超宽带脉冲天线设计 [Design Of The Ultra-wideband Pulse Antenna] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李长勇，李引凡 著

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• 超宽带天线
• 脉冲天线
• 天线设计
• UWB
• 射频电路
• 微波技术
• 电磁场与电磁波
• 天线理论
• 无线通信
• 信号完整性

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118109597

版次：1

商品编码：12041003

包装：精装

外文名称：Design Of The Ultra-wideband Pulse Antenna

开本：16开

出版时间：2016-09-01

用纸：胶版纸

页数：240

字数：318000

正文语种：中文

内容简介

　　《超宽带脉冲天线设计》首先综述了超宽带脉冲天线技术研究的历史与现状。接着讨论了各种超宽带脉冲信号特性。随后讨论了单极超宽带天线、螺旋天线宽频带特性；分析了超宽带平面单极天线、缝隙天线、陷波天线、蝴蝶结天线的宽带性能；分析了各种加载天线的脉冲辐射特性；分析了多种喇叭天线的性能及增强脉冲天线低频辐射的方法。最后，介绍了基于阶跃恢复二极管、雪崩三极管等电路产生脉冲信号的方法，讨论了超宽带天线馈电及巴伦的设计。
　　《超宽带脉冲天线设计》从天线应用的角度考虑天线设计，并给出了大量的天线设计实例，可作为从事超宽带天线研究的硕士生、博士生的参考资料，也可供超宽带天线设计的工程技术人员参考。

作者简介

　　李长勇，博士，解放军重庆通信学院副教授。主要从事无线电通信技术与装备的教学和科研工作，主要研究方向为无线通信天线技术；主讲“模拟电子技术”“通信电子电路”“电波与天线”“无线电台原理与维修”等课程；主持（参与）完成“超宽带无线电跳时扩谱技术”“脉冲天线带宽扩展技术研究”“基于ITS软件的短波链路与天线模型研究”等8项省部级以上科研项目；获军队科技进步奖2项；发表论文40余篇，主（参）编教材5部，出版专著3部，申请发明专利3项。
　　
　　李引凡，硕士，解放军重庆通信学院讲师。主要从事无线电通信技术与装备的教学和科研工作：主讲“无线电通信原理与装备”“通信装备管理与技术保障”“车载通信系统”等课程；参与完成“脉冲天线带宽扩展技术研究”“基于ITS软件的短波链路与天线模型研究”等3项省部级以上科研项目；获军队科技进步奖1项，发表论文60余篇，主审（主编）军队级教材5部，参编教材6部，出版专著2部。

目录

第1章 绪论
1．1 超宽带技术概念
1．2 超宽带技术特点
1．3 超宽带技术应用研究现状
1．3．1 探地雷达应用
1．3．2 高空雷达应用
1．3．3 合成孔径雷达应用
1．3．4 超宽带无线电通信应用
1．3．5 生物医学工程应用
1．4 超宽带脉冲天线研究综述
1．4．1 频率无关天线作脉冲天线
1．4．2 脉冲辐射天线加载技术
1．4．3 TEM喇叭脉冲天线
1．4．4 平面印制超宽带天线
1．4．5 天线数值计算分析方法
1．5 脉冲天线研究的特殊性
1．5．1 脉冲辐射的瞬态性
1．5．2 脉冲辐射天线参数表示
1．5．3 脉冲天线的馈电问题
1．5．4 脉冲天线的时域近场测量技术
参考文献

第2章 超宽带脉冲信号
2．1 脉冲信号的时频参数
2．1．1 脉冲信号的时宽
2．1．2 脉冲信号的频宽
2．2 常见脉冲信号
2．2．1 单极性脉冲信号
2．2．2 双极性脉冲信号
2．2．3 正弦波调制脉冲信号
2．2．4 厄米特多项式脉冲信号
2．3 超宽带信号波形设计
2．3．1 基于高斯波形的组合优化设计
2．3．2 基于高斯微分脉冲基函数的迭代组合设计
2．3．3 基于窗函数滤波法的设计
参考文献

