超宽带天线的相关技术理论方法

天线理论与技术已经有了很长的发展历史，无数的学者研制出了能满足各种无线电系统要求的天线。随着社会的进步，科学技术的发展，无线电频谱不断地得到开拓，无线电系统的带宽也不断地扩展，促进了二十世纪末一门新的学科—超宽带天线技术的诞生。

本书是一部介绍超宽带天线技术设计方法与性能的技术性书籍，学术水平高，内容丰富。全书旨在为有兴趣的读者提供参考资料，以下为本书的研究范围概述：第1章介绍了超宽带天线的应用背景，在第2章中介绍了与经典天线理论和设计相关的一般概念，并简要介绍了多年来“常规”天线的主要参数。

第3章是在不同期刊发表的超宽带天线近期发展情况的汇总。这些发展根据其结构的不同来分类。一般而言，定义了两种类型的结构：平面天线和平面化天线（文献中通常不使用“平面化”这个术语，但为了区分地平面嵌入式和非嵌入式平板式天线，我们引入这一术语）。本章还介绍了旨在实现更广泛的工作频率范围的一些早期工作，为超宽带天线的基本原理提供了许多指导。

第4章讨论了超宽带天线设计的理论发展，其中要定义的第一个参数就是带宽。正如本章所指出的，虽然可以直接制定单一的带宽定义，但背后有许多基础理论。超宽带天线的基本概念是品质因数，由惠勒以小天线为背景进行相关研究，并由Schantz进行了进一步的探索，分析了该因数对带宽的依赖性。这个因数与带宽成反比关系，这意味着超宽带天线必须具有较低的品质因数以便存储尽可能少的能量从而实现较宽的带宽。另一个重要的概念是立体结构等价，从而实现天线的平面化结构，取代立体天线。这一概念对于便携式设备中的超宽带天线的发展以及将小型低剖面天线集成在最近的小范围身体局域网络中的可穿戴设备上显得至关重要。

超宽带天线的另一个特殊方向涉及时域信号分析。由于超宽带脉冲的持续时间相对较短，瞬态响应不可忽视，因为它提供了测量色散（即失真现象）的方法。测量这种现象的重要性在于它对传输的数据速率施加了一定的约束。这些问题，连同性能测量，如群时延和相位线性度，将在第5章中得到解决。本章还给出了色散与非色散天线的示例。

第6章介绍了超宽带全向天线的设计指南。其中的难点是在整个带宽上保持天线辐射方向图形状不变。本章描述了一种设计方法，主要考虑三个目标：阻抗匹配，通过反射系数大小来评估；相位线性度，通过反射系数的相位来确定；以及辐射方向图形状的变化。本质上，与天线辐射贴片尺寸相关的四个参数是变量。本章包括介绍文献中研究超宽带全向天线设计的各种方法，并对它们进行了性能比较。

第7章中介绍了定向超宽带天线设计的相关内容。基于第6章当中关于全向天线的设计理论，本章提出了一种具体的设计方法。区别在于引入了一个关于辐射贴片倾斜角度的新的变量。这种辐射贴片的倾斜可以实现天线的定向辐射。本章还讨论了一种基于立体平面对应原理的不同设计方法，该方法设计的结构可以实现任意低的截止频率。本章比较了一些作者设计的超宽带定向天线的仿真结果，并评估了它们的性能。

值得注意的是，本书中提出的所有仿真结果都是使用CST Microwave Studio软件进行仿真分析。第6章和第7章所示的测量结果是使用了安捷伦网络分析仪E8362B进行测量得到的。

第8章讨论了超宽带天线领域的一些当前趋势和未解决的问题。特别的是较近的身体局域网络，并为其设计了各种各样的天线。医学成像是本章中包含的另一个主题，主要面向乳腺癌检测，此项技术要求必须实现高时间分辨率。本章中介绍了为此目的而设计的一些天线的主要特性。

第9章为本书结尾，讨论的是超宽带天线的分析和设计涵盖的一个重要主题：电磁学中的数值方法。麦克斯韦方程的复杂性以及如何解决它们多年来一直是不同作者感兴趣的问题。在这一领域已经开发了具有不同方法的数值工具。本章讨论了三种常用方法的特点、起源和步骤：有限差分法、有限元法和矩量法。本章还分析了一些用于天线仿真设计的商业软件和它们的性能。

原著由西班牙著名技术专家Giselle M. Galvan-Tejada博士、Marco Antonio Peyrot-Solis博士和Hildeberto Jardón Aguilar博士共同编写。

Giselle M. Galvan-Tejada出生于墨西哥的墨西哥城，于1994年在墨西哥国立理工学院获得通信和电子工程理学学士学位，1996年在墨西哥IPN研究和高级研究中心获得在电气工程理学硕士学位，2000年在英国布拉德福德大学获得电子与通信工程博士学位。她在墨西哥IPN研究和高级研究中心电气工程系通信科工作，担任讲师和全职研究员。她是IEEE成员和墨西哥国家研究人员委员会的国家研究员。她的研究方向包括无线电通信系统、无线传感器网络、无线电传播、天线阵列技术、超宽带天线、WiMAX、空分多址，以及有效利用频谱的技术。

Marco A. Peyrot-Solis出生于墨西哥的韦拉克鲁斯。他分别于1989年、2003年和2009年在墨西哥海军学院获得海军科学工程学士学位、美国海军研究生院获得电气工程硕士学位和墨西哥城国家理工学院高级研究中心获得通信博士学位。目前在墨西哥海军工作，研究方向是超宽带天线和电磁兼容性。

Hildeberto Jardón-Aguilar出生于墨西哥的特南欣格。他在ESME-IPN获得了电气工程学士学位，并获得了莫斯科电信和信息技术大学无线电系统的博士学位。自1985年以来，他一直担任IPN研究和高级研究中心的全职教授。他的研究方向包括射频和微波电路的非线性分析、电磁兼容性、天线和光子系统。他著有五本专著，在期刊和会议上发表了100多篇技术论文。

国防工业出版社引进该书版权后由西安电子科技大学李蕊老师率翻译团队（徐乐、胡伟）完成该书的翻译，本书在翻译过程中获得了相关图书基金的资助出版。

本书共204页，23.6万字。共9个章节，包括：引言；天线的有关概念；超宽带天线最新进展；超宽带天线理论的发展；相位线性度；全向超宽带通信天线设计；平面和立体定向超宽带天线设计；目前的趋势及一些尚未解决的问题；电磁学数值方法。涉及超宽带天线技术的各各方面，全面反映了当前超宽带天线理论与技术研究成果和实用方法。       

本书深入浅出的论述了超宽带天线的相关技术理论方法，并分类整理了很多超宽带天线的设计模型以及仿真结果，方便读者应用和查阅。全书有图片168幅，表格12个，可谓图文并茂。

本书可以为天线专业的在校大学生、研究生，从事天线技术的研究学者与广大工程技术人员提供相关知识与实例参考。

宽带方法理论科学技术

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