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第1章 电子战天线系统引论1

1.1引言1

1.2发射系统2

1.3接收系统2

1.4典型的天线系统3

1.4.1线天线3

1.4.2面天线5

1.4.3天线阵6

1.4.4频率无关天线7

1.4.5微带贴片天线8

1.4.6分形天线9

1.4.7遗传设计的天线9

1.4.8有源天线10

1.5结语11

参考文献11

第一部分 天线基础14

第2章 电磁辐射原理14

2.1引言14

2.2坐标系统15

2.3电磁波15

2.4矢量场16

2.4.1散度定理17

2.4.2电场和电通量18

2.4.3法定关系18

2.5麦克斯韦方程19

2.5.1麦克斯韦推广的包含位移电流的安培定律20

2.5.2法拉第感应定律21

2.5.3高斯电定律22

2.5.4高斯磁定律22

2.6电磁波传播23

2.6.1波动方程23

2.6.2偶极子天线产生的电磁波25

2.6.3时变谐波场25

2.6.4辐射功率通量27

2.7用矢量的势函数确定天线的辐射场31

2.7.1矢量势和标量势32

2.8天线辐射场33

2.8.1辐射原理33

2.8.2电流元34

2.9闭合场线的辐射36

2.10电磁波小结38

2.11结语39

参考文献40

第3章 天线的基本性能41

3.1引言41

3.2天线原理基础42

3.2.1天线参数定义42

3.2.2辐射方向图44

3.2.3天线辐射的平均功率44

3.2.4方向性45

3.2.5天线阻抗46

3.2.6发射天线47

3.2.7接收天线49

3.2.8天线互易50

3.2.9天线损耗电阻51

3.2.10天线效率53

3.2.11天线增益54

3.2.12天线极化55

3.2.13天线有效面积58

3.2.14天线有效高度60

3.2.15天线谐振和带宽61

3.2.16辐射方向图64

3.2.17天线Q值64

3.3宽带天线66

3.3.1电阻加载66

3.4微元辐射67

3.4.1引言67

3.4.2偶极子微元68

3.4.3环路微元78

3.4.4微元天线阻抗84

3.5理想导电地面上的架高天线85

3.5.1理想导电平面上的水平电流元89

3.5.2车载架高的通信系统天线89

3.6桅杆和电缆对架高天线的效应90

3.7线天线91

3.8结语93

参考文献93

附录3A劳伦兹互易定理96

参考文献103

第4章 传输线104

4.1引言104

4.2传输线的特性104

4.2.1速度因子107

4.2.2特性阻抗108

4.2.3横电磁波的传输108

4.2.4无损耗传输线109

4.2.5有损耗传输线112

4.2.6驻波115

4.2.7 T矩阵116

4.3端接的传输线117

4.3.1有限长的线119

4.3.2线的端接119

4.4波导122

4.4.1波的特性125

4.4.2理想波导中的横电波和横磁波128

4.4.3理想的矩形波导129

4.4.4矩形波导的横电波和横磁波参数132

4.4.5横电磁波模式133

4.4.6圆波导134

4.4.7波导小结136

4.5传输线电缆137

4.5.1同轴电缆138

4.5.2双线142

4.5.3微带线143

4.6结语147

参考文献147

第二部分 天线系统150

第5章 偶极子天线150

5.1引言150

5.2偶极子150

5.2.1短偶极子153

5.2.2有限长偶极子天线156

5.2.3半波偶极子164

5.2.4天线长度167

5.3折叠偶极子168

5.3.1折叠偶极子的性质168

5.3.2应用171

5.4带套偶极子171

5.5袖筒偶极子172

5.6结语174

参考文献174

第6章 单极子天线176

6.1引言176

6.2垂直单极子177

6.2.1垂直单极子的辐射方向图178

6.2.2 1/4波长垂直单极子180

6.2.3 1/2波长垂直单极子181

6.2.4短垂直单极子182

6.2.5垂直单极子的馈点阻抗182

6.2.6垂直单极子的辐射电阻184

6.2.7架高的垂直单极子185

6.2.8顶端加载188

6.3地平面188

6.3.1均匀的地平面190

6.3.2非均匀的地平面192

6.4倒L和倒F天线194

6.5折叠的单极子195

6.6锥/双锥/盘锥天线197

6.6.1盘锥天线197

6.7袖筒单极子天线201

6.8螺线天线207

6.8.1法向模式的螺线207

6.8.2轴向模式的螺线207

6.8.3盘旋螺线天线211

6.9结语211

参考文献212

第7章 环路天线213

7.1引言213

7.2小环路天线214

7.3环路天线的一般特性215

7.3.1感应电压是磁场的函数218

7.3.2感应电压是电场的函数219

7.3.3辐射方向图220

7.4铁氧体棒环路天线220

7.4.1铁氧体棒的Q值222