第3章 超宽带单极天线
3．1 天线带宽定义
3．2 旋转对称结构单极天线
3．2．1 锥形单极天线
3．2．2 套筒单极天线
3．2．3 火山烟雾形单极天线
3．3 圆盘超宽带单极天线
3．4 方形超宽带单极天线
3．5 带圆孔超宽带单极天线
3．6 带L形反射板的单极天线
参考文献

第4章 平面螺旋天线脉冲辐射特性
4．1 非频变天线理论
4．2 阿基米德平面螺旋天线
4．3 等角螺旋天线
4．4 螺旋天线脉冲激励分析
4．4．1 天线表面三角化
4．4．2 基于RWG基函数的矩量法
4．4．3 天线参数
4．4．4 天线一自由空间转移函数
4．4．5 螺旋天线脉冲辐射特性
参考文献

第5章 超宽带平面天线
5．1 超宽带平面单极天线
5．2 超宽带平面缝隙天线
5．3 具有陷波功能的超宽带平面天线
5．3．1 开槽的方法
5．3．2 引入寄生单元的方法
5．3．3 添加匹配枝节的方法
5．3．4 采用分形结构实现陷波
5．3．5 遗传算法实现陷波
5．4 超宽带平面双极天线
5．5 蝴蝶结天线矩量法分析
5．5．1 输入阻抗与反射系数
5．5．2 辐射功率和增益
5．5．3 方向性
5．5．4 脉冲辐射特性
参考文献

第6章 加载天线的脉冲辐射特性
6．1 线状天线的加载方式
6．2 面状天线加载技术
6．3 天线介质加载
6．4 加载单极天线脉冲辐射特性
6．4．1 加载单极振子天线的FDTD建模
6．4．2 五种单极天线加载方式
6．4．3 结果比较
6．5 加载偶极天线脉冲辐射特性
6．5．1 RWG基函数及阻抗加载模型
6．5．2 天线脉冲辐射特性
6．5．3 短波频段电阻加载偶极天线
参考文献

第7章 TEM喇叭脉冲天线
7．1 TEM喇叭天线结构
7．1．1 阻抗渐变TEM喇叭天线
7．1．2 恒阻抗TEM喇叭天线
7．1．3 低频补偿TEM喇叭天线
7．2 TEM天线脉冲辐射特性比较
7．2．1 主辐射特性比较
7．2．2 背向辐射与反射特性
7．2．3 不同几何尺寸的恒阻抗TEM喇叭辐射特性分析
7．3 同轴双锥天线脉冲辐射特性
7．4 加脊喇叭天线
7．5 渐变槽天线
7．5．1 指数渐变槽天线
7．5．2 加载波纹指数渐变槽天线
7．5．3 互补指数渐变槽天线
参考文献

第8章 超宽带脉冲天线低频辐射增强技术
8．1 喇叭天线臂内增加脊线
8．2 喇叭天线两臂间填充介质材料
8．2．1 天线传输线模型数值分析
8．2．2 部分介质填充天线特性
8．3 增加TEM喇叭天线臂末端延伸臂
8．3．1 喇叭臂圆弧延伸
8．3．2 喇叭臂上增加辐射臂
8．3．3 喇叭两臂弯折回馈电处
8．4 电偶一磁偶极子组合辐射
8．4．1 矩形框与TEM喇叭组合结构
8．4．2 金属回线与TFEM喇叭组合结构
8．4．3 单极振子与短路线组合结构
8．4．4 平面火山烟雾形组合结构
8．4．5 平面蝴蝶结组合结构
参考文献

第9章 超宽带脉冲产生器的设计
9．1 脉冲产生器的设计要求和方法
9．2 基于阶跃恢复二极管的脉冲产生器
9．3 基于雪崩三极管的脉冲产生器
9．3．1 单管脉冲产生器
9．3．2 同步触发脉冲产生器
9．4 基于正弦波截断的脉冲产生器
9．5 基于方波微分滤波的脉冲产生器
9．5．1 微分与放大电路
9．5．2 滤波电路
9．5．3 宽带放大器
9．5．4 完整电路仿真和实验
9．6 基于数／模转换器产生脉冲
9．6．1 升余弦函数包络脉冲信号
9．6．2 Sa（x）函数包络脉冲信号
9．6．3 高斯包络余弦波脉冲信号
9．6．4 不同采样率下的谱频特性
9．7 基于数字逻辑电路产生脉冲
参考文献

