内容简介

译者序

稀疏相控阵天线是电磁场与电磁波和信号处理领域中的一个重要组成部分，其性能的好坏直接影响无线通信系统的性能。相控阵天线主要应用在国防和国家重大战略领域，如雷达、卫星通信、声纳、气象监测、第五代（fifth generation，5G）和第六代（sixth generation，6G）移动通信、建筑物和地下管道的故障和裂缝检测、汽车防撞系统、地雷探测和穿墙成像等领域。本书是 Ashutosh Kedar 博士的经典著作，既介绍了稀疏相控阵理论、稀疏阵列优化和设计，又开展了仿真和优化的比较，使稀疏相控阵技术从理论走向应用。本书从稀疏天线阵列的历史、现状阐述稀疏阵列的优势和局限性，并概括了其应用场景。同时，还在天线理论基础知识、阵列分类、相控阵技术、方向性广义表达式、稀疏阵列的综合、稀疏同心环稀疏阵列天线、稀疏平面阵列天线及稀疏阵列设计案例等方面进行了系统地讲解，并针对实例进行了分析。该书是很好的稀疏相控阵天线理论和技术书籍，自 2022 年出版以来，广泛地作为国内外大学的教科书和参考书，且受到工程师的广泛使用。译者多年来从事天线的设计与研究工作，并研究天线在通信、雷达、舰船系统、飞机、电子战、车联网等领域的应用，这次有机会将本书译成中文，并分享给国内天线领域的学者和工程师，倍感荣幸。

本书作者 Ashutosh Kedar 博士长期致力于相控阵理论研究与设计、计算电磁学、优化理论和稀疏相控阵理论方面的研究工作，是国际上稀疏相控阵理论天线领域的著名学者。Ashutosh Kedar 博士曾工作于印度德里大学、电子与雷达开发机构等，主要从事天线设计、天线分析、数值计算和相控阵天线设计等方面的工作，并结合多年从事工程设计的丰富经验，专门针对大学高年级本科生、研究生和从事实际工作的工程师撰写了本书。

本书与其他有关相控阵天线的著作相比，具有如下三个突出特点：

第一，本书适合作为教材。作者在有限篇幅内系统精练地阐明了稀疏相控阵天线的理论基础与设计方法，深入探讨了基本概念，阐述了优化方案，开发了典型的稀疏相控阵天线例子，并对实际应用进行了讨论和分析。为了避免繁杂的数学描述，作者直接采用阵列结果，并进行优化仿真分析，对天线和天线阵列的基础知识、阵列分类、相控阵技术、方向性广义表达式、稀疏阵列的综合、同心

Ⅲ

环稀疏阵列天线、稀疏平面阵列天线及稀疏阵列设计案例进行了通俗易懂地讲解，以优化方法和商业软件仿真与实际实例结合的方法对优化算法进行验证，全书内容浅显易懂，有助于课堂讲授也适合学生自学。本书尤其适合作为高年级本科生和研究生学习相控阵天线设计与分析的教材。

第二，本书重点介绍了稀疏相控阵天线设计、优化与分析方法。在分析稀疏相控阵天线，稀疏阵列天线优化和计算是天线阵列面临计算复杂的难题，即在天线阵列分析设计中，如何有效地从繁琐复杂的公式中快速获得天线阵列的阵元尺寸，阵元间距，并降低天线阵列优化的计算量以对天线阵列进行快速设计，并能满足不同的工程需求。因此，本书作者特别针对典型的稀疏阵列天线设计和优化的计算进行了重点讲解，对稀疏阵列天线的性能进行分析，辅助以实例帮助读者理解稀疏阵列天线的设计方法。这使学生能够通过学习，尝试稀疏阵列天线方向图、方向性、阵因子和阵列性能预测、分析、实现。对于从事实际工作的工程师和科技人员来说，这也是非常有益的。

第三，本书内容新颖独特。本书以作者多年从事稀疏相控阵天线设计、优化和分析的教学和工作经验，独特地提出了稀疏相控阵理论、优化和分析方法。本书除讨论稀疏相控阵天线的基本理论，还新增了广义方向性表达式的研究、同心环稀疏相控阵天线理论、平面稀疏相控阵及相关案例的仿真分析方面的内容和相关的设计，以辅助读者从理论到实践的学习，并结合实例进行分析，涵盖了稀疏相控阵天线近年来国际上的新研究成果。

本书自出版以来，受到读者的一致好评，现已作为世界上许多大学的教材。本书对于天线设计、相控阵设计、雷达工程、通信工程、物联网、车联网、移动通信等领域的科研人员及其他对天线及天线阵列设计与分析感兴趣的人来说，很有参考价值。

