內容簡介
《超寬頻(UWB)天線原理與設計》從不同角度將天線分別等效成感測器、阻抗變換器、輻射器、換能器進行了分析，然後對超寬頻天線進行了分類，最後討論超寬頻天線與系統設計的關係。全書在“部件性能”、“部件-系統”的深度和廣度上，向讀者全面介紹了超寬頻天線的基本原理和設計技術。《超寬頻(UWB)天線原理與設計》可供從事UWB通信和UWB天線研究的學者，從事UWB系統設計的工程技術人員，以及高等院校相關專業的博士生和碩士生閱讀參考。
作者簡介
作者：(美國)尚茨(HansSchantz)譯者：呂文俊尚茨，HansSchantz，博士是Next-RF公司的顧問物理學家和工程師。他的研究領域涵蓋了時域電磁學和高性能天線，尤其是在超寬頻天線方面。作為一名很受歡迎且頗具魅力的名師，他主講的關於超寬頻（UWB)天線的短期課程已成為IEEE天線和傳播領域國際討論會中正式的特色課程，同時他還是IEEE的高級會員。關於HansSchantz博士在超寬頻（UWB)方面工作研究的更多信息，可以在他的網站中獲取。Schantz博士已經在美國物理學報、IEEE宇航空間和電子系統會刊與IEEE天線和傳播雜誌上公布了他的工作成果。他已經完成了超過12篇的會議論文，擁有10項美國專利並有幾項申請中的專利。Schantz博士也是Q-Track公司的首席科學家，該公司是一家研究發展近場電磁測距技術的新興公司。採用窄帶低頻技術，近場電磁測距可以得到非常精確的位置。Schantz博士在普度大學獲得了工業工程學士學位和物理學課程榮譽學士學位。求學期間，他已在位於美國維吉尼亞州馬納薩斯的IBM公司和位於加利福尼亞州利弗莫爾的勞倫斯利弗莫爾國家試驗室實習過。在E.C.G蘇達山和約翰?A.?惠勒的指導下，他獲得了田納西大學理論物理學博士學位。Schantz博士的博士學位論文討論了在電子和磁偶極子周圍的電磁能量流，以及電抗性能量轉換成輻射能量的過程。Schantz博士目前和他的妻子以及兩個剛出生的女兒Greta和Cora居住在阿拉巴馬的漢茨維爾。在科研工作以外的空閒時間裡，他的愛好包括幫女兒換尿布、餵食和打飽嗝，但最大的嗜好還是蒙頭大睡。
目錄
第1章 超寬頻(UWB)天線簡介 1
1.1 歷史介紹 2
1.1.1 火花間隙的先驅們 3
1.1.2 短波與電視時代 10
1.1.3 更近期的進展 13
1.2 天線是什麼？ 19
1.2.1 作為感測器的天線 19
1.2.2 作為變換器的天線 20
1.2.3 作為輻射器的天線 20
1.2.4 作為換能器的天線 20
1.3 超寬頻天線 21
1.3.1 如何辨別超寬頻天線 21
1.3.2 超寬頻天線的分類 22
1.3.3 超寬頻設備和系統 23
1.4 結論 23
參考文獻 23
第2章 作為感測器的天線 27
2.1 頻寬 28
2.1.1 頻寬的計算 28
2.1.2 天線頻寬的確定 29
2.1.3 輻射頻寬 29
2.2 色散 30
2.2.1 色散天線的例子 30
2.2.2 非色散天線的例子 31
2.2.3 角度色散 32
2.3 能量向何處傳播 33
2.3.1 天線方向圖 34
2.3.2 天線的方向性係數、增益和孔徑 36
2.3.3 方向圖、增益和超寬頻天線 39
2.4 極化 42
2.5 天線的匹配 43
2.6 作為感測器的天線 44
參考文獻 44
第3章 作為變換器的天線 46
3.1 天線阻抗 46
3.1.1 超寬頻與窄帶天線的阻抗 46
3.1.2 天線阻抗的控制技術 47
3.2 傳輸線 49
3.3 從饋線過渡到自由空間 50
3.3.1 雙線過渡 50
3.3.2 同軸線過渡 51
3.3.3 平面傳輸線過渡 51
3.4 阻抗變換和匹配 54
3.4.1 匹配 55
3.4.2 阻抗變換 56
3.5 平衡線與不平衡線的連線 60
3.5.1 扼流圈 61
3.5.2 平衡-不平衡轉換器 62
3.5.3 兼容性 63
3.6 作為變換器的天線 64