第10章 超宽带阻抗变换器设计
10．1 TEM喇叭天线的馈电
10．2 平面结构天线的巴伦设计
参考文献

本书是一本关于超宽带（UWB）脉冲天线设计的深入研究和实践指南，旨在为从事无线通信、雷达、电子战、测试测量以及其他需要高性能超宽带天线技术的工程师、研究人员和学生提供全面的知识体系和实用的设计方法。 一、超宽带（UWB）技术概览与脉冲天线的核心价值 本书首先从宏观视角出发，系统性地介绍了超宽带（UWB）技术的演进历程、基本原理及其在现代通信系统中扮演的关键角色。我们将探讨UWB技术与传统窄带技术的本质区别，着重阐述其在高数据传输速率、低功耗、高精度测距和定位等方面的独特优势。在此基础上，本书将深入剖析脉冲在UWB通信和传感中的核心地位，解释为何基于脉冲的信号传输能够充分发挥UWB的潜力，并引出设计高效UWB脉冲天线的必要性和重要性。 我们将详细介绍UWB频谱的划分与应用场景，例如低辐射功率（UWB-LR）的短距离通信，如无线个人区域网（WPAN）、高速数据传输、无线USB等；以及高辐射功率（UWB-HR）的应用，如雷达探测、地质勘探、医疗成像、碰撞规避等。这些广泛的应用场景对天线提出了极高的要求，即在极宽的频率范围内实现高效率、低失真、优良的阻抗匹配以及稳定的方向图特性。 二、UWB脉冲天线的设计基础理论与关键参数 本书的第二部分将聚焦于UWB脉冲天线设计的理论基石。我们将系统梳理电磁场理论、天线原理以及相关的数学建模方法。在此基础上，本书将详细阐述UWB脉冲天线设计中至关重要的关键参数，并提供精确的计算和评估方法。这些关键参数包括： 带宽（Bandwidth）： 详细讲解不同带宽定义（如S11 < -10dB, S11 < -6dB）的含义及其对实际性能的影响。分析影响带宽的主要因素，如天线结构、馈电方式、介质材料等，并介绍提升带宽的常用技术。 阻抗匹配（Impedance Matching）： 深入探讨在宽带范围内实现良好阻抗匹配的挑战，介绍史密斯圆图在宽带匹配中的应用，以及匹配网络的原理和设计方法。分析阻抗失配对脉冲信号失真的影响。 方向图特性（Radiation Pattern）： 讲解全向、定向、宽波束等不同方向图的特点及其在不同应用中的适用性。分析宽带方向图稳定性的重要性，以及如何通过天线设计来控制方向图。 增益（Gain）与效率（Efficiency）： 定义和解释天线的增益和效率，特别是在宽带应用中，效率随频率变化的特性。探讨如何提高天线效率，减少能量损耗，从而提升整体系统性能。 时域响应（Time-Domain Response）： 这是UWB脉冲天线设计的独特挑战。本书将深入分析天线在时域上的表现，包括脉冲的传输延迟、失真（如振铃、波形变形）、瞬态响应等。讲解如何通过天线设计来最小化时域失真，确保脉冲信号的完整性。 极化（Polarization）： 讨论线极化、圆极化等不同极化方式的特点，以及在特定应用中选择合适极化的重要性。 三、主流UWB脉冲天线的设计方法与结构类型 本书的核心内容将围绕各种主流的UWB脉冲天线的设计方法和结构类型展开。我们将从基本概念入手，逐步深入到复杂的设计技术。 一维（1D）UWB天线： 偶极子类天线： 详细介绍不同形式的宽带偶极子，如多极子（Monopole）、双极子（Dipole）、折叠偶极子（Folded Dipole）及其变体。分析它们的带宽扩展原理，例如通过改变臂的形状、增加寄生单元等。 单极天线（Monopole Antenna）： 重点分析单极天线的接地平面（Ground Plane）对带宽的影响，以及如何通过优化接地平面尺寸和形状来实现宽带性能。 二维（2D）UWB天线： 平面偶极子（Planar Dipole）： 介绍各种平面偶极子结构，如蝴蝶形（Bowtie）偶极子、V形偶极子等，分析其实现宽带的机制，并讨论其在PCB上的实现方式。 斑马线天线（Zipper Antenna）： 详细阐述斑马线天线的结构特点，分析其如何通过周期性结构实现宽带特性，并探讨其在微带线上的应用。 