天線與電波傳播

本版是在原書第一版的基礎上修訂而成的。這次修訂新增了兩章內容，調整了一章內容。

本書圍繞天線與電波傳播兩大內容展開。全書共 14 章。前9章為天線部分，各章內容分別為：天線基礎知識、簡單線天線、行波天線、非頻變天線、縫隙天線與微帶天線、手機天線、測向天線、面天線、新型天線；后5章為電波傳播部分，各章內容分別為：電波傳播的基礎知識、地面波傳播、天波傳播、視距傳播、地面移動通信中接收場強的預測。各章均配有適量的習題。

本書力求兼顧信息量大、行文簡潔的特點，追蹤當前熱點技術及應用。

書中的大量圖表體現了MATLAB在天線與電波傳播領域中的有效應用，附錄給出了典型的MATLAB程序，個別章節還介紹了專業的天線分析軟體的應用實例。

本書的適用對象為電子工程、通信工程專業的大學本科學生，也可供其他專業選用以及通信和天線工程技術人員參考。

為配合教與學，與本教材配套的輔助教材《〈天線與電波傳播（第二版）〉學習指導——題解與CAD》同時出版，供教師和學生選用。

為了充分利用多媒體教學手段，本教材配有多媒體課件，需要者可來函向出版社索取。

緒論 1

第1章 天線基礎知識 3

1.1 基本振子的輻射 3

1.1.1 電基本振子的輻射 3

1.1.2 磁基本振子的輻射 6

1.2 發射天線的電參數 7

1.2.1 方向函數 8

1.2.2 方向圖 8

1.2.3 方向圖參數 9

1.2.4 方向係數 10

1.2.5 天線效率 12

1.2.6 增益係數 12

1.2.7 天線的極化 13

1.2.8 有效長度 14

1.2.9 輸入阻抗與輻射阻抗 15

1.2.10 頻帶寬度 16

1.3 互易定理與接收天線的電參數 16

1.3.1 互易定理 16

1.3.2 有效接收面積 17

1.3.3 等效雜訊溫度 18

1.4 對稱振子 19

1.4.1 電流分佈 20

1.4.2 對稱振子的輻射場 20

1.4.3 對稱振子的輸入阻抗 23

1.5 天線陣的方向性 25

1.5.1 二元陣的方向性 25

1.5.2 均勻直線陣 31

1.6 對稱振子陣的阻抗特性 38

1.6.1 二元陣的阻抗 38

1.6.2 直線陣的阻抗 43

1.7 無限大理想導電反射面對天線電性能的影響 44

1.7.1 天線的鏡像 44

1.7.2 無限大理想導電反射面對天線電性能的影響 45

習題一 47

第2章 簡單線天線 53

2.1 水平對稱天線 53

2.1.1 雙極天線 53

2.1.2 籠形天線 60

2.1.3 V形對稱振子 61

2.1.4 電視發射天線 63

2.2 直立天線 66

2.2.1 鞭狀天線 66

2.2.2 T形天線、Γ形天線及斜天線 71

2.2.3 螺旋鞭天線 74

2.2.4 中饋鞭狀天線 75

2.2.5 寬頻帶直立天線 77

2.3 環形天線 80

2.3.1 小環天線 80

2.3.2 電流非均勻分佈的大環天線 82

2.3.3 載入圓環天線 87

2.4 引向天線與背射天線 88

2.4.1 引向天線的工作原理 89

2.4.2 引向天線的電特性 94

2.4.3 半波摺合振子 97

2.4.4 平衡器——對稱天線的饋電 99

2.4.5 環形元引向天線 102

2.4.6 背射（返射）天線概述 103

習題二 104

第3章 行波天線 106

3.1 行波單導線及菱形天線 106

3.1.1 行波單導線 106

3.1.2 菱形天線 108

3.1.3 行波V形天線(TravelingWave Vee Antenna) 112

3.1.4 低架行波天線 113

3.2 螺旋天線 115

3.2.1 圓極化波及其應用 115

3.2.2 螺旋天線的工作原理 116

3.2.3 螺旋天線的電參數估算 118

習題三 120

第4章 非頻變天線 121

4.1 非頻變天線的基本概念 121

4.2 平面等角螺旋天線 122

4.2.1 平面等角螺旋天線的結構和工作原理 122

4.2.2 平面等角螺旋天線的電性能 123

4.3 阿基米德螺旋天線 124

4.4 對數周期天線 125

4.4.1 對數周期振子陣天線的結構 125

4.4.2 對數周期振子陣天線的工作原理 126

4.4.3 對數周期振子陣天線的電特性 129

4.4.4 對數周期振子陣天線的實際結構與應用 133

4.4.5 其它形式的對數周期天線 134

習題四 136

第5章 縫隙天線與微帶天線 137

5.1 縫隙天線 137

5.1.1 理想縫隙天線 137

5.1.2 縫隙天線 139

5.1.3 縫隙天線陣 142

5.2 微帶天線 144

5.2.1 矩形微帶天線 145

5.2.2 雙頻微帶天線(DuelBand Microstrip Antenna) 148