7.4.2辐射电阻222

7.5环路天线的等效电路225

7.5.1分布电容225

7.5.2辐射电阻226

7.5.3环路电感Lw226

7.5.4电阻引入的损耗227

7.5.5环路电感230

7.5.6调谐电容231

7.6环路天线的极化232

7.7大环路天线232

7.7.1大环路的特性232

7.8结语233

参考文献234

第8章 行波天线235

8.1介绍235

8.2贝佛里日天线236

8.3行波天线终端244

8.3.1双线传输线244

8.3.2单线传输线244

8.4 V形行波天线245

8.5菱形天线247

8.5.1半菱形248

8.6结语250

参考文献250

第9章 天线阵251

9.1引言251

9.2一般阵列的方向图252

9.2.1阵因子254

9.2.2阵列方向图254

9.3直线阵255

9.3.1 M元均匀线阵255

9.4圆阵263

9.4.1 M元均匀圆阵263

9.5平面阵265

9.6有源阵268

9.6.1收/发模块268

9.6.2馈电网络269

9.6.3中频波束形成270

9.6.4基带波束形成270

9.6.5射频波束形成270

9.7互耦和互阻抗271

9.7.1互阻抗273

9.8确定天线或阵列的输入阻抗的替代技术279

9.8.1天线阵280

9.8.2带电流源的天线阵的公式281

9.8.3天线导纳和阻抗282

9.8.4小结283

9.9结语283

参考文献283

第10章 天线阵的电子战应用285

10.1引言285

10.2圆阵285

10.2.1圆形布局的天线阵285

10.2.2 Adcock天线阵287

10.2.3干涉仪测向289

10.2.4伪多普勒测向293

10.3巴特勒矩阵296

10.4波束形成297

10.4.1阵列处理方位估计297

10.4.2波束形成299

10.4.3子空间法300

10.4.4全电磁天线阵300

10.5测向用的单脉冲接收机303

10.5.1单脉冲比幅接收机304

10.5.2测角标准差与信噪比的近似关系320

10.5.3单脉冲比幅与单脉冲比相的对比322

10.5.4未分辨的目标323

10.5.5小结324

10.6结语325

参考文献325

第11章 八木天线329

11.1引言329

11.2八木偶极天线330

11.2.1寄生阵元331

11.2.2八木天线的特性332

11.2.3辐射方向图333

11.2.4增益334

11.2.5馈电网络334

11.2.6带宽和阻抗336

11.2.7主梁长度337

11.3八木环路阵343

11.4八木单极子阵347

11.5结语348

参考文献348

第12章 频率无关电子战天线350

12.1引言350

12.2对数周期天线351

12.3对数周期偶极子阵351

12.3.1对数周期偶极子天线的工作352

12.3.2对数周期偶极子阵的基本参数356

12.3.3馈电安排357

12.3.4修正后的活动区358

12.3.5偶极子的馈电设计360

12.3.6设计步骤362

12.4对数周期单极子阵364

12.4.1设计步骤367

12.5阿基米德螺旋天线367

12.5.1工作原理367

12.6对数周期螺旋天线370

12.6.1工作原理371

12.6.2自补型对数周期槽缝天线371

12.7双臂线锥阿基米德螺旋天线373

12.7.1工作原理375

12.7.2结果375

12.7.3小结377

12.8结语377

参考文献378

第13章 面天线379

13.1引言379

13.2线口径379

13.2.1均匀分布380

13.2.2半余弦分布380

13.2.3一般幅度分布383

13.3面口径383

13.3.1矩形口径的均匀分布384

13.3.2矩形口径的余弦分布385

13.3.3圆口径的均匀分布386

13.3.4增益386

13.4开口矩形波导387

13.5喇叭天线390

13.5.1喇叭天线的类型390

13.5.2喇叭天线的增益391

13.5.3喇叭天线的辐射场392

13.5.4喇叭天线的馈电技术392

13.6抛物面天线394

13.6.1抛物面天线的工作原理396

13.6.2抛物面天线的增益398

13.6.3结构399

13.6.4天线的功率增益方向图401

13.7结语404

参考文献405

第14章 电小电子战天线406

14.1引言406

14.2天线的小型化问题407

14.2.1带宽缩减408

14.2.2阻抗失配408

14.2.3增益降低409

14.2.4线天线的线径效应409

14.3电小天线的Q值和效率409

14.4集总元件加载天线415

14.4.1电感加载415

14.4.2电阻加载415

14.4.3电容加载415

14.5材料加载天线416

14.5.1材料加载416

14.5.2左手材料418

14.6有源接收天线系统421