螺旋天线（Spiral Antenna）： 介绍单臂螺旋、双臂螺旋、多臂螺旋天线的结构，分析其实现宽带和某些方向图特性的原理，讨论其在不同介质基板上的设计。 对数周期天线（Log-Periodic Antenna）： 深入分析对数周期天线的结构和工作原理，说明其为何能实现极宽的带宽，并提供其设计流程和优化方法。 三维（3D）UWB天线： 锥形喇叭天线（Conical Horn Antenna）： 介绍锥形喇叭天线的结构，分析其在宽带应用中的优势，并讨论如何优化喇叭口尺寸和喉部来获得良好的宽带性能。 多层结构天线： 探讨通过叠加不同功能的层或单元来扩展带宽和改善性能的设计理念。 新型UWB脉冲天线结构： 基于人工结构（Metamaterial/Metasurface）的天线： 介绍如何利用人工电磁材料的特性来设计高性能的UWB天线，例如通过加载超材料单元来减小天线尺寸、扩展带宽或实现特定功能。 基于分形几何（Fractal Geometry）的天线： 探讨分形结构的自相似性如何应用于天线设计，以实现小型化和宽带化。 基于多模谐振（Multi-mode Resonance）的天线： 分析如何通过激励天线的多个谐振模式来覆盖UWB频带。 四、UWB脉冲天线的设计实现与仿真优化 本书的第四部分将聚焦于UWB脉冲天线的实际设计、实现与优化过程。 设计流程与步骤： 提供一套系统化的UWB脉冲天线设计流程，包括需求分析、初步选型、参数计算、仿真优化、加工制作、测试验证等关键环节。 电磁仿真软件的应用： 详细介绍主流电磁仿真软件（如CST Studio Suite, HFSS, FEKO等）在UWB脉冲天线设计中的应用。演示如何进行模型建立、网格划分、激励设置、求解器选择、后处理分析等操作。重点讲解如何利用仿真软件进行参数扫描、优化算法的应用，以及如何精确地评估天线的各项性能指标。 加工工艺与材料选择： 讨论不同加工工艺（如PCB蚀刻、CNC加工、3D打印等）对天线性能的影响。分析各种介质材料（如FR-4, Rogers, Teflon等）的电磁特性及其在UWB天线设计中的选择标准。 实际加工中的挑战与解决方案： 针对实际加工中可能出现的误差、焊接等问题，提出相应的解决方案和注意事项，以确保设计性能的实现。 五、UWB脉冲天线的性能评估与测试技术 本书的第五部分将详细阐述UWB脉冲天线的性能评估方法和测试技术。 S参数（S-parameters）的测量与分析： 讲解如何使用矢量网络分析仪（VNA）测量天线的S11（回波损耗）和S21（传输系数），并分析其在评估天线带宽和阻抗匹配方面的作用。 方向图测量： 介绍方向图测量系统的工作原理，以及如何进行远场和近场方向图的测量，并分析其在评估天线辐射特性的重要性。 效率测量： 讲解多种效率测量方法，如辐射效率、总效率的定义和测量。 时域性能测试： 重点介绍如何使用示波器、脉冲发生器等设备来测量天线的时域响应，如脉冲的上升时间、下降时间、延迟、振铃等，并分析这些参数对UWB系统性能的影响。 应用场景下的性能验证： 结合具体的UWB应用场景，如雷达、通信等，讨论在实际环境中如何对天线性能进行综合验证。 六、前沿研究方向与未来展望 本书的最后一章将目光投向UWB脉冲天线设计的最新研究进展和未来发展趋势。 超材料与智能超表面（Intelligent Metasurfaces）在UWB天线中的应用： 探讨如何利用可重构、自适应的超材料设计出性能更优越、功能更丰富的UWB天线。 小型化与集成化设计： 讨论如何进一步减小UWB天线的尺寸，并将其集成到芯片、封装或现有设备中。 宽带波束赋形（Wideband Beamforming）与智能天线： 展望未来UWB天线在波束赋形、自适应跟踪等方面的研究方向。 应用于新兴UWB技术： 讨论UWB技术在物联网（IoT）、人工智能（AI）、自动驾驶等新兴领域的应用，以及对UWB脉冲天线提出的新挑战和需求。 本书的结构旨在循序渐进，从理论基础到实践应用，为读者提供一个全面、深入且实用的UWB脉冲天线设计知识体系。通过本书的学习，读者将能够独立完成高性能UWB脉冲天线的设计、仿真、优化和测试工作，从而更好地服务于日益发展的UWB技术领域。

