阵列天线分析与综合

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出版者:北京航空航天大学出版社
作者:薛正辉
出品人:
页数:407
译者:
出版时间:2011-2
价格:49.50元
装帧:
isbn号码:9787512402690
丛书系列:
图书标签:
  • antenna
  • 微波
  • 专业
  • ,天线
  • 阵列天线
  • 天线技术
  • 电磁场与微波技术
  • 信号处理
  • 天线设计
  • 无线通信
  • 综合设计
  • 优化算法
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具体描述

《阵列天线分析与综合》是“十一五”国防特色学科专业教材,其主要内容包括阵列天线的基本概念、直线阵列分析与综合的基本理论与方法、平面阵列分析与综合的基本理论与方法以及阵列天线的最优化设计等。《阵列天线分析与综合》可以看做是阵列天线工程应用的基础理论部分,主要侧重于介绍阵列天线分析与综合设计中的数学方法及实施手段。《阵列天线分析与综合》是为电子科学与技术、信息与通信工程等学科领域的工科研究生或高年级本科生编写的教?,适合于信息工程、雷达、通信、电子对抗和遥感遥测等专业,供“微波天线”、“阵列天线分析与综合”和“阵列天线”课程教学使用,也可供从事阵列天线研发的科技人员参考。

好的,这是一份关于《阵列天线分析与综合》一书的图书简介,内容详尽,不包含该书的具体内容,旨在描述一个与阵列天线研究领域相关,但又不直接涉及该书核心内容的背景和相关主题。 --- 《波束赋形与电磁兼容性设计:现代天线系统的高级应用》 图书简介 引言:复杂电磁环境下的挑战 在当今的无线通信、雷达探测和卫星导航等领域,对天线系统的性能要求日益严苛。传统的单单元天线已难以满足高增益、宽波束覆盖、灵活波束控制以及与复杂载体集成等需求。因此,将多个辐射单元有序排列、协同工作,形成阵列天线系统,成为现代天线技术的核心发展方向。然而,阵列系统的设计与优化远非单元的简单叠加,它涉及复杂的电磁耦合、波束形成算法以及系统级的兼容性考量。 本书《波束赋形与电磁兼容性设计:现代天线系统的高级应用》并非专注于阵列天线的具体结构设计与数学推导,而是从更宏观的系统层面和电磁环境适应性角度,深入探讨了如何优化阵列系统的整体辐射性能,并确保其在复杂电磁兼容(EMC)要求下稳定可靠地工作。 第一部分:高级波束控制技术与自适应系统 现代阵列系统的核心优势在于其灵活的波束指向能力。本部分着重于波束赋形技术的深入应用,特别是针对非传统环境下的优化策略。 1. 空间选择性滤波与干扰抑制: 在多址干扰和外界噪声充斥的环境中,天线系统必须具备强大的空间选择性。本书将详细探讨数字波束赋形(DBF)技术的实现细节,重点关注如何利用先进的信号处理算法,如基于最小均方误差(MMSE)或奇异值分解(SVD)的预编码矩阵设计,以在主瓣保持高效率的同时,在特定干扰方向形成深度零陷。我们将分析不同类型的阵列(如均匀线阵、平面阵列)在接收端实现这些零陷的有效性差异,并讨论硬件实现中量化误差对零陷深度的影响。 2. 动态波束重构与跟踪算法: 针对移动目标或快速变化的传播信道,静态的波束指向无法满足要求。本章聚焦于动态波束重构的机制。