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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Chen, Zhi Ning/ Chia, Michael Y. W.

出品人:

页数:258

译者:

出版时间:2006-2

价格:1221.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780470871744

丛书系列:

图书标签:

• 天线
• 宽带
• 平面天线
• 微波技术
• 射频电路
• 天线设计
• 电磁场
• 无线通信
• 天线理论
• 天线测量

现代通信系统中的电磁波传播与天线设计：理论基础与前沿应用 本书旨在全面深入地探讨现代通信系统中的核心技术——电磁波传播规律、天线原理及其在各类应用场景下的具体实现。它不仅为高等院校相关专业的师生提供了一套严谨的理论教材，也为从事射频、微波工程及通信系统开发的工程师提供了一份详尽的实践参考手册。 本书的结构设计兼顾理论的深度与应用的广度，共分为七大部分，涵盖了从基础的麦克斯韦方程组到复杂的多天线阵列设计等多个关键领域。 --- 第一部分：电磁场与波导理论基础回顾 本部分作为全书的理论基石，对学习后续天线和传播理论所必需的数学物理基础进行了详尽的梳理与强调。 第一章：麦克斯韦方程组的微分与积分形式 详细阐述了时变电磁场的控制方程，包括法拉第电磁感应定律、安培-麦克斯韦定律、高斯定律等在不同介质（线性、各向同性、均匀）中的具体表达。重点分析了本构关系（$mathbf{D}$与$mathbf{E}$，$mathbf{H}$与$mathbf{B}$）对边界条件设定的影响。 第二章：平面电磁波的传播特性 深入分析了理想导体、理想介质以及实际介质（有限电导率）中平面波的传播模式。引入了波阻抗（Intrinsic Impedance）的概念，并详细推导了电场和磁场在两种不同介质界面上的反射与折射规律，包括斯涅耳定律在电磁波传播中的体现，以及菲涅尔系数（Fresnel Coefficients）的计算。对坡印廷矢量（Poynting Vector）在描述能量流密度中的作用进行了细致的剖析。 第三章：导波系统与谐振腔 本章聚焦于能量的有效传输与约束。详细分析了矩形波导和圆波导中的TE、TM和TEM模式的特征方程、截止频率计算以及色散关系。同时，引入了传输线理论与波导理论的联系，并对高频谐振腔的模式特性和品质因数（Q Factor）进行了深入的探讨，为理解天线作为“开放式谐振系统”的工作原理打下基础。 --- 第二部分：天线基础理论与参数定义 本部分是全书的核心，系统地构建了描述天线性能所需的数学模型和物理概念。 第四章：天线基本概念与等效电路 定义了天线的核心概念，如有效面积（A_e）与有效长度（L_eff）。详细介绍了天线的输入阻抗（Input Impedance），包括如何利用史密斯圆图（Smith Chart）对高频阻抗进行匹配和分析。引入了天线的等效磁流和电流源模型。 第五章：天线辐射特性分析 这是对天线“功能”的数学描述。重点讲解了远场区域（Far-Field）的分析方法，推导了由电流分布到远场电场的傅里叶变换关系。详细定义并计算了辐射方向图（Radiation Pattern）、最大辐射方向、波束宽度（Beamwidth）以及阵因子（Array Factor）的数学表达式。 第六章：天线效率与增益 阐述了衡量天线性能的关键指标。区分了辐射效率、导体效率和总效率的概念。深入推导了最大全向增益（G_max）与辐射功率密度之间的关系，并探讨了天线接收性能的互易性原理（Reciprocity Principle）。 --- 第三部分：经典天线结构详解 本部分详细分析了工程实践中最常用且基础的几类天线结构，着重于其电流分布、输入阻抗特性及近场/远场分析。 第七章：线天线理论 重点分析了半波长偶极子天线（Dipole Antenna）的精确和近似电流分布，以及其在不同方向上的辐射场强分布。随后，扩展到中心馈电和端部馈电的偶极子的输入阻抗计算。详细讨论了小型环形天线（Small Loop Antenna）的辐射特性，并计算了其在低频段的辐射效率。 第八章：缝隙天线与微带天线 本章侧重于平面结构天线。深入分析了缝隙天线（Slot Antenna）的等效偶极子模型，以及其在反射面上的应用。