评分☆☆☆☆☆

读到《超宽带脉冲天线设计》这个书名，我立刻感觉到它触及了无线通信领域一个非常核心且前沿的议题。超宽带技术，特别是其脉冲模式的应用，在很多新兴领域都展现出巨大的潜力，比如高性能雷达、精确测距、高速数据传输，甚至在医学成像方面也可能发挥作用。我希望这本书能够提供一套系统性的设计理论和方法论，让读者能够理解并掌握如何设计出满足这些严苛需求的脉冲天线。书中会不会深入剖析超宽带脉冲信号的频谱特性，以及如何将这些特性转化为天线设计的具体指标？我非常期待能从中了解到，如何通过精心设计的几何形状、材料特性以及激励方式，来获得宽频谱的阻抗匹配和高效的辐射效率。同时，对于脉冲信号，其瞬态响应至关重要，这本书是否会详细讲解如何优化天线的瞬态性能，例如降低寄生电感和电容的影响，确保发射出去的脉冲波形尽可能地保持完整，接收到的信号也能够准确无误。我猜测书中可能会介绍一些具有创新性的天线结构，例如基于分形几何的天线，或者采用特殊电磁材料的加载天线，以实现超宽带的性能。此外，我也希望书中能够涵盖一些实际的工程实践，比如仿真工具的应用、参数优化过程、以及实际样机的测试和性能评估。这本书，无疑是一部能够带领我们探索未知领域的重要指南。

