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第1章 超宽带天线阵 1

1.1 引言 1

1.1.1 周期阵列中的栅瓣 2

1.1.2 紧耦合宽带天线阵 3

1.1.3 早期非周期阵列设计方法 4

1.2 多频段和超宽带阵列设计基础 5

1.2.1 分形理论及其在阵列天线设计中的应用 5

1.2.2 非周期布阵理论 13

1.2.3 优化技术 17

1.3 现代超宽带阵列设计技术 19

1.3.1 多维分形阵列 19

1.3.2 基于幂级数表示法的阵列设计 20

1.3.3 基于非周期布阵的阵列设计 22

1.4 超宽带阵列设计实例 28

1.4.1 直线、平面多维分形阵列实例 28

1.4.2 线性RPS阵列设计实例 34

1.4.3 基于非周期布阵的平面阵列 38

1.4.4 基于非周期布阵的三维立体阵列 41

1.5 全波仿真和超宽带设计实验验证 42

1.5.1 RPS阵列全波仿真优化 43

1.5.2 平面非周期布阵阵列的全波仿真优化 45

1.5.3 线性多维分形阵列实验验证 47

参考文献 50

第2章 智能天线 54

2.1 简介 54

2.2 智能天线的研究背景 55

2.2.1 波束形成 55

2.2.2 波达方向估计技术 59

2.3 智能天线信号处理 61

2.3.1 算法描述 62

2.3.2 智能天线自适应波束形成和调零 68

2.3.3 扩展算法在智能天线中的应用 72

2.4 宽带波达方向估计 73

2.4.1 投影子空间正交测试（TOPS）方法 75

2.4.2 频域子空间正交测试（TOFS）方法 77

2.4.3 TOPS改进算法 77

2.5 知识辅助智能天线 78

2.5.1 地形信息 79

2.5.2 分析工具 81

2.6 结论 88

致谢 88

参考文献 88

第3章 Vivaldi天线阵 91

3.1 背景和一般特性 91

3.1.1 简介 91

3.1.2 背景 91

3.1.3 应用 92

3.1.4 结构组成 92

3.1.5 加工与制作 95

3.1.6 Vivaldi阵列性能综合讨论 97

3.2 Vivaldi阵列设计 100

3.2.1 背景 100

3.2.2 宽带无限阵列单元设计 102

3.2.3 无限×有限阵列截断效应 108

3.2.4 有限阵列的截断效应 112

致谢 118

参考文献 118

第4章 人工磁导体/高阻抗表面 122

4.1 引言 122

4.2 背景 122

4.3 基本理论分析与仿真 123

4.3.1 等效电路模型 123

4.3.2 等效媒质模型 124

4.3.3 AMC结构的CEM仿真 126

4.4 新技术及其应用 127

4.4.1 磁性AMC 127

4.4.2 可重构AMC 133

4.4.3 新型AMC结构 137

参考文献 143

第5章 超材料天线 147

5.1 引言 147

5.2 负折射率超材料（NRI） 148

5.3 基于NRI概念的超材料天线 149

5.3.1 漏波天线 150

5.3.2 微型、多频带贴片天线 152

5.3.3 紧凑、低剖面单极子天线 154

5.4 利用EBG缺陷模的高增益天线 156

5.5 利用各向异性媒质色散特性的小型化天线 157

5.5.1 通过印制电路的各向异性仿真实现DBE和MPC模式 158

5.5.2 利用印制耦合环设计DBE天线 160

5.5.3 DBE天线性能的改善：耦合双环（CDL）天线 162

5.5.4 变容二极管加载的CDL天线 163

5.5.5 微带MPC天线设计 163

5.6 超材料天线的平台/运载工具集成 165

5.7 宽带超材料天线阵列（Tzanidis，Sertel，Volakis） 166

5.7.1 简介 166

5.7.2 超材料阵列的原理结构图 167

5.7.3 10：1带宽MTM交叉螺旋阵列 168

参考文献 169

第6章 仿生天线设计方法 174

6.1 引言 174

6.2 遗传算法 174

6.2.1 遗传算法的构成要素 174

6.2.2 成功的遗传算法 181

6.2.3 范例 182

6.3 遗传编程 186

6.4 高效的全局优化 188

6.4.1 DACE随机过程模型 188

6.4.2 相关参数估计 189

6.4.3 选择下一个设计点 190

6.4.4 收敛 191

6.4.5 EGO和GA优化设计比较 191

6.5 粒子群优化算法 191

6.6 蚁群优化算法 192

参考文献 193

第7章 可重构天线 197

7.1 引言 197

7.1.1 可重构天线的物理组件 197

7.1.2 定性描述 198

7.1.3 拓扑 199

7.2 分析 200