習題五 150

第6章 手機天線 151

6.1 我國移動通信現狀 151

6.2 手機天線 152

6.2.1 背景 152

6.2.2 外置式天線 153

6.2.3 內置式天線 156

6.2.4 手機天線的發展前景 165

習題六 166

第7章 測向天線 167

7.1 概述 167

7.2 環形測向天線 168

7.2.1 單環天線 168

7.2.2 複合環天線 170

7.2.3 間隔雙環天線 170

7.3 愛德考克天線 171

7.4 沃森—瓦特正交天線 172

7.5 角度計天線 173

7.6 銳方向天線 175

7.6.1 均勻直線陣等分兩組后的和差方向特性 175

7.6.2 烏蘭韋伯爾天線 177

習題七 178

第8章 面天線 179

8.1 等效原理與惠更斯元的輻射 179

8.2 平面口徑的輻射 181

8.2.1 一般計算公式 181

8.2.2 同相平面口徑的輻射 183

8.2.3 同相平面口徑方向圖參數 185

8.2.4 相位偏移對口徑輻射場的影響 187

8.3 喇叭天線 188

8.3.1 矩形喇叭天線的口徑場與方向圖 189

8.3.2 圓錐喇叭 192

8.3.3 饋源喇叭 193

8.4 旋轉拋物面天線 195

8.4.1 幾何特性與工作原理 195

8.4.2 拋物面天線的口徑場 197

8.4.3 拋物面天線的輻射場 198

8.4.4 拋物面天線的方向係數和增益係數 200

8.4.5 拋物面天線的饋源 201

8.4.6 拋物面天線的偏焦及應用 201

8.5 卡塞格倫天線 202

8.6 喇叭拋物面天線 203

習題八 204

第9章 新型天線 206

9.1 智能天線 206

9.1.1 智能天線的基本原理 207

9.1.2 自適應數字波束形成 208

9.1.3 多波束天線 209

9.2 光子晶體天線 210

9.2.1 光子晶體的基本概念 210

9.2.2 光子晶體天線的結構及類型 211

9.3 等離子體天線 213

9.3.1 等離子體簡介 213

9.3.2 等離子體天線的發展簡史與工作原理 214

9.3.3 等離子體天線的優點 216

9.3.4 展望 216

習題九 216

第10章 電波傳播的基礎知識 217

10.1 概述 217

10.1.1 電磁波譜 217

10.1.2 幾種主要的電波傳播方式 218

10.2 自由空間電波傳播 219

10.3 電波傳播的菲涅爾區 222

習題十 224

第11章 地面波傳播 226

11.1 地球表面電特性 226

11.2 地面波的傳播特性 227

11.2.1 波前傾斜現象 228

11.2.2 地面波傳播的場分量 229

11.2.3 地面波傳播特性 230

11.3 地面波場強的計算 231

11.4 地面不均勻性對地面波傳播的影響 233

習題十一 234

第12章 天波傳播 236

12.1 電離層概況 236

12.1.1 電離層的結構特點 236

12.1.2 電離層的變化規律 238

12.1.3 電離層的等效電參數 241

12.2 無線電波在電離層中的傳播 242

12.2.1 反射條件 242

12.2.2 電離層的吸收 245

12.3 短波天波傳播 246

12.3.1 傳輸模式 246

12.3.2 短波天波傳播工作頻率的選擇 247

12.3.3 短波天波傳播的幾個主要問題 248

12.3.4 傳輸損耗的估算 252

12.3.5 短波天波傳播的特點 254

12.4 中波天波傳播的介紹 254

習題十二 255

第13章 視距傳播 257

13.1 地面對視距傳播的影響 257

13.1.1 光滑平面地情況 257

13.1.2 光滑球面地情況 262

13.2 對流層大氣對視距傳播的影響 264

13.2.1 電波在對流層中的折射 264

13.2.2 大氣衰減(Attenuation by Atmospheric Gases) 267

習題十三 267

第14章 地面移動通信中接收場強的預測 269

14.1 地面移動通信中電波傳播的基本特點及其研究方法 269

14.2 Okumura預測方法 270

14.2.1 場強測試情況和數據處理方法 270

14.2.2 傳播路徑分類 270

14.2.3 准平坦地形市區場強中值曲線 271

14.2.4 准平坦地形市區相對於自由空間的基本傳輸損耗中值曲線 273

14.2.5 各種校正因子 274

14.2.6 Hata公式 280

14.3 GB/T 14617.1—93預測方法 280

習題十四 282

附錄 典型的MATLAB程序 283

參考文獻 287