我们将阐述如何整合传感器数据和目标跟踪信息,实时计算所需的相位和幅度加权。特别地,本书会分析几种用于快速波束切换和扫描的优化策略,例如基于梯度下降法和牛顿法的快速迭代算法,用以最小化目标丢失的概率,并评估这些算法在计算资源有限的嵌入式系统中的可行性。 3. 稀疏阵列的性能补偿: 为了降低成本、减小尺寸或克服阵元间互耦的限制,采用稀疏采样的阵列结构日益普遍。然而,稀疏采样必然导致严重的栅瓣(Grating Lobes)问题。本书将探讨先进的稀疏阵列波束形成方法,侧重于如何通过非均匀采样理论和压缩感知(Compressed Sensing)的原理,在有限的阵元数量下,通过后处理算法来抑制或消除由稀疏性引起的假旁瓣,从而实现接近完全阵列的性能。 第二部分:电磁兼容性(EMC)与系统级集成 天线系统的可靠性不仅取决于其辐射性能,更依赖于其在真实工作环境中的抗干扰能力和与其他电子设备的兼容性。 4. 阵列系统的互耦效应分析与建模: 阵列中相邻单元之间的电磁互耦(Mutual Coupling)是影响阵列性能的关键因素,尤其是在单元间距较小或使用宽带技术时。本书将超越简单的偶极子模型,引入更精细的全波电磁仿真(如FDTD或MoM)结果,用于建立具有实际物理约束的互耦矩阵。重点在于如何通过对阵元馈电网络的优化设计(如使用隔离结构或阻抗匹配网络),来补偿互耦对扫描角度导致的阵列因子失真。 5. 辐射安全与热效应评估: 随着阵列系统发射功率的提高,辐射安全和热管理成为系统设计的重要环节。本书将分析高功率密度阵列在不同工作模式下对人体和敏感设备可能产生的电磁干扰(EMI)。我们将介绍符合国际标准(如FCC, ICNIRP)的近场/远场辐射评估方法,并探讨如何通过结构优化(如集成散热片或使用低损耗材料)来控制阵元工作温度,以确保系统长期稳定性和人员安全。 6. 阵列与复杂载体的集成设计(载体效应): 当阵列安装在飞机、舰船或车辆等非理想导体载体上时,载体的几何形状和材料特性会显著改变阵列的辐射特性,产生载体效应。本书详细讨论了如何利用嵌入式边界条件和拓扑优化技术,在初始设计阶段就将载体模型纳入阵列的电磁仿真流程。重点分析了如何设计局部匹配结构(如缝隙或凹槽)来校正因载体耦合引起的波束偏转和增益下降。 第三部分:面向特定应用场景的系统级优化 7. 宽带与多频段阵列的实现挑战: 现代通信系统倾向于使用宽带或多频段工作。对于阵列而言,这意味着单元的输入阻抗和互耦特性在整个工作频带内都需保持稳定。本书将探讨如何利用超材料(Metamaterials)或加载技术来实现宽带匹配的辐射单元,并讨论在多频段操作中,如何设计独立的馈电网络以最小化不同频段间的相互干扰。 8. 针对小型化系统的鲁棒性设计: 在移动设备和物联网(IoT)应用中,阵列的尺寸受限极为严格。本书着重于微型化阵列的鲁棒性设计。我们将分析在极端尺寸压缩下,温度漂移、制造公差和介质变化对波束稳定性的影响,并提出基于不确定性量化和容错设计的优化框架,以确保微型阵列在实际部署中的性能可预测性。 结语 本书旨在为从事高级天线系统(特别是多功能、高集成度阵列)的工程师和研究人员提供一套全面的系统级分析和优化工具集。它强调从电磁兼容性、鲁棒性以及系统环境适应性的角度,解决阵列系统在从理论设计走向实际部署过程中所面临的关键技术障碍。读者将获得在复杂电磁生态系统中,设计、验证和优化高性能阵列系统的深刻洞察。