7.2.1 传输线、网络和电路模型 200

7.2.2 微扰法 200

7.2.3 变分法 200

7.3 天线可重构机制概述 201

7.3.1 机电 201

7.3.2 铁氧体材料 208

7.3.3 固态器件 209

7.3.4 流体可重构 212

7.3.5 开关速度及其他参数 214

7.4 控制、自动化及应用 214

7.5 总结 217

7.6 结束语 217

参考文献 218

第8章 天线的医学应用：可吸收胶囊天线 221

8.1 引言 221

8.2 平面弯曲偶极子 223

8.2.1 平衡平面弯曲偶极子理论 224

8.2.2 平衡平面弯曲偶极子仿真和测试 225

8.2.3 偏馈平面弯曲偶极子仿真和测试 227

8.3 自由空间天线设计 228

8.3.1 共形弯曲枝节振子天线 228

8.4 人体天线设计 234

8.4.1 人体内的调制天线 234

8.4.2 电子元件对天线性能的影响 236

8.5 SAR和链路预算分析 237

8.5.1 简单人体模型 237

8.5.2 特定吸收率分析 238

8.5.3 链路预算特性描述 239

8.5.4 自由空间链路预算——Friis和HFSS 240

8.5.5 三种无线通信链路的比较 242

参考文献 246

第9章 漏波天线 248

9.1 引言 248

9.1.1 背景 248

9.1.2 简介 248

9.1.3 原理及特点 248

9.1.4 分类 250

9.2 漏波理论 252

9.2.1 漏波机理 252

9.2.2 一维单向漏波辐射 255

9.2.3 一维双向漏波辐射 256

9.2.4 周期性结构辐射 258

9.2.5 宽边辐射 260

9.2.6 二维漏波辐射 263

9.3 新型结构 265

9.3.1 全空间扫描CRLH天线 265

9.3.2 全空间扫描相位反转天线 268

9.3.3 全空间扫描铁氧体波导天线 271

9.3.4 阻抗匹配全空间扫描天线 274

9.3.5 共形CRLH天线 276

9.3.6 平面波导天线 278

9.3.7 高定向金属线媒质天线 280

9.3.8 二维金属带光栅（MSG）部分反射面（PRS）天线 283

9.4 新型系统 286

9.4.1 高效能量循环天线 286

9.4.2 铁氧体波导复合双工器天线 288

9.4.3 有源波束赋形天线 291

9.4.4 分布式放大器天线 293

9.4.5 波达方向估计 294

9.5 结论 297

参考文献 297

第10章 等离子天线 302

10.1 引言 302

10.2 等离子天线的基本理论 302

10.3 等离子天线窗（智能等离子天线设计基础） 303

10.3.1 数值结果的理论分析 304

10.3.2 几何结构 304

10.3.3 电磁边值问题 305

10.3.4 部分波展开（汉克尔函数的叠加定理） 305

10.3.5 建立矩阵问题 306

10.3.6 远区辐射场 306

10.4 智能等离子天线 309

10.5 等离子频率选择表面 310

10.5.1 简介 310

10.5.2 理论计算和数值结果 310

10.5.3 部分导电圆柱体的散射 312

10.6 实验 316

10.7 其他等离子天线模型 319

10.8 等离子天线热噪声 320

10.9 等离子天线制作现状 321

10.10 等离子天线的最新进展 322

10.10.1 极化效应理论 322

10.10.2 低平均脉冲功率输入时的稠密等离子生成 322

10.10.3 用于智能等离子体天线的法布里-泊罗谐振器 322

参考文献 323

第11章 天线模拟的数值方法 325

11.1 时域模拟 325

11.1.1 FDTD和FETD基本准则 325

11.1.2 复杂媒质中超宽带天线问题 326

11.1.3 PML吸收边界条件 327

11.1.4 不均匀色散媒质PML-FDTD算法 327

11.1.5 色散、非均匀媒质的PML-FETD算法 330

11.1.6 算例 331

11.1.7 双极化UWB-HFBT天线 333

11.1.8 超材料的时域模拟 334

11.2 频域有限元法FEM 335

11.2.1 时谐波方程的一般形式 336

11.2.2 有限元结构建模 338

11.2.3 矢量有限元 340

11.2.4 有限元矩阵的计算 342

11.2.5 建立馈电模型 346

11.2.6 天线辐射特性的计算 347

11.2.7 FEM算例——宽带Vivaldi天线 347

11.3 共形域分解法 350

11.3.1 符号和定义 350

11.3.2 基于域分解方法的内部惩罚（penalty） 352

11.3.3 离散公式 355

11.3.4 数值结果 356

参考文献 365