本书是从一个设计师的角度为天线设计者和使用者需要而编写的，主要讲述了各类天线的设计原理和方法步骤。内容覆盖了现代通信天线设计中所有的重要议题，包括：辐射结构和数值方法，口径分布和天线阵综合，偶极子、槽天线、环天线和微带贴片天线，高斯波束分析和波导喇叭天线，反射面天线，棱镜天线，行波天线，频率无关天线和相控阵。
托马斯? A. 米利根是一位专业的天线设计师，曾在洛克希德马丁航天系统公司专门从事微波天线的设计和分析，其设计的天线被用于美国航空航天局火星和金星探测任务。
郭玉春，博士，中国电子科技集团公司第36所，承担过多个国家重点项目的单机主持设计师、站一级主任设计师以等科研工作。
目 录
第1章 天线特性 1
1.1 天线的辐射 1
1.2 增益 3
1.3 有效面积 4
1.4 路径损耗 4
1.5 雷达距离方程和散射截面 5
1.6 为何用天线 6
1.7 方向系数 7
1.8 方向系数估计 8
1.8.1 笔形波束 8
1.8.2 蝶形或全向方向图 10
1.9 波束效率 12
1.10 输入阻抗失配损耗 13
1.11 极化 14
1.11.1 圆极化分量 14
1.11.2 惠更斯源极化 16
1.11.3 各极化分量之间的关系 17
1.11.4 天线的极化响应 17
1.11.5 天线旋转时的相位响应 19
1.11.6 部分增益 20
1.11.7 圆极化的幅度测量 20
1.12 矢量有效高度 20
1.13 天线因子 22
1.14 天线间的互耦 22
1.15 天线噪声温度 23
1.16 通信链路预算和雷达作用距离 26
1.17 多径效应 28
1.18 地面传播 28
1.19 多径衰落 30
参考文献 31
第2章 辐射结构和数值方法 32
2.1 辅助矢量势 33
2.1.1 电流源辐射 33
2.1.2 磁流源辐射 37
2.2 口径：惠更斯源近似 38
2.2.1 近场区和远场区 41
2.2.2 惠更斯源 42
2.3 边界条件 42
2.4 物理光学 43
2.4.1 给定电流的辐射场 44
2.4.2 物理光学应用 45
2.4.3 等效电流 47
2.4.4 电抗理论和互耦 48
2.5 矩量法 49
2.5.1 电抗理论的使用 49
2.5.2 广义矩量法 50
2.5.3 细线矩量法代码 51
2.5.4 表面和体矩量法代码 51
2.5.5 矩量法模型举例 52
2.6 时域有限差分法 54
2.6.1 实现 54
2.6.2 中心差分求导 54
2.6.3 麦克斯韦方程组的有限差分 55
2.6.4 时间步的稳定性 56
2.6.5 数值色散和稳定性 56
2.6.6 计算存储和时间 57
2.6.7 激励 57
2.6.8 波导喇叭算例 58
2.7 物理光学和几何绕射理论 59
2.7.1 费马原理 60
2.7.2 偶极子的H面方向图 60
2.7.3 矩形喇叭的E面方向图 62
2.7.4 矩形喇叭的H面方向图 63
2.7.5 射线的幅度变化 63
2.7.6 穿过焦散面的附加相移 64
2.7.7 斯涅耳定理和反射 64
2.7.8 反射对极化的影响 65
2.7.9 曲面反射 65
2.7.10 射线追踪 66
2.7.11 边缘绕射 66
2.7.12 劈绕射 68
2.7.13 尖角绕射 68
2.7.14 等效电流 68
2.7.15 曲面绕射 69
参考文献 69
第3章 阵列 71
3.1 两元阵 72
3.2 N元线阵 75
3.3 汉森-伍德亚德端射阵 79
3.4 相控阵 79
3.5 栅瓣 81
3.6 多波束 81
3.7 平面阵 83
3.8 平面阵的栅瓣 84
3.9 互阻抗 86
3.10 扫描盲区和阵元方向图 86
3.11 互耦的阵列馈电补偿 87
3.12 阵增益 88
3.13 阵元指向任意的阵列 90
参考文献 92
第4章 口径分布和阵列综合 93
4.1 幅度渐削和相位误差效率 93
4.1.1 可分离矩形口径分布 95
4.1.2 圆对称分布 95
4.2 简单线源分布 96
4.3 泰勒单变量线源分布 98
4.4 泰勒 线源分布 100
4.5 边缘为零的泰勒线源分布 104
4.6 修正泰勒分布和任意副瓣的埃利奥特法 106
4.7 贝利斯线源分布 108
4.8 伍德沃德线源综合 111