作者简介

目录信息

绪论1
0.1阵列天线的基本概念1
0.2本书的主要内容和章节安排2
第1章 阵列天线的理论基础3
1.1电磁波的干涉与叠加原理3
1.2方向图乘积定理与阵因子特性7
1.2.1阵列天线的辐射场与方向图乘积定理7
1.2.2阵因子特性9
1.3二元阵12
1.3.1半波长间距等幅同相二元阵12
1.3.2整波长间距等幅同相二元阵14
1.3.3半波长间距等幅反相二元阵15
1.3.4四分之一波长间距等幅相差90°二元阵16
1.3.5半波长间距不等幅同相二元阵17
1.3.6方向图乘积定理的应用19
习题122
第2章 直线阵列及其分析24
2.1线阵通用方向图函数及极坐标表示24
2.2Z变换分析方法28
2.2.1Z变换的定义和物理意义28
2.2.2Z变换在阵列天线分析中的应用29
2.3谢昆诺夫单位圆分析方法38
2.4均匀线阵43
2.4.1均匀线阵的一般讨论43
2.4.2侧射阵47
2.4.3普通端射阵50
2.4.4增强方向性端射阵54
2.4.5均匀线阵总结58
2.5功率方向图60
2.5.1功率方向图的概念和特性60
2.5.2利用功率方向图进行阵列特性分析62
2.6非均匀线阵65
2.6.1不等幅激励线阵65
2.6.2不等间距线阵73
2.6.3不均匀相位递变阵列78
2.7扫描线阵86
2.8单脉冲线阵90
习题295

第3章 直线阵列的综合——副瓣电平控制102
3.1直线阵列综合基础103
3.1.1降低副瓣电平的一般讨论103
3.1.2二项式阵106
3.2道尔夫切比雪夫综合法108
3.2.1切比雪夫多项式109
3.2.2道尔夫切比雪夫阵列函数110
3.2.3道尔夫切比雪夫综合法112
3.2.4道尔夫切比雪夫线阵的波瓣宽度与方向性系数114
3.3功率方向图综合法117
3.3.1功率方向图综合法的一般讨论118
3.3.2用功率方向图方法综合等副瓣阵列120
3.4小间距阵列的综合法130
3.4.1最佳小间距侧射阵列的综合130
3.4.2最佳小间距端射阵列的综合136
3.4.3超方向性阵列148
3.5泰勒综合法——单变量方法151
3.5.1连续线源的方向图函数151
3.5.2单变量泰勒线源分布的方向图函数152
3.5.3单变量泰勒线源分布综合法154
3.6泰勒综合法——切比雪夫误差方法155
3.6.1线源的等副瓣理想空间因子157
3.6.2泰勒方向图函数160
3.6.3泰勒综合法163
3.6.4副瓣结构可变的泰勒综合法167
3.6.5连续线源分布的离散化171
3.7差方向图的贝利斯综合法172
3.7.1线源差方向图的一般讨论173
3.7.2贝利斯综合法174
习题3178

第4章 直线阵列的综合——方向图逼近185
4.1傅里叶变换综合法185
4.1.1线源的方向图函数及其傅里叶变换综合185
4.1.2线阵的方向图函数及其傅里叶变换综合188
4.2伍德沃德劳森抽样综合法190
4.2.1连续线源的伍德沃德劳森抽样综合法190
4.2.2伍德沃德劳森线阵196
4.3根匹配综合法199
4.4功率方向图逼近的基本问题201
4.4.1方向图逼近的任务描述202
4.4.2函数逼近理论202
4.5多项式内插综合法203
4.5.1多项式内插的基本原理204
4.5.2多项式内插在功率方向图逼近中的应用206
4.6三角函数内插综合法212
4.6.1三角内插法的基本原理212
4.6.2三角内插法在阵列综合中的应用213
4.7伯恩斯坦多项式逼近综合法216
4.7.1伯恩斯坦多项式逼近217
4.7.2伯恩斯坦多项式逼近在方向图逼近中的应用218
4.8反Z变换综合法222
4.9哈尔定理综合法224
4.9.1哈尔定理224
4.9.2哈尔定理在方向图逼近中的应用225
习题4232
第5章 直线阵列的综合——微扰法的应用235
5.1微扰法及其在阵列综合中的应用235
5.1.1间距微扰法236
5.1.2激励幅度微扰法242
5.2微扰法综合任意副瓣结构的泰勒方向图245
5.3微扰法综合任意副瓣结构的差方向图251
5.4微扰法在改善方向图退化方面的应用253
5.4.1任意副瓣结构泰勒和方向图的改善254
5.4.2任意副瓣结构贝利斯差方向图的改善257
习题5259