评分☆☆☆☆☆

这本《超宽带脉冲天线设计》从书名上看，就充满了令人兴奋的可能性！我一直对无线通信领域，特别是那些能够处理极短、极宽频谱脉冲的天线技术非常着迷。想象一下，这种天线能够同时承载大量的信息，或者在特定的应用场景下（比如雷达、电子对抗，甚至可能是未来的一些通信方式）发挥出独一无二的作用。书名中的“超宽带”和“脉冲”这两个词汇组合，就暗示了这本书深入探讨的是那些性能边界上的技术，如何设计出能够精确发射和接收如此特殊信号的天线。我非常期待书中能够详细介绍相关的理论基础，比如脉冲的频谱特性、超宽带信号的生成与检测方法，以及这些信号对天线在阻抗匹配、瞬态响应、方向性以及可能的非线性效应方面提出的严苛要求。我相信，本书的作者一定在设计这类复杂天线方面有着深厚的积累，或许会分享一些巧妙的结构设计，例如螺旋天线、偶极子天线的改进型，或是全新的天线拓扑结构，来应对超宽带脉冲信号在时域和频域上的挑战。此外，我也很好奇书中会不会涉及一些实际的仿真工具和测试方法，因为理论设计最终需要通过验证才能落地，而对于这种前沿技术，精确的仿真和严谨的测试更是至关重要。这本书，无疑是一扇通往无线通信前沿领域的大门，让我对接下来的探索充满期待。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《超宽带脉冲天线设计》这个书名时，我的脑海中立即浮现出那些令人惊叹的高科技应用场景。想象一下，一款能够发射和接收极短、极宽频谱脉冲信号的天线，它所带来的信息传输带宽和分辨率是多么惊人！我相信，这本书一定蕴含着丰富的理论知识和前沿的设计思路。我非常期待能够从中学习到如何精确地理解和描述超宽带脉冲信号的特性，以及这些特性如何对天线的设计提出独特的挑战。比如，如何设计一个天线，使其在从几百兆赫兹到几十吉赫兹甚至更高的频率范围内都能够有良好的性能表现？这需要精妙的结构设计和优化的材料选择。书中是否会探讨一些特殊的结构，例如加载了电阻、电容、电感的偶极子天线，或者采用特殊介质材料的喇叭天线，以实现宽带匹配和脉冲信号的无失真传输？我特别好奇的是，作者是如何处理脉冲信号在时域的瞬态响应问题。这涉及到天线的寄生参数、电感和电容效应，以及如何通过设计来抑制这些不利因素。此外，我也希望能看到一些关于脉冲天线在实际应用中的考量，例如在复杂电磁环境下的抗干扰能力，以及在紧凑型设备中的小型化设计。总而言之，这本书给我带来的，是对未来无线通信和探测技术无限可能性的憧憬。

评分☆☆☆☆☆

我最近在寻找关于天线设计的深度技术资料，尤其是针对那些性能要求极高的应用。当我在书店偶然看到《超宽带脉冲天线设计》这本书时，立刻就被它吸引住了。我猜想，这本书很可能不仅仅是介绍一些基础的天线理论，而是会深入到一些非常具体且具有挑战性的设计细节中。比如，如何设计一个天线，使其在极宽的频率范围内都能保持良好的阻抗匹配，这是超宽带天线设计中的一个核心难题。同时，脉冲信号具有很短的瞬态响应时间，这意味着天线的设计还需要考虑其在时域的动态性能，如何避免信号的畸变和损耗，确保脉冲的形状尽可能地完整。我设想书中会详细阐述一系列的设计原理和方法，可能包括一些先进的电磁仿真软件的应用，比如HFSS, CST等，如何利用这些工具来优化天线的几何结构，预测其在不同频段的辐射特性和效率。此外，对于脉冲天线，其瞬态电磁场的行为也与传统的连续波天线有所不同，书中会不会探讨如何精确地建模和分析这些瞬态场？这对于理解和优化天线的性能至关重要。我也很好奇，这本书是否会涉及一些特殊的材料和制造工艺，以满足超宽带脉冲天线在性能上的极致追求。总而言之，这本书对我来说，是一本充满技术深度和实用价值的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直是为那些在雷达、电子战、高带宽通信等领域苦苦探索的工程师和研究人员点亮了一盏明灯。我一直认为，超宽带技术是未来无线通信的关键发展方向之一，而脉冲天线作为实现这一技术的核心器件，其设计难度不言而喻。我期待在这本《超宽带脉冲天线设计》中，能够看到作者如何将复杂的电磁理论与实际工程应用巧妙地结合起来。书中是否会提供一套系统性的设计流程，从需求分析、理论建模、仿真优化到最终的实物验证，都有一条清晰的路径可以遵循？我尤其关心的是，对于脉冲天线，其瞬态响应的精确控制是如何实现的。众所周知，不同频率的信号在天线中传播的速度和相位会略有差异，这可能导致脉冲的形状发生变化。这本书能否解释如何通过天线的结构设计，最小化这种色散效应，从而保证传输信号的完整性？而且，考虑到超宽带信号的频谱范围非常宽，天线在整个工作频带内的增益、方向性和极化特性是否都能够得到有效的控制？我希望书中能有丰富的案例研究，展示不同类型的超宽带脉冲天线，比如单极子、偶极子、喇叭天线等的改进设计，以及它们在实际应用中的表现。这本书，绝对是值得深入研究的。