4.9 谢昆诺夫单位圆法 114
4.10 道尔夫-切比雪夫线阵 117
4.11 维尔纳夫阵综合 118
4.12 连续分布的零点抽样法 119
4.13 傅里叶级数的赋形波束阵综合 120
4.14 ORCHARD阵列综合法 122
4.15 串馈阵和行波阵综合 130
4.16 圆口径 133
4.17 圆形高斯分布 134
4.18 汉森单变量圆形分布 135
4.19 泰勒圆口径分布 136
4.20 贝利斯圆口径分布 138
4.21 平面阵 140
4.22 平面阵的卷积技术 141
4.23 口径遮挡 144
4.24 平方相位误差 146
4.25 对称圆口径分布的波束效率 148
参考文献 149
第5章 偶极子、缝隙和环形天线 151
5.1 驻波电流 152
5.2 辐射电阻（电导） 153
5.3 巴比涅-布克原理 155
5.4 位于地平面上的偶极子 155
5.5 安装在有限大地平面上的偶极子 157
5.6 交叉偶极子产生圆极化 161
5.7 超级旋转场或蝙蝠翼天线 163
5.8 角形反射器 165
5.9 单极子 168
5.10 套筒天线 169
5.11 带反射腔的偶极子天线 170
5.12 折合偶极子 172
5.13 并联馈电 173
5.14 盘锥天线 173
5.15 巴仑 174
5.15.1 折叠式巴仑 175
5.15.2 套筒式或Bazooka巴仑 176
5.15.3 开槽同轴线巴仑 177
5.15.4 半波长巴仑 177
5.15.5 烛台形巴仑 178
5.15.6 铁氧体芯巴仑 178
5.15.7 烛台形铁氧体巴仑 179
5.15.8 变换器巴仑 179
5.15.9 同轴线渐变锥削式巴仑 179
5.15.10 天然巴仑 180
5.16 小环 180
5.17 ALFORD环 181
5.18 谐振环 182
5.19 四臂螺旋 182
5.20 带背腔的缝隙 184
5.21 带状线串联缝隙 184
5.22 浅腔体的十字缝隙天线 186
5.23 波导馈电的缝隙 187
5.24 矩形波导壁上的缝隙 187
5.25 圆形波导缝隙 191
5.26 波导缝隙阵列 192
5.26.1 非谐振阵列 193
5.26.2 谐振阵列 195
5.26.3 改进的设计方法 195
参考文献 196
第6章 微带天线 199
6.1 微带天线方向图 200
6.2 微带贴片带宽和表面波效率 203
6.3 矩形微带贴片天线 209
6.4 四分之一波长贴片天线 215
6.5 圆形微带贴片 218
6.6 圆极化贴片天线 220
6.7 紧缩型贴片 222
6.8 直接馈电的层叠型贴片 224
6.9 孔缝耦合层叠型贴片 226
6.10 贴片天线馈电网络 228
6.11 串馈阵 229
6.12 微带偶极子 230
6.13 微带福兰克林阵 231
6.14 微带天线的机械特性 232
参考文献 232
第7章 喇叭天线 235
7.1 矩形喇叭（锥形） 236
7.1.1 波束宽度 237
7.1.2 最佳矩形喇叭 239
7.1.3 按给定的波束宽度进行设计 242
7.1.4 相位中心 242
7.2 圆形口径喇叭 243
7.2.1 波束宽度 245
7.2.2 相位中心 246
7.3 圆形（圆锥）波纹喇叭 247
7.3.1 标量喇叭 249
7.3.2 波纹的设计 250
7.3.3 塞形喇叭 250
7.3.4 矩形波纹喇叭 251
7.4 波纹地面 251
7.5 高斯波束 253
7.6 脊波导喇叭 256
7.7 盒形喇叭 260
7.8 T形棒馈电的缝隙天线 262
7.9 多模圆形喇叭 263
7.10 双锥喇叭 263
参考文献 264
第8章 反射面天线 266
8.1 抛物反射面的几何 266
8.2 抛物反射面天线的口径分布损失 268
8.3 溢漏的近似和幅度渐变的折中 270
8.4 相位误差损耗和轴向散焦 271
8.5 像散 273
8.6 馈源扫描 273
8.7 随机相位误差 276
8.8 焦平面的场 278
8.9 反射面引起的馈源失配 279
8.10 前后比 280
8.11 偏馈反射面天线 281
8.12 圆锥曲面的反射 285