随后，详细阐述了微带贴片天线（Microstrip Patch Antenna）的多区模型（Cavity Model）和边缘场理论，包括其谐振频率的确定、带宽限制因素及表面波抑制技术。 第九章：反射器与透射天线 介绍了用于实现高增益和窄波束的结构。详细分析了抛物面反射器天线（Parabolic Reflector Antenna）的焦距、馈源位置与辐射场的关系，并探讨了卡塞格林（Cassegrain）和格雷戈里（Gregorian）等复杂馈电网络的设计原则。 --- 第四部分：天线阵列理论与综合 本部分是实现高增益、波束赋形（Beamforming）的关键技术。 第十章：阵列基础与线性阵列 从阵因子（Array Factor）入手，阐述了均匀激励、等间距线性阵列的辐射特性。详细分析了主瓣宽度、旁瓣电平（Sidelobe Level, SLL）与阵元数量、间距之间的定量关系。 第十一章：阵列综合技术 重点讲解了如何通过调整阵元激励幅度和相位来控制主波束指向和旁瓣抑制。详细介绍了萨利斯伯里（Salisbury）和崔（Chebyshev）综合方法的数学原理，以及如何应用这些方法来达到特定的旁瓣抑制指标。 第十二章：平面与共形阵列 将阵列扩展到二维空间，分析了平面阵列的二维波束控制。随后，介绍了在非平面结构上布置天线单元的共形阵列（Conformal Array）的基本设计考量，以及其对阵列辐射方向图的影响。 --- 第五部分：电磁波传播与信道建模 本部分将视角从天线本身转向天线周围的环境，分析电磁波在实际介质中的行为。 第十三章：自由空间传播与路径损耗 推导了理想自由空间中的Friis传输公式，强调了天线增益在链路预算中的关键作用。分析了大气衰减、雨雪对电磁波的影响。 第十四章：地波与视距（LOS）传播 详细分析了电磁波在地球表面传播的折射现象，引入了等效地球半径的概念。深入探讨了视距（Line-of-Sight, LOS）传播模型，包括单路径和双路径（多径）衰落的分析，以及菲涅尔区（Fresnel Zone）对通信链路可靠性的影响。 第十五章：非视距（NLOS）传播与信道衰落 探讨了对流层散射、绕射（如克鲁克山绕射模型）在NLOS环境下的作用。系统分析了多径效应导致的快衰落（Fading）特性，包括瑞利分布（Rayleigh Distribution）和莱斯分布（Rician Distribution）在不同环境下的适用性。 --- 第六部分：现代天线技术与前沿应用 本部分聚焦于当前通信技术热点对天线设计提出的新要求。 第十六章：宽带与多频段天线设计 分析了如何通过加载技术（如螺旋线、阶梯阻抗结构）或几何形状优化（如分形结构、双脊结构）来拓宽天线的阻抗匹配带宽。探讨了实现正交极化的宽带设计方法。 第十七章：MIMO与大规模天线系统（Massive MIMO） 本章专门讨论了现代无线通信中的核心技术。阐述了MIMO系统中的信道容量（Shannon-Hartley Theorem）与空间复用的关系。详细分析了天线单元间的隔离度（Isolation）和通道间去相关性（Decoupling）对系统性能的影响，这是实现有效空间复用的关键。 第十八章：智能表面（RIS）与可重构天线 介绍了将电磁特性嵌入到可控单元（如PIN二极管、MEMS开关）中的可重构天线原理。重点阐述了智能反射面（Reconfigurable Intelligent Surfaces, RIS）的基本概念，即如何通过精确控制反射单元的相位延迟，实现对入射波的动态控制与塑形，这代表了未来无线通信的革新方向。 --- 第七部分：电磁兼容性（EMC）与测量技术 本书最后一部分提供了将理论应用于实际工程的指导。 第十九章：天线测量基础 详细介绍了远场辐射测量的设置，包括测量距离的确定（Fraunhofer距离）、标准波导馈电天线的校准方法。分析了近场扫描技术在分析天线表面电流和评估EMC/EMI问题中的优势。 第二十章：电磁兼容性（EMC）设计 讨论了天线设计如何影响整个系统的EMC表现，包括杂散辐射（Spurious Emission）的来源与抑制。介绍了屏蔽技术、接地设计在减少交叉耦合和提高抗扰度中的作用。 --- 本书的特点在于其内容的严谨性与工程实用性的完美结合。所有理论推导均基于严格的数学基础，并通过大量的工程实例和数值模拟结果进行佐证，确保读者在掌握“为什么”的同时，也能有效地知道“如何做”。

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