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第1章 超宽带天线阵1

1.1 引言1

1.1.1 周期阵列中的栅瓣2

1.1.2 紧耦合宽带天线阵3

1.1.3 早期非周期阵列设计方法4

1.2 多频段和超宽带阵列设计基础5

1.2.1 分形理论及其在阵列天线设计中的应用5

1.2.2 非周期布阵理论13

1.2.3 优化技术17

1.3 现代超宽带阵列设计技术19

1.3.1 多维分形阵列19

1.3.2 基于幂级数表示法的阵列设计20

1.3.3 基于非周期布阵的阵列设计22

1.4 超宽带阵列设计实例28

1.4.1 直线、平面多维分形阵列实例28

1.4.2 线性RPS阵列设计实例34

1.4.3 基于非周期布阵的平面阵列38

1.4.4 基于非周期布阵的三维立体阵列41

1.5 全波仿真和超宽带设计实验验证42

1.5.1 RPS阵列全波仿真优化43

1.5.2 平面非周期布阵阵列的全波仿真优化45

1.5.3 线性多维分形阵列实验验证47

参考文献50

第2章 智能天线54

2.1 简介54

2.2 智能天线的研究背景55

2.2.1 波束形成55

2.2.2 波达方向估计技术59

2.3 智能天线信号处理61

2.3.1 算法描述62

2.3.2 智能天线自适应波束形成和调零68

2.3.3 扩展算法在智能天线中的应用72

2.4 宽带波达方向估计73

2.4.1 投影子空间正交测试（TOPS）方法75

2.4.2 频域子空间正交测试（TOFS）方法77

2.4.3 TOPS改进算法77

2.5 知识辅助智能天线78

2.5.1 地形信息79

2.5.2 分析工具81

2.6 结论88

致谢88

参考文献88

第3章 Vivaldi天线阵91

3.1 背景和一般特性91

3.1.1 简介91

3.1.2 背景91

3.1.3 应用92

3.1.4 结构组成92

3.1.5 加工与制作95

3.1.6 Vivaldi阵列性能综合讨论97

3.2 Vivaldi阵列设计100

3.2.1 背景100

3.2.2 宽带无限阵列单元设计102

3.2.3 无限×有限阵列截断效应108

3.2.4 有限阵列的截断效应112

致谢118

参考文献118

第4章 人工磁导体/高阻抗表面122

4.1 引言122

4.2 背景122

4.3 基本理论分析与仿真123

4.3.1 等效电路模型123

4.3.2 等效媒质模型124

4.3.3 AMC结构的CEM仿真126

4.4 新技术及其应用127

4.4.1 磁性AMC127

4.4.2 可重构AMC133

4.4.3 新型AMC结构137

参考文献143

第5章 超材料天线147

5.1 引言147

5.2 负折射率超材料（NRI）148

5.3 基于NRI概念的超材料天线149

5.3.1 漏波天线150

5.3.2 微型、多频带贴片天线152

5.3.3 紧凑、低剖面单极子天线154

5.4 利用EBG缺陷模的高增益天线156

5.5 利用各向异性媒质色散特性的小型化天线157

5.5.1 通过印制电路的各向异性仿真实现DBE和MPC模式158

5.5.2 利用印制耦合环设计DBE天线160

5.5.3 DBE天线性能的改善：耦合双环（CDL）天线162

5.5.4 变容二极管加载的CDL天线163

5.5.5 微带MPC天线设计163

5.6 超材料天线的平台/运载工具集成165

5.7 宽带超材料天线阵列（Tzanidis，Sertel，Volakis）166

5.7.1 简介166

5.7.2 超材料阵列的原理结构图167

5.7.3 10：1带宽MTM交叉螺旋阵列168

参考文献169

第6章 仿生天线设计方法174

6.1 引言174

6.2 遗传算法174

6.2.1 遗传算法的构成要素174

6.2.2 成功的遗传算法181

6.2.3 范例182

6.3 遗传编程186

6.4 高效的全局优化188

6.4.1 DACE随机过程模型188

6.4.2 相关参数估计189

6.4.3 选择下一个设计点190

6.4.4 收敛191

6.4.5 EGO和GA优化设计比较191

6.5 粒子群优化算法191

6.6 蚁群优化算法192

参考文献193

第7章 可重构天线197

7.1 引言197

7.1.1 可重构天线的物理组件197

7.1.2 定性描述198

7.1.3 拓扑199

7.2 分析200

