天线技术

天线作为无线通信系统必不可少的组成部分，正日益受到重视。但从天线技术理论的学习到实践环节，普遍缺乏系统性、前沿性的归纳和指导。期望读者阅读本书后能在较短时间内全方位理解和掌握天线基础理论和实践知识。

本书既可作为电子信息类专业天线技术课程的专业课教材，也可作为大学阶段的公共选修课教材，还可作为天线技术MOOC课配套教材。本书不仅面向科研院所、大专院校师生，而且面向工程领域科技工作者，尽量将公式、定理和理论提炼成结论性内容表述。读者除需要具备基本的高等数学、普通物理、电路分析、电磁场与电磁波等基础知识外，无须预修其他课程。本书特别理想的读者是电子信息工程、通信工程、集成电路、生物医学工程、材料科学工程等领域需要用到天线技术的研发、生产、测试人员，希望为他们提供有价值的参考。

本书共10章，内容涵盖天线基础知识、线天线、面天线、微带天线、缝隙天线、宽带天线、非频变天线、阵列天线基础、几种实用天线和天线测量。通过本书的学习，读者可以了解天线种类和结构，理解天线原理，掌握天线设计和测量方法。

感谢博士研究生贺卫、陈亚玲、陈瑞森和硕士研究生孙宇航、罗宁、李军、李超对本书撰写工作做出的贡献，他们在资料整理与文字编辑上投入许多精力，并且对本书的部分天线进行了仿真和测试。如果没有他们的帮助，本书将很难顺利完成。

本书受到深圳大学学术出版基金、国家科技部中国科学技术交流中心台湾青年科学家交流计划项目(RW2019TW001)、深圳市国际合作研究项目（No.GJHZ20180418190529516）资助，特此感谢！

感谢清华大学出版社盛东亮老师等的大力支持，通过与他们多次交流，才使本书的质量得到极大的提升。

由于编者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，敬请广大读者批评指正！

编者2021年3月

天线是无线电系统中的关键部件。深圳大学何业军教授编著的《天线技术》由浅入深地讲述了天线技术的基础知识以及实用工程设计方法。本书提供了10个天线仿真实例和10个天线测试实例,对于天线工程学习阶段的学生,这是非常必要的。 特别是,本书还为教师提供了配套的可编辑的教学课件。这既减少了教师的备课工作量又为他们各自的发挥留有空间。衷心地希望本书成为课堂学习,特别是在线学习的一本实用又适用的好书。

———陈志宁 新加坡国立大学教授、IEEE Fellow、新加坡工程院院士

天线是现代无线电系统的关键部件,随着移动通信、雷达、导航、RFID 等系统的发展,天线技术也在持续演进。因此,天线技术教材也需要与时俱进,以适应时代的发展。本书是一部立体化教程,包含纸质图书、教学课件、仿真与测试案例,为学生深度掌握天线原理与设计提供了一条有效的新颖的途径。相信本书会受到天线技术领域学生和科技工作者的广泛欢迎。

———洪伟 东南大学信息科学与工程学院毫米波国家重点实验室教授、IEEE Fellow

《天线技术》一书的作者长期从事电磁场理论与天线技术的教学和研究工作,取得了一系列高水平的科研成果。作者凭借自己多年的教学和研究经验,以及对天线技术的深入理解,创造性地编写了这部包括了纸质图书、教学课件、仿真与测试案例的内容丰富的高水平著作,对天线领域的科研人员、工程师、学生等来说,具有非常高的参考价值。

———薛泉 华南理工大学教授、IEEE Fellow

天线是无线通信、雷达和导航系统中的关键部件。随着5G、6G移动通信和物联网技术的发展,天线技术将更加重要。《天线技术》系统、深入地论述了天线的基本理论和技术,包含了很多仿真实例和现代天线的新技术,内容丰富、新颖,是电磁场与微波技术、无线电物理、电子工程、通信工程专业本科生、研究生、科研和工程技术人员的一本很好的参考书,具有很高的实用价值。

———高式昌 英国肯特大学教授、IEEE Fellow

《天线技术》一书参考了国内外相关的资料,结合作者多年的实践经验,详尽讲述了天线的重要理论,分析了各种典型的天线类型,介绍了*的天线技术与设计方法。本书讲解深入浅出,几乎每章都有实用的仿真实例,便于读者学习理解,再配上教学课件,特别适合于高等学校的教学。对于从事天线、无线通信和雷达研究开发的技术人员,也具有很高的实用参考价值。

———黄漪 英国利物浦大学讲座教授、IEEE Fellow

本书是一本系统论述天线知识的立体化教程(包含纸质图书、电子书、教学课件、仿真模型、测试案例与视频教程)。全书共10章,第1章介绍天线基础知识,第2章介绍线天线,第3章介绍面天线,第4章介绍微带天线,第5章介绍缝隙天线,第6章介绍宽带天线,第7章介绍非频变天线,第8章介绍阵列天线基础,第9章介绍几种实用天线,第10章介绍天线测量。为便于读者高效学习,快速掌握天线设计与测量,本书附有完整的教学课件(10章PPT)、完整的电子书(10个天线仿真案例和10个天线测试案例),以及丰富的配套视频教程和在线答疑等内容。本书适合作为广大高校电子信息专业天线技术课程教材,也可以作为天线技术科研工作者的自学参考用书。

