由于这本书是正式出版物，我不能直接提供其全部习题的完整答案（这涉及版权问题），我可以为您提供非常详尽的学习指导、核心知识点总结、典型例题解析以及解题思路,这比单纯的答案更有助于您真正理解和掌握天线技术。
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第一部分：书籍基本信息与核心价值
- 书名: 《天线技术》
- 作者: 马汉炎
- 出版社: 哈尔滨工业大学出版社
- 地位: 国内天线领域的经典教材之一，内容系统、严谨，理论推导详尽,同时兼顾工程应用。
- 核心价值: 帮助学生建立天线理论的基本框架，理解天线工作的物理本质,掌握天线基本参数的分析与计算方法。
第二部分：各章核心知识点与学习要点
以下是《天线技术》各章的核心内容,这是解答所有习题的基础。
第一章：天线基础知识
- 核心概念:
- 天线的作用: 导行波与自由空间电磁波之间的能量转换器。
- 基本原理: 基于电磁感应和电磁辐射，交变电流在导线上流动，会在其周围产生交变电磁场,形成电磁波向外传播。
- 滞后位: 计算辐射场的基本出发点,它考虑了电磁波传播的延迟效应。
- 关键参数:
- 方向性函数/方向图: 描述天线辐射能量在空间分布情况的数学表达式或图形。
- 方向图主瓣、副瓣、后瓣: 方向图的主要特征。
- 半功率波瓣宽度: 衡量天线主瓣尖锐程度的指标,越小方向性越强。
- 零功率波瓣宽度: 主瓣两侧零辐射点之间的夹角。
- 副瓣电平: 衡量副瓣相对于主瓣的强弱。
- 方向性系数: 在总辐射功率相同的情况下,天线在最大辐射方向的辐射强度与理想无方向性天线的辐射强度之比。
- 增益: 方向性系数与天线效率的乘积,是实际应用中最重要的指标之一。
- 输入阻抗: 天线输入端电压与电流之比,影响与馈线的匹配。
- 辐射电阻: 将天线向外辐射的功率等效为一个电阻所消耗的功率。
- 极化: 天线辐射电场矢量的末端随时间变化的轨迹，分为线极化、圆极化和椭圆极化。
- 有效长度/有效高度: 衡量天线接收能力的指标。
- 工作频带/带宽: 天线性能参数（如方向图、输入阻抗、增益等）在允许范围内变化时的频率范围。
第二章：简单线天线
- 对称振子:
- 结构: 中间馈电的两段等长、线径相同的直导线。
- 电流分布: 近似为正弦分布,末端为电流节点。
- 辐射场计算: 基于叠加原理，将振子分成无数小段，每段视为一个电偶极子,然后积分。
- 方向图: 在子午面（含振子轴的平面）上是“8”字形，赤道面（垂直于振子轴的平面）上是圆形。
- 辐射电阻: 与振子电长度 有关，
/λ=0.5时最大。 - 输入阻抗: 与 和振子半径有关,存在谐振现象。
- 单极天线:
- 结构: 对称振子的一半,地面作为镜像平面。
- 特点: 结构简单,广泛应用于移动通信。
- 性能: 方向图和输入阻抗可视为将对称振子“镜像”到地面以下后得到的结果。
- 行波天线:
- 结构: 导线末端接匹配负载,形成行波工作状态。
- 特点: 输入阻抗频带宽，方向图呈单向性（最大辐射方向沿导线轴线方向）。
- 典型: V形天线、菱形天线。
第三章：面天线
- 基本原理: 基于几何光学和口径场理论，将电磁波约束在某个口径面上,然后通过口径向外辐射。
- 惠更斯元: 口径面上最基本的辐射单元,其辐射场是分析面天线的基础。
- 喇叭天线:
- 结构: 波导的扩展,用于实现波导与自由空间的良好匹配。
- 类型: E面喇叭、H面喇叭、角锥喇叭。
- 特点: 结构简单，增益高，频带宽,常作反射面的馈源。
- 抛物面天线:
- 核心: 抛物反射面。
- 工作原理: 利用抛物面的几何特性，将置于其焦点处的馈源发出的球面波，经反射后变为平面波,形成强方向性波束。
- 关键参数: 口径直径D、工作波长λ、口径效率η。
- 增益近似公式:
G ≈ (πD/λ)² * η。 - 馈源: 决定了照射到反射面的场分布,直接影响天线效率和方向图。
第四章：天线阵
- 基本思想: 将多个单元天线按一定方式排列组合,以获得比单个天线更强的方向性。
- 阵因子: 描述天线阵方向性的函数，只与单元的排列方式、间距和激励有关,与单元自身的方向性无关。
- 原理: 方向图乘积定理，天线阵的总方向图等于单个单元天线的方向图（元因子）与阵因子的乘积。
- 常见阵型:
- 均匀直线阵: 单元等间距、等幅激励。
- 最大辐射方向: 由相邻单元的相位差决定。
- 栅瓣: 当间距大于λ时，可能出现多个最大值,这是不希望出现的。
- 边射阵: 最大辐射方向垂直于阵轴。
- 端射阵: 最大辐射方向沿着阵轴。
- 均匀直线阵: 单元等间距、等幅激励。
- 非均匀激励阵: 如二项式阵，可以消除副瓣,但主瓣变宽。
第五章：常用特殊天线
- 微带天线:
- 结构: 由接地板、介质基片和辐射贴片构成。
- 优点: 低剖面、重量轻、易共形、成本低、易集成。
- 缺点: 频带窄、功率容量低。
- 工作模式: 主要基于贴片与地板之间的空腔谐振。
- 螺旋天线:
- 结构: 金属导线绕制成螺旋状。
- 特点: 圆极化，工作在轴向模式时，方向图呈圆锥形,增益较高。
- 缝隙天线:
- 原理: 根据巴比涅原理,缝隙天线与其互补的电小天线的特性密切相关。
- 波导缝隙阵: 在波导壁上开缝，由波导激励,形成高增益的强方向性天线。
第三部分：典型例题与解题思路
为了帮助您更好地应对习题,这里提供几个典型例题的解析思路。
例题1：对称振子方向性与辐射电阻计算
计算长度为 L = λ/2 的对称振子在最大辐射方向上的场强,并求其辐射电阻。
解题思路:
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- 写出对称振子上的电流分布: 假设馈电点电流为
I_m，则沿振子臂的电流分布为I(z) = I_m * sin[k(L/2 - |z|)]，对于半波振子，L = λ/2，kL = π。 - 写出辐射场的一般表达式: 对称振子在远区的辐射电场
E_θ可以通过对振子上所有电偶极子产生的场进行积分得到。E_θ = (j * 60 * I_m / (r * sinθ)) * ∫[from -L/2 to L/2] sin[k(L/2 - |z'|)] * e^(-jkr cosθ) dz'（这是一个标准积分过程,可以查书或自己推导） - 代入
L = λ/2进行计算: 将L = λ/2代入积分式,简化计算。 - 求最大辐射方向的场强: 最大辐射方向在
θ = 90°，cosθ = 0，sinθ = 1，将θ = 90°代入上一步得到的场强表达式，得到 `E_θ
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