7.2.1 传输线、网络和电路模型200

7.2.2 微扰法200

7.2.3 变分法200

7.3 天线可重构机制概述201

7.3.1 机电201

7.3.2 铁氧体材料208

7.3.3 固态器件209

7.3.4 流体可重构212

7.3.5 开关速度及其他参数214

7.4 控制、自动化及应用214

7.5 总结217

7.6 结束语217

参考文献218

第8章 天线的医学应用：可吸收胶囊天线221

8.1 引言221

8.2 平面弯曲偶极子223

8.2.1 平衡平面弯曲偶极子理论224

8.2.2 平衡平面弯曲偶极子仿真和测试225

8.2.3 偏馈平面弯曲偶极子仿真和测试227

8.3 自由空间天线设计228

8.3.1 共形弯曲枝节振子天线228

8.4 人体天线设计234

8.4.1 人体内的调制天线234

8.4.2 电子元件对天线性能的影响236

8.5 SAR和链路预算分析237

8.5.1 简单人体模型237

8.5.2 特定吸收率分析238

8.5.3 链路预算特性描述239

8.5.4 自由空间链路预算——Friis和HFSS240

8.5.5 三种无线通信链路的比较242

参考文献246

第9章 漏波天线248

9.1 引言248

9.1.1 背景248

9.1.2 简介248

9.1.3 原理及特点248

9.1.4 分类250

9.2 漏波理论252

9.2.1 漏波机理252

9.2.2 一维单向漏波辐射255

9.2.3 一维双向漏波辐射256

9.2.4 周期性结构辐射258

9.2.5 宽边辐射260

9.2.6 二维漏波辐射263

9.3 新型结构265

9.3.1 全空间扫描CRLH天线265

9.3.2 全空间扫描相位反转天线268

9.3.3 全空间扫描铁氧体波导天线271

9.3.4 阻抗匹配全空间扫描天线274

9.3.5 共形CRLH天线276

9.3.6 平面波导天线278

9.3.7 高定向金属线媒质天线280

9.3.8 二维金属带光栅（MSG）部分反射面（PRS）天线283

9.4 新型系统286

9.4.1 高效能量循环天线286

9.4.2 铁氧体波导复合双工器天线288

9.4.3 有源波束赋形天线291

9.4.4 分布式放大器天线293

9.4.5 波达方向估计294

9.5 结论297

参考文献297

第10章 等离子天线302

10.1 引言302

10.2 等离子天线的基本理论302

10.3 等离子天线窗（智能等离子天线设计基础）303

10.3.1 数值结果的理论分析304

10.3.2 几何结构304

10.3.3 电磁边值问题305

10.3.4 部分波展开（汉克尔函数的叠加定理）305

10.3.5 建立矩阵问题306

10.3.6 远区辐射场306

10.4 智能等离子天线309

10.5 等离子频率选择表面310

10.5.1 简介310

10.5.2 理论计算和数值结果310

10.5.3 部分导电圆柱体的散射312

10.6 实验316

10.7 其他等离子天线模型319

10.8 等离子天线热噪声320

10.9 等离子天线制作现状321

10.10 等离子天线的最新进展322

10.10.1 极化效应理论322

10.10.2 低平均脉冲功率输入时的稠密等离子生成322

10.10.3 用于智能等离子体天线的法布里-泊罗谐振器322

参考文献323

第11章 天线模拟的数值方法325

11.1 时域模拟325

11.1.1 FDTD和FETD基本准则325

11.1.2 复杂媒质中超宽带天线问题326

11.1.3 PML吸收边界条件327

11.1.4 不均匀色散媒质PML-FDTD算法327

11.1.5 色散、非均匀媒质的PML-FETD算法330

11.1.6 算例331

11.1.7 双极化UWB-HFBT天线333

11.1.8 超材料的时域模拟334

11.2 频域有限元法FEM335

11.2.1 时谐波方程的一般形式336

11.2.2 有限元结构建模338

11.2.3 矢量有限元340

11.2.4 有限元矩阵的计算342

11.2.5 建立馈电模型346

11.2.6 天线辐射特性的计算347

11.2.7 FEM算例——宽带Vivaldi天线347

11.3 共形域分解法350

11.3.1 符号和定义350

11.3.2 基于域分解方法的内部惩罚（penalty）352

11.3.3 离散公式355

11.3.4 数值结果356

参考文献365