8.13 双反射面天线 287
8.13.1 馈源遮挡 288
8.13.2 绕射损失 289
8.13.3 卡塞格伦天线的公差 291
8.14 馈源和副反射面支撑杆的辐射 292
8.15 双反射面天线的G/T（增益/噪声温度） 296
8.16 偏轴双反射面天线 296
8.17 偏馈双反射面天线 299
8.18 喇叭反射面天线和Dragonian双反射面天线 300
8.19 球形反射面天线 302
8.20 赋形反射面天线 304
8.20.1 柱形反射面天线的综合 305
8.20.2 圆对称反射面天线的综合 305
8.20.3 形成赋形波束的双曲反射面天线 308
8.20.4 双赋形反射面天线 309
8.21 赋形和多波束反射面天线的优化综合 311
参考文献 312
第9章 透镜天线 316
9.1 单面透镜 316
9.2 分区透镜 318
9.3 一般两表面透镜 321
9.4 单面或相切透镜 324
9.5 金属平板透镜 325
9.6 表面失配和介质损耗 327
9.7 双曲透镜的馈源扫描 328
9.8 双表面透镜 329
9.8.1 无彗星差轴对称介质透镜 329
9.8.2 给定口径分布的轴对称介质透镜 331
9.9 靴带透镜 332
9.10 伦伯透镜 333
参考文献 334
第10章 行波天线 335
10.1 行波天线概述 335
10.1.1 慢波 338
10.1.2 快波（漏波结构） 339
10.2 长线天线 340
10.2.1 贝弗利天线 340
10.2.2 V形天线 341
10.2.3 菱形天线 342
10.3 八木-宇田天线 343
10.3.1 多馈八木天线 349
10.3.2 谐振环八木天线 350
10.4 波纹杆（雪茄）天线 352
10.5 介质杆（聚苯乙烯杆）天线 354
10.6 螺旋线天线 356
10.6.1 螺旋模式 357
10.6.2 轴向模 357
10.6.3 螺旋天线的馈电 358
10.6.4 长螺旋天线 359
10.6.5 短螺旋天线 360
10.7 短背射天线 360
10.8 渐变槽线天线 362
10.9 漏波结构 365
参考文献 366
第11章 非频变天线 368
11.1 天线模式的模式展开 370
11.2 阿基米德螺旋 371
11.3 等角螺旋 372
11.4 螺旋天线的模式分析 374
11.5 螺旋构建和馈电 378
11.5.1 螺旋构建 378
11.5.2 巴仑馈电 379
11.5.3 无限巴仑 379
11.5.4 波束形成器和同轴线馈电 380
11.6 螺旋和波束形成器测量 380
11.7 馈电网络和天线相互作用 381
11.8 调制臂宽螺旋 382
11.9 圆锥对数螺旋天线 383
11.10 模式2圆锥对数螺旋天线 387
11.11 圆锥对数螺旋天线馈电 388
11.12 对数周期偶极天线 388
11.12.1 对数周期偶极天线馈电 392
11.12.2 相位中心 393
11.12.3 张角 394
11.12.4 对数周期偶极天线阵列 394
11.13 其他对数周期类型 395
11.14 对数周期天线馈电抛物面天线反射器 397
11.15 Ｖ型对数周期阵列 400
11.16 背腔平面对数周期天线 401
参考文献 402
第12章 相控阵 405
12.1 恒相位移相器（移相器） 406
12.2 量化的波瓣 408
12.3 阵列误差 410
12.4 非均匀和随机阵元阵列 411
12.4.1 线性间距锥削阵列 411
12.4.2 圆形空间锥削阵列 413
12.4.3 统计稀疏阵列 414
12.5 阵列单元方向图 415
12.6 馈电网络 417
12.6.1 并联馈电 417
12.6.2 串联馈电 418
12.6.3 可变功分器和移相器 419
12.6.4 巴特勒矩阵 419
12.6.5 空间馈电 421
12.6.6 用均匀幅度子阵列锥削馈电网络 421
12.7 任意阵列中方向图零点的形成 423
12.8 相控阵在通信系统中的应用 424
12.9 相控阵的近场测量 425
参考文献 427
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