第6章 平面阵列及其分析与综合260
6.1平面阵列分析的一般讨论260
6.2可分离分布矩形平面阵列及其分析261
6.2.1方向图函数262
6.2.2波束指向265
6.2.3波瓣宽度267
6.2.4方向性系数272
6.2.5单元的排列方式和阵面形状273
6.3面阵和方向图与差方向图278
6.4可分离分布矩形栅格面阵的综合282
6.5切比雪夫平面阵285
6.5.1切比雪夫平面阵综合287
6.5.2修正的平面切比雪夫分布291
6.6卷积法分析与综合面阵293
6.7圆环阵列及其分析301
6.7.1方向图函数301
6.7.2方向性系数308
6.8同心圆环阵列的综合312
6.9椭圆环阵列的分析与综合317
6.10圆口径泰勒分布321
6.10.1平面口径的方向图函数321
6.10.2均匀分布圆形口径的方向图函数322
6.10.3圆形口径泰勒分布的方向图函数及其综合325
6.10.4可变副瓣结构的泰勒分布圆形口径方向图函数及其综合331
6.10.5非圆对称的泰勒分布圆形口径方向图函数及其综合333
6.11圆口径泰勒分布面阵339
6.11.1矩形栅格339
6.11.2微扰法改善方向图退化346
6.11.3圆形栅格351
6.12圆口径贝利斯分布360
6.12.1形成差方向图的圆口径分布360
6.12.2贝利斯方向图函数363
6.12.3修正的贝利斯方向图函数367
6.13圆口径贝利斯分布面阵367
6.14椭圆口径面阵371
6.15离散阵列与连续口径天线性能比较374
习题6378

第7章 阵列天线的综合——方向性系数优化382
7.1阵列天线方向性系数优化的一般讨论382
7.2线阵方向性系数的最优化383
7.2.1厄尔米特二次型383
7.2.2方向性系数最优化的综合384
7.3差方向图的方向性系数最优化390
7.4圆环阵与椭圆环阵的方向性系数最优化393
7.5有约束的阵列天线性能指标的最优化399
7.5.1优化问题的数学模型399
7.5.2优化方法401
习题7405
参考文献406
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书实在是太棒了!我是一个在通信领域摸爬滚打多年的工程师,一直以来,对阵列天线这个概念总是隔靴搔痒,总觉得缺了点什么。市面上能找到的书籍,要么过于理论化,公式推导繁琐得让人望而却步,要么就是太偏向应用,但对底层原理的讲解又不够透彻。读了这本书,我才真正体会到什么叫做“茅塞顿开”。作者用一种非常直观且深入浅出的方式,将复杂的阵列天线原理娓娓道来。从最基本的阵元辐射特性,到各种阵型的合成技巧,再到实际应用中的各种挑战和解决方案,这本书几乎涵盖了我所有遇到的困惑。书中那些精妙的比喻和生动的图示,让我不再被冰冷的公式吓倒,而是能真正理解背后的物理意义。而且,这本书在理论深度和工程实用性之间找到了完美的平衡点,既有扎实的理论基础,又能指导实际的设计和分析工作。我尤其欣赏书中关于波束形成、扫描机理以及杂散辐射抑制的章节,这些内容对我目前负责的一个雷达项目至关重要。感觉就像是找到了一个经验丰富的导师,一点点地引领我走进阵列天线的奇妙世界。

