天线系统及其在电子战系统中的应用PDF电子书下载

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Lw 226

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