26
1.17 多徑效應 28
1.18 地面傳播 28
1.19 多徑衰落 30
參考文獻 31
第2章 輻射結構和數值方法 32
2.1 輔助矢量勢 33
2.1.1 電流源輻射 33
2.1.2 磁流源輻射 37
2.2 口徑：惠更斯源近似 38
2.2.1 近場區和遠場區 41
2.2.2 惠更斯源 42
2.3 邊界條件 42
2.4 物理光學 43
2.4.1 給定電流的輻射場 44
2.4.2 物理光學應用 45
2.4.3 等效電流 47
2.4.4 電抗理論和互耦 48
2.5 矩量法 49
2.5.1 電抗理論的使用 49
2.5.2 廣義矩量法 50
2.5.3 細線矩量法代碼 51
2.5.4 表面和體矩量法代碼 51
2.5.5 矩量法模型舉例 52
2.6 時域有限差分法 54
2.6.1 實現 54
2.6.2 中心差分求導 54
2.6.3 麥克斯韋方程組的有限差分 55
2.6.4 時間步的穩定性 56
2.6.5 數值色散和穩定性 56
2.6.6 計算存儲和時間 57
2.6.7 激勵 57
2.6.8 波導喇叭算例 58
2.7 物理光學和幾何繞射理論 59
2.7.1 費馬原理 60
2.7.2 偶極子的H面方向圖 60
2.7.3 矩形喇叭的E面方向圖 62
2.7.4 矩形喇叭的H面方向圖 63
2.7.5 射線的幅度變化 63
2.7.6 穿過焦散面的附加相移 64
2.7.7 斯涅耳定理和反射 64
2.7.8 反射對極化的影響 65
2.7.9 曲面反射 65
2.7.10 射線追蹤 66
2.7.11 邊緣繞射 66
2.7.12 劈繞射 68
2.7.13 尖角繞射 68
2.7.14 等效電流 68
2.7.15 曲面繞射 69
參考文獻 69

第3章 陣列 71
3.1 兩元陣 72
3.2 N元線陣 75
3.3 漢森-伍德亞德端射陣 79
3.4 相控陣 79
3.5 柵瓣 81
3.6 多波束 81
3.7 平面陣 83
3.8 平面陣的柵瓣 84
3.9 互阻抗 86
3.10 掃描盲區和陣元方向圖 86
3.11 互耦的陣列饋電補償 87
3.12 陣增益 88
3.13 陣元指向任意的陣列 90
參考文獻 92
第4章 口徑分佈和陣列綜合 93
4.1 幅度漸削和相位誤差效率 93
4.1.1 可分離矩形口徑分佈 95
4.1.2 圓對稱分佈 95
4.2 簡單線源分佈 96
4.3 泰勒單變量線源分布 98
4.4 泰勒 線源分佈 100
4.5 邊緣為零的泰勒線源分佈 104
4.6 修正泰勒分佈和任意副瓣的埃利奧特法 106
4.7 貝利斯線源分佈 108
4.8 伍德沃德線源綜合 111
4.9 謝昆諾夫單位圓法 114
4.10 道爾夫-切比雪夫線陣 117
4.11 維爾納夫陣綜合 118
4.12 連續分佈的零點抽樣法 119
4.13 傅裡葉級數的賦形波束陣綜合 120
4.14 ORCHARD陣列綜合法 122
4.15 串饋陣和行波陣綜合 130
4.16 圓口徑 133
4.17 圓形高斯分佈 134
4.18 漢森單變量圓形分佈 135
4.19 泰勒圓口徑分佈 136
4.20 貝利斯圓口徑分佈 138
4.21 平面陣 140
4.22 平面陣的卷積技術 141
4.23 口徑遮擋 144
4.24 平方相位誤差 146
4.25 對稱圓口徑分佈的波束效率 148
參考文獻 149
第5章 偶極子、縫隙和環形天線 151
5.1 駐波電流 152
5.2 輻射電阻（電導） 153
5.3 巴比涅-布克原理 155
5.4 位於地平面上的偶極子 155
5.5 安裝在有限大地平面上的偶極子 157
5.6 交叉偶極子產生圓極化 161
5.7 超級旋轉場或蝙蝠翼天線 163
5.8 角形反射器 165
5.9 單極子 168
5.10 套筒天線 169
5.11 帶反射腔的偶極子天線 170
5.12 折合偶極子 172
5.13 並聯饋電 173
5.14 盤錐天線 173
5.15 巴侖 174