14.6.1采用非福斯特元件的小天线匹配423

14.7有源发射天线428

14.7.1发射天线429

14.7.2匹配发射天线429

14.7.3小结431

14.8噪声压制有源高频天线432

14.8.1高阶统计432

14.8.2高频波段的信号436

14.8.3高频波段的噪声源437

14.8.4小结441

14.9结语442

参考文献443

第15章 贴片天线446

15.1引言446

15.2优点和缺点447

15.2.1贴片天线的优点447

15.2.2贴片天线的缺点449

15.3贴片天线的物理特性450

15.4贴片天线的电特性450

15.4.1频率451

15.4.2介质介电常数452

15.4.3介质厚度452

15.4.4贴片大小453

15.4.5贴片效率453

15.4.6贴片带宽454

15.5贴片天线分析454

15.6辐射方向图457

15.6.1贴片单元的远场方向图457

15.7馈电技术460

15.7.1微带线馈电460

15.7.2同轴馈电461

15.7.3口径耦合馈电463

15.7.4邻近耦合馈电464

15.8贴片天线模型466

15.8.1传输线模型466

15.8.2腔体模型467

15.9贴片天线的设计步骤468

15.9.1单元宽度468

15.9.2辐射方向图468

15.9.3槽缝电纳469

15.9.4输入导纳469

15.9.5辐射阻抗469

15.9.6探针位置469

15.9.7品质因子和损耗470

15.9.8天线效率470

15.9.9带宽471

15.9.10方向性和增益471

15.9.11波束宽度471

15.10结语471

参考文献472

第16章 贴片天线在电子战中的应用474

16.1引言474

16.2单个微带贴片天线的带宽拓展技术474

16.2.1 Q因子475

16.2.2电介质476

16.2.3阻抗匹配478

16.2.4槽缝贴片478

16.2.5介质和地板之间的可调气隙478

16.3寄生贴片480

16.3.1共面带线483

16.4贴片天线阵484

16.4.1驱动单元485

16.4.2对数周期结构486

16.5微带阵列馈电技术492

16.5.1串馈：波束形成493

16.5.2团馈493

16.6贴片阵中的互耦495

16.6.1贴片阵的远场方向图499

16.6.2小结500

16.7结语501

参考文献502

第17章 自适应电子战天线阵504

17.1引言504

17.2自适应天线阵505

17.2.1一般特性505

17.2.2窄带信号510

17.2.3宽带信号512

17.2.4固定的和自适应的波束形成513

17.2.5与数据无关的波束形成513

17.2.6与数据相关的波束形成514

17.3窄带波束形成516

17.4常规波束形成517

17.5标准的凯蓬波束形成520

17.5.1讨论525

17.6鲁棒的凯蓬波束形成525

17.6.1对角加载525

17.6.2基于广义线性组合的鲁棒波束形成526

17.6.3特征值分解方法529

17.6.4基于子空间的波束形成531

17.6.5模约束的凯蓬波束形成537

17.7数字波束形成541

17.7.1波束形成中的快速傅里叶变换544

17.8自适应发射阵546

17.8.1波束控制547

17.8.2波束宽度是扫描角的函数549

17.9结语550

参考文献550

附录17A维纳滤波器556

17A.1引言556

17A.2基本原理557

17A.2.1正交性557

17A.2.2维纳-霍普夫方程558

17A.2.3维纳-霍普夫方程的矩阵形式559

17A.2.4相关矩阵的特征值和特征矢量560

17A.3在天线阵中的应用561

17A.3.1线性约束下的最小方差波束形成561

17A.3.2再看线性约束条件下的最小方差波束形成562

17A.3.3常规波束形成器563

17A.3.4 MUSIC波束形成564

17A.3.5最小方差无失真响应波束形成564

17A.4结语564

第18章 分形天线565

18.1引言565

18.2分形565

18.3分形天线567

18.3.1用分形做线天线单元567

18.4分形环路天线568

18.4.1谐振环路天线的小型化568

18.4.2增加小环路天线的输入阻抗570

18.5分形偶极子天线572

18.6科奇分形单极子573

18.6.1科奇单极子574

18.6.2迭代函数系统算法576

18.6.3谐振频率577

18.6.4输入阻抗579

18.6.5电流分布580

18.6.6辐射方向图580

18.6.7质量因子和带宽582

18.6.8多频带特性584

18.6.9辐射效率584

18.6.10应用585

18.7萨聘斯基垫片分形天线585

18.8结语586

参考文献587

第19章 遗传设计的天线589

19.1引言589