何业军 博士、教授、博士生导师，鹏城学者特聘教授，深圳大学优秀学者，深圳市海外高层次人才“孔雀计划”B类专家，深圳市高层次专业人才地方级领军人才，IET Fellow。曾先后在香港理工大学、香港中文大学、加拿大滑铁卢大学，美国佐治亚理工学院工作或访问。现任广东省基站天线与电波工程技术研究中心主任，深圳市天线与电波重点实验室主任，IEEE天线与传播学会深圳分会主席。出版学术著作及译著4部，发表学术论文200余篇，其中SCI/EI收录180余篇。主持国家、省部及横向课题30余项，拥有授权专利近20项。主要研究领域为无线通信、天线与射频。现兼任国家自然科学基金委、国家科技部、广东省科技厅、江苏省科技厅、江西省科技厅、深圳市科技创新委员会、深圳市发展和改革委员会、深圳市工业和信息化局等部门项目评审专家；兼任IEEE Network、 China Communications、International Journal of Communication Systems及Wireless Communications and Mobile Computing等国际期刊的副编辑；兼任《通信学报》、《电子学报》、《电子与信息学报》、《北京邮电大学学报》等国内期刊的审稿人；兼任IEEE Transactions on Wireless Communications、IEEE Transactions on Vehicular Technology、IEEE Transactions on Communications、IEEE Transactions on Antennas and Propagation、IEEE Journal on Selected Areas in Communications、IEEE Wireless Communications、IEEE Communications Letters等国际期刊的审稿人。

第1章天线基础知识

1.1引言

1.2天线的方向特性参数

1.2.1方向性函数

1.2.2方向性系数

1.2.3增益

1.2.4方向图

1.3天线效率

1.4天线的频带宽度

1.5天线的极化

1.6输入阻抗

1.7天线的有效面积

第2章线天线

2.1偶极子天线

2.2单极子天线

2.3环形天线

2.4仿真实例

第3章面天线

3.1惠更斯等效原理

3.2喇叭天线

3.2.1简介

3.2.2E面扇形喇叭

3.2.3H面扇形喇叭

3.2.4角锥喇叭

3.2.5圆锥喇叭

3.3反射面天线

3.3.1简介

3.3.2平面反射器

3.3.3抛物面反射天线

3.4模型与仿真

第4章微带天线

4.1微带天线的辐射机理

4.1.1辐射模型

4.1.2馈电方式

4.2微带天线的品质因数、带宽与效率

4.3圆极化微带天线

4.4仿真实例

第5章缝隙天线

5.1巴比涅原理

5.2微带缝隙天线

5.2.1微带窄缝天线

5.2.2微带宽缝天线

5.2.3其他形式的微带缝隙天线

5.3波导缝隙天线

5.3.1矩形波导

5.3.2矩形波导缝隙天线

5.4模型与仿真

5.4.1天线模型

5.4.2天线的仿真结果

第6章宽带天线

6.1引言

6.2行波天线

6.2.1长导线天线

6.2.2V形天线

6.2.3菱形天线

6.3螺旋天线

6.4八木宇田天线

6.5仿真实例

第7章非频变天线

7.1非频变天线工作原理

7.2对数周期天线

7.3平面螺旋天线

7.3.1等角平面螺旋天线

7.3.2阿基米德螺旋天线

7.4模型与仿真

第8章阵列天线基础

8.1二阵元阵列

8.2N个阵元的线阵

8.2.1边射阵

8.2.2普通端射阵

8.2.3汉森伍德端射阵

8.3面阵

8.3.1阵因子

8.3.2波束宽度

8.4圆阵

8.5相控阵基本原理

8.6仿真实例

第9章几种实用天线

9.1手机天线

9.1.1手机天线有源参数

9.1.2手机天线的相关技术

9.1.3手机天线结构及5G频谱

9.1.4PIFA与单极子天线

9.1.5宽带MIMO手机天线

9.1.6双频和多频MIMO手机天线

9.1.7金属边框手机天线

9.1.8节能的毫米波5G手机天线

9.2基站天线

9.2.1基站天线性能参数

9.2.2宽带双极化基站天线原理

9.2.3几种基站天线

9.3RFID天线

9.4反射阵天线

9.5太赫兹天线

9.5.1太赫兹天线的基本类型

9.5.2太赫兹光电导天线

9.6仿真实例

9.6.1手机天线仿真

9.6.2基站天线仿真

9.6.3RFID天线仿真

9.6.4反射阵天线的仿真

9.6.5太赫兹天线的仿真

第10章天线测量

10.1测量仪器和场地

10.1.1网络分析仪

10.1.2电波暗室分类

10.1.3开阔试验场与电波暗室举例

10.1.4典型微波暗室

10.1.5基站天线微波暗室

10.1.6毫米波天线暗室

10.2S参数测量

10.3辐射方向图测试

10.4增益测量

10.4.1与标准增益天线比较

10.4.2双天线测量

10.4.3三天线测量

10.5圆极化天线轴比测量

10.5.1圆极化天线轴比的定义

10.5.2轴比的测量方法

10.5.3测试步骤

10.6阻抗测量

10.7相位测量

10.8极化测量

10.9比例模型测量

参考文献

本书在总结本团队丰富教学经验及科研实践的基础上，从天线基础知识出发，系统论述天线的基本概念、工作原理、设计方法与测试方法，培养读者掌握天线设计的理论知识与实践能力。力争从天线技术前沿的高度，培养读者创新思维能力，提高分析、解决实际天线工程设计的能力。

易教易学 系统阐述理论的同时，注重内容的实用性和可读性，减少理论公式的繁杂数学推导，为公式赋予明确的物理含义，便于理解和运用。

前后衔接 强调知识内容和分析方法的前后连贯性，妥善处理好与先修课程的衔接。

层次分明 以天线设计为目标，以天线阵元为基础，对各种天线按照由浅入深、循序渐进的方式进行阐述，从小天线到大天线，从手机天线到基站天线，从微波、毫米波天线到太赫兹天线，层层递进，前后呼应。

技术前沿 介绍天线领域的新进展，激发学习热情，启迪创新思维。