參考文獻 64
第4章 作為輻射器的天線 66
4.1 時域與頻域 66
4.1.1 脈衝與正弦波 66
4.1.2 時域和頻域的基本原理 67
4.1.3 時域信號 68
4.1.4 時域與頻域 74
4.2 麥克斯韋方程組 74
4.2.1 全局坐標系與滯後形式 75
4.2.2 畢奧-沙伐定律與庫侖定律的傑費明各(Jefimenko)形式 75
4.2.3 輻射的右手法則 76
4.3 線天線 77
4.3.1 線天線的行為 77
4.3.2 實例 79
4.3.3 小結 84
4.4偶極場84
4.4.1 電偶極場 85
4.4.2 磁偶極場 86
4.4.3 偶極子的行為 86
4.5 作為輻射器的天線 91
參考文獻 92
第5章 作為換能器的天線 94
5.1 本章的動機 94
5.1.1 模型與現實 94
5.1.2 紐絞場線觀點的謬誤 95
5.2 電磁能量的存在位置 96
5.2.1 電磁能量簡史 96
5.2.2 關於電磁能量的困惑和悖論 98
5.2.3 舉例：加速電荷 100
5.2.4 因果面 101
5.3 偶極場的能量 102
5.3.1 指數規律衰減的偶極子 103
5.3.2 阻尼時諧偶極子 104
5.3.3 時諧偶極子 107
5.3.4 時域激勵 110
5.4 最佳天線單元的設計 114
5.4.1 “粗胖者佳”原則 115
5.4.2 最佳的偶極子形狀 116
5.4.3 最佳的環形狀 116
5.5 天線尺寸的基準極限 117
5.5.1 朱-哈林登極限 117
5.5.2 麥克林極限 118
5.5.3 超寬頻情況下還有Q值嗎？ 118
5.5.4 超寬頻實踐中基於Q值的天線極限 122
5.5.5 基於能流的天線特性極限 125
5.6 作為換能器的天線 129
參考文獻 130
第6章 UWB天線的分類 133
6.1 非頻變天線 133
6.2電小天線134
6.2.1錐形天線134
6.2.2 平面錐型天線 136
6.2.3 球天線 139
6.2.4 平面圓形天線 141
6.2.5 小單元天線的一般設計原則 152
6.2.6 小單元電型天線的總結 156
6.3 小單元磁型天線 157
6.3.1 大電流輻射器天線 157
6.3.2 單環天線 158
6.3.3環形天線160
6.3.4 超寬頻縫隙天線162
6.3.5 小單元磁型天線的小結 165
6.4 電小天線 165
6.4.1 天線的尺度縮放 165
6.4.2 介質載入 166
6.4.3 導體殼天線 166
6.4.4 電-磁組合天線 167
6.4.5 電小天線的總結 167
6.5 喇叭天線 167
6.5.1 錐板喇叭天線 168
6.5.2 喇叭天線終端開口的處理 170
6.5.3平面喇叭天線 171
6.5.4 其他喇叭天線 174
6.5.5 喇叭天線的小結 175
6.6 反射面天線 175
6.6.1 平板反射器天線 175
6.6.2 角反射器天線 179
6.6.3 拋物柱面反射器 181
6.6.4 脈衝輻射天線 183
6.6.5 反射器天線的小結 183
6.7 本章小結 184
參考文獻 184
第7章 系統中的超寬頻天線 190
7.1 天線的頻譜控制技術 190
7.1.1 天線的尺度縮放 190
7.1.2 天線濾波 191
7.1.3 天線與頻譜控制技術 198
7.2天線效率198
7.2.1 效率理論 199
7.2.2 效率測量 199
7.3 天線的方向性 206
7.3.1 全向與定向 206
7.3.2 通過幅度比較實現方位確定 207
7.3.3 小孔徑超寬頻方位確定技術 208
7.3.4 套用 209
7.3.5 結論 211
7.4 系統中的超寬頻天線 211
參考文獻 211
第8章 結論 214
8.1 總結 214
8.2 展望 215
參考文獻 216
附錄 時諧偶極子的能量分布 217