19.2遗传算法590

19.2.1遗传算法的介绍590

19.2.2有关遗传算法590

19.2.3小结594

19.2.4遗传算法天线设计594

19.3采用遗传算法的折线天线设计596

19.4宽带加载单极子的设计598

19.4.1加载单极子的常规设计599

19.4.2加载单极子的遗传算法设计599

19.4.3两种设计方法的比较600

19.5模拟的退火601

19.5.1解的表示和生成602

19.5.2模拟的退火之例604

19.6结语610

参考文献610

第三部分 天线相关专题614

第20章 天线匹配614

20.1引言614

20.2阻抗匹配615

20.2.1无源匹配网络615

20.2.2阻抗匹配616

20.3史密斯圆图617

20.3.1阻抗匹配和史密斯圆图621

20.4集总元件匹配网络629

20.4.1集总元件匹配629

20.5分布元件匹配网络641

20.5.1阻抗匹配用的枝节641

20.6天线耦合648

20.6.1偏置驱动点648

20.6.2对称耦合648

20.6.3巴伦649

20.6.4采用变压器的宽带天线匹配654

20.6.5单极子天线的耦合654

20.7匹配元件计算软件655

20.8结语657

参考文献657

第21章 多耦合器、功率合成器和双工器659

21.1引言659

21.2接收用的多耦合器661

21.2.1天线662

21.2.2电缆662

21.2.3未用的端口663

21.2.4扩展663

21.2.5接收机663

21.3预选器664

21.4放大器665

21.4.1放大器类型665

21.4.2放大器噪声系数665

21.4.3动态范围666

21.4.4甚高频/超高频放大器666

21.4.5高频放大器666

21.5功分器667

21.5.1高频两功分器667

21.5.2微波两功分器668

21.5.3性能参数669

21.5.4分路器类型672

21.5.5有源和无源673

21.5.6电阻功分器673

21.5.7电抗性的功分器674

21.5.8威金森功分器675

21.5.9远程接收多耦合器679

21.6发射耦合器（功率合成器）680

21.6.1功放的低效682

21.6.2直接连接的合成器684

21.6.3桥式合成器689

21.6.4威金森合成器694

21.6.5小结697

21.7射频双工器697

21.7.1天线双工器的基本概念698

21.7.2射频双工器的滤波要求698

21.7.3带通滤波器699

21.7.4小结699

21.8射频环行器和隔离器699

21.8.1隔离701

21.8.2插入损耗701

21.8.3双工器701

21.8.4环行器和隔离器的其他电子战应用701

21.9结语705

参考文献705

第22章 天线罩707

22.1引言707

22.2天线罩的特性707

22.3射频反射709

22.4天线罩的架构710

22.5结构支撑713

22.6入射角的影响714

22.7天线罩的性能715

22.8结语718

参考文献719

附录A射频放大器720

A.1模拟放大器720

A.1.1 A类放大器720

A.1.2 B类放大器721

A.1.3 A/B类放大器722

A.1.4 C类放大器722

A.2开关放大器722

A.2.1架构723

A.2.2 D类放大器723

A.2.3 E类放大器724

A.2.4 F和F-1类功率放大器725

A.2.5 S类放大器730

A.3负载线732

A.4推挽放大器732

A.4.1带变压器的放大器734

A.4.2宽带变压器736

A.4.3不用变压器的推挽放大器749

A.4.4交叉失真749

A.5结语749

参考文献751

附录B射频开关754

B.1引言754

B.2射频开关特性755

B.2.1反射型和吸收型755

B.2.2一般的开关架构756

B.2.3理想开关与实际开关757

B.2.4谐波失真758

B.2.5交调失真758

B.2.6 1分贝压缩点759

B.3机电开关760

B.3.1常规继电器760

B.3.2微机电开关761

B.4固态开关766

B.4.1正偏二极管767

B.4.2 PIN二极管767

B.4.3场效应管射频开关786

B.4.4小结798

B.5结语799

参考文献799

附录C矩量法803

C.1引言803

C.2泡克林顿积分方程804

C.3基本概念805

C.4结语808

参考文献808

附录D电介质材料的性质809

D.1引言809

D.2介电常数的性质809

D.3折射系数810

D.4气态介质的介电常数811

D.5等离子体的介电常数811

D.6群速813

D.7介质边界的反射815

D.7.1法向的入射角816

D.7.2斜的入射角818

D.8某些材料的介电常数824

D.9结语824

参考文献825

缩写826

关于作者832