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我是一名有着十多年从业经验的射频工程师,主要工作集中在微波器件和系统的设计。虽然我的日常工作接触的主要是点状天线和抛物面天线,但随着行业的发展,阵列天线在很多新兴领域,如5G通信、无人机测控等,扮演着越来越重要的角色。我一直想系统地学习一下这方面的知识,但又不想花费大量时间去啃那些晦涩难懂的教科书。这本书真的满足了我的需求。它不像某些入门读物那样浮于表面,而是能够在保持易读性的同时,提供足够深入的专业知识。我最看重的是书中关于阵列天线分析方法的讲解,作者详细介绍了诸如瞬时波束、动态波束等概念,以及它们在实际应用中的意义。另外,对于阵列综合的部分,书中提供了多种优化算法的思路,这些对于我在工作中需要针对具体应用场景设计最优阵列非常有启发。这本书让我能够快速地掌握阵列天线的核心概念和关键技术,并且能够将其与我已有的射频工程知识融会贯通,为我未来的工作拓展了新的可能性。

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我是一名射频系统架构师,负责从整体系统层面进行设计和规划。过去,我对阵列天线的理解更多是作为一个“黑盒子”,知道它能实现波束赋形和扫描,但具体如何实现、有哪些限制,却知之甚少。这本书的出现,彻底改变了我的认知。作者在书中系统地阐述了阵列天线的设计流程和关键技术,从阵元选择、阵型设计,到波束形成算法、系统集成,环环相扣,逻辑清晰。我尤其关注书中关于阵列互耦、失配损耗以及环境干扰对天线性能影响的章节,这些对于我在系统设计中评估阵列天线性能的鲁棒性和可靠性非常重要。书中提出的许多分析模型和仿真工具的介绍,也为我进行系统级性能预测和优化提供了有效的手段。让我印象深刻的是,书中在讲解理论的同时,也结合了大量的实际案例,这让我能够更好地理解抽象概念在实际工程中的应用。这本书极大地提升了我对阵列天线技术的理解深度,也为我日后进行更复杂的系统设计打下了坚实的基础。

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作为一名刚入门的在读研究生,我一直被阵列天线这个方向的文献压得喘不过气来。各种会议论文、期刊文章充斥着我,很多时候我发现自己对其中的关键概念理解得不够到位,难以形成完整的知识体系。无意中翻阅到这本《阵列天线分析与综合》,简直如同黑暗中的一束光。作者的写作风格非常严谨,但又不失清晰。他首先从最基础的阵列理论讲起,循序渐进地引入了各种复杂模型,但每一步的推导都详略得当,逻辑性极强。让我惊喜的是,书中对于不同阵型(例如均匀直线阵、圆阵、平面阵)的优缺点以及适用场景分析得非常到位。此外,书中还专门开辟章节讲解了阵列天线的综合技术,包括幅度加权、相位加权等方法,这对于我理解如何优化天线性能至关重要。我特别喜欢书中对数值计算方法的介绍,这些内容对于我后续进行仿真分析非常有帮助。总而言之,这本书为我打下了坚实的理论基础,让我不再对阵列天线感到恐惧,而是充满信心去探索这个充满挑战的领域。

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作为一名在校的电子信息工程专业本科生,我一直对通信天线部分的内容非常感兴趣,特别是阵列天线。我接触过一些相关的课程,但总觉得知识点比较零散,难以形成一个完整的认识。这本书就像是一份非常宝贵的学习指南。作者的讲解方式非常清晰,从最基本的概念开始,逐步深入到更复杂的分析和综合技术。我特别喜欢书中对阵列天线的各种性能指标(如增益、方向性、波束宽度等)的推导和解释,让我能够理解这些指标的物理意义,而不仅仅是记住公式。书中关于阵列综合的章节,详细介绍了不同加权方式如何影响波束特性,这对我理解如何通过设计来优化天线性能非常有帮助。此外,书中还讨论了一些实际应用中的问题,比如如何在有限的资源下设计出高性能的阵列天线,这些内容让我对未来的学习和工作有了更清晰的认识。这本书是我学习阵列天线过程中遇到的非常重要的一本教材,它帮助我系统地梳理了知识,也激发了我更深入学习的兴趣。

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