5.15.1 折疊式巴侖 175
5.15.2 套筒式或Bazooka巴侖 176
5.15.3 開槽同軸線巴侖 177
5.15.4 半波長巴侖 177
5.15.5 燭臺形巴侖 178
5.15.6 鐵氧體芯巴侖 178
5.15.7 燭臺形鐵氧體巴侖 179
5.15.8 變換器巴侖 179
5.15.9 同軸線漸變錐削式巴侖 179
5.15.10 天然巴侖 180
5.16 小環 180
5.17 ALFORD環 181
5.18 諧振環 182
5.19 四臂螺旋 182
5.20 帶背腔的縫隙 184
5.21 帶狀線串聯縫隙 184
5.22 淺腔體的十字縫隙天線 186
5.23 波導饋電的縫隙 187
5.24 矩形波導壁上的縫隙 187
5.25 圓形波導縫隙 191
5.26 波導縫隙陣列 192
5.26.1 非諧振陣列 193
5.26.2 諧振陣列 195
5.26.3 改進的設計方法 195
參考文獻 196
第6章 微帶天線 199
6.1 微帶天線方向圖 200
6.2 微帶貼片帶寬和表面波效率 203
6.3 矩形微帶貼片天線 209
6.4 四分之一波長貼片天線 215
6.5 圓形微帶貼片 218
6.6 圓極化貼片天線 220
6.7 緊縮型貼片 222
6.8 直接饋電的層疊型貼片 224
6.9 孔縫耦合層疊型貼片 226
6.10 貼片天線饋電網絡 228
6.11 串饋陣 229
6.12 微帶偶極子 230
6.13 微帶福蘭克林陣 231
6.14 微帶天線的機械特性 232
參考文獻 232
第7章 喇叭天線 235
7.1 矩形喇叭（錐形） 236
7.1.1 波束寬度 237
7.1.2 最佳矩形喇叭 239
7.1.3 按給定的波束寬度進行設計 242
7.1.4 相位中心 242
7.2 圓形口徑喇叭 243
7.2.1 波束寬度 245
7.2.2 相位中心 246
7.3 圓形（圓錐）波紋喇叭 247
7.3.1 標量喇叭 249
7.3.2 波紋的設計 250
7.3.3 塞形喇叭 250
7.3.4 矩形波紋喇叭 251
7.4 波紋地面 251
7.5 高斯波束 253
7.6 脊波導喇叭 256
7.7 盒形喇叭 260
7.8 T形棒饋電的縫隙天線 262
7.9 多模圓形喇叭 263
7.10 雙錐喇叭 263
參考文獻 264
第8章 反射面天線 266
8.1 拋物反射面的幾何 266
8.2 拋物反射面天線的口徑分佈損失 268
8.3 溢漏的近似和幅度漸變的折中 270
8.4 相位誤差損耗和軸向散焦 271
8.5 像散 273
8.6 饋源掃描 273
8.7 隨機相位誤差 276
8.8 焦平面的場 278
8.9 反射面引起的饋源失配 279
8.10 前後比 280
8.11 偏饋反射面天線 281
8.12 圓錐曲面的反射 285
8.13 雙反射面天線 287
8.13.1 饋源遮擋 288
8.13.2 繞射損失 289
8.13.3 卡塞格倫天線的公差 291
8.14 饋源和副反射面支撐杆的輻射 292
8.15 雙反射面天線的G/T（增益/噪聲溫度） 296
8.16 偏軸雙反射面天線 296
8.17 偏饋雙反射面天線 299
8.18 喇叭反射面天線和Dragonian雙反射面天線 300
8.19 球形反射面天線 302
8.20 賦形反射面天線 304
8.20.1 柱形反射面天線的綜合 305
8.20.2 圓對稱反射面天線的綜合 305
8.20.3 形成賦形波束的雙曲反射面天線 308
8.20.4 雙賦形反射面天線 309
8.21 賦形和多波束反射面天線的優化綜合 311
參考文獻 312
第9章 透鏡天線 316
9.1 單面透鏡 316
9.2 分區透鏡 318
9.3 一般兩表面透鏡 321
9.4 單面或相切透鏡 324
9.5 金屬平板透鏡 325
9.6 表面失配和介質損耗 327
9.7 雙曲透鏡的饋源掃描 328
9.8 雙表面透鏡 329
9.8.1 無彗星差軸對稱介質透鏡 32