本书由李迎松教授、苗永春博士、黄志祥教授合作翻译完成。本书得到国家重点研发计划（2022YFE0123600，2022YFA1404003）、国家自然科学基金（U23A20290）、安徽省高峰学科建设计划、安徽省质量工程（2023xtdl019）和安徽大学质量工程（2023xjzlgc035）资助。

尽管在翻译本书时对原著中的部分错误和不当之处进行了认真校对，但由于译者水平有限，书中难免存在疏漏和不当之处，恳请广大读者和专家批评指正。

目录

第一篇 绪论

第 1 章 概述

1.1 引言

1.2 稀疏天线阵列的历史与现状

1.3 稀疏阵列的优势和局限性

1.4 稀疏阵列天线的应用场景

1.5 本书的组织结构

参考文献

第二篇 天线与天线阵列

第 2 章 天线基础知识

2.1 引言

2.2 天线广义分类

2.3 天线特性

2.4 天线类型

2.5 天线设计技术

2.6 场区

2.7 天线测量

2.8 本章小结

参考文献

第 3 章 天线阵列

3.1 引言

3.2 阵列分类

3.3 天线阵列电磁学

3.3.1 线性天线阵列

3.3.2 平面天线阵列

3.4 相控阵天线波束扫描原理

3.5 天线阵列设计约束

3.5.1 栅瓣机制

3.5.2 互耦现象

3.5.3 天线阵列设计技术

3.5.4 规则或密集相控阵天线的实际约束

参考文献

第三篇 稀疏阵列天线的电磁学

第 4 章 方向性的广义表达式

4.1 引言

4.2 方向性的广义精确解析表达式

4.2.1 线性天线阵列

4.2.2 平面天线阵列

4.3 方向性的近似表达式

4.4 同心环天线阵列

4.4.1 稀疏同心环阵列

4.4.2 旋转对称稀疏同心环阵列的影响

4.5 本章小结

参考文献

附录 4A 式 (4-15) 推导

附录 4B 式 (4-21) 推导

第 5 章 稀疏线性阵列天线综合

5.1 引言

5.2 线性天线阵列

5.2.1 稀疏线性阵列天线综合方法的发展简史

5.2.2 稀疏与密集线性阵列天线

5.3 稀疏线性阵列天线数值分析

5.3.1 具有 60 个网格位置（\(d=\frac{\lambda}{2}\)）的稀疏线性阵列天线

5.3.2 互耦效应与阵元选择

5.3.3 旁瓣电平与阵元数量的关系

5.3.4 稀疏率 (填充因子) 和阵元数量的关系

5.3.5 扫描性能

5.4 非均匀稀疏线性阵列天线综合的阵列扩展技术

5.4.1 阵列综合中阵列扩展技术的应用

5.4.2 数值案例分析

5.4.3 超大型稀疏线性阵列天线

5.4.4 高稀疏线性天线阵列（\(d_{0}=1\lambda\)）

5.5 泰勒分布式的综合

5.5.1 设计和优化原理

5.5.2 60 阵元稀疏线性天线阵列

5.5.3 60 阵元稀疏线性阵列天线的优化

5.5.4 200 阵元稀疏线性阵列天线

5.5.5 3600（60×60）阵元稀疏平面线性阵列天线

5.6 本章小结

参考文献

第 6 章 稀疏同心环阵列天线

6.1 引言

6.2 研究综述

6.3 稀疏圆天线阵列的类型

6.4 设计指导框架

6.4.1 式 (6-14) 第一项

6.4.2 阵列因子最大值

6.4.3 式 (6-14) 第二项

6.4.4 式 (6-14) 简化形式

6.4.5 旋转的影响

6.5 设计流程

6.6 数值案例研究

6.6.1 三环稀疏同心环天线阵列

6.6.2 大孔径同心环天线阵列的基准研究

6.7 分形同心圆环阵列

6.7.1 康托尔分形集

6.7.2 螺旋同心圆环阵列

参考文献

第 7 章 稀疏平面阵列天线

7.1 引言

7.2 稀疏天线阵列的设计技术

7.3 设计基础

7.3.1 平均间距和投影方法

7.3.2 三角形天线阵列

7.4 随机各向同性阵元分布的阵列

7.5 统计密度渐变法

7.6 分形工程技术

7.7 统计密度渐变和遗传算法的混合方法

7.8 基于投影技术的确定性设计方法

7.8.1 阵列孔径空间渐变的综合

7.8.2 泰勒式分布的综合设计

7.8.3 问题陈述

7.9 本章小结

参考文献

附录 7A 随机化方法：地理定位法

第 8 章 稀疏阵列天线的应用案例

8.1 引言

8.2 稀疏阵列天线的发展概况

8.3 应用案例研究

8.3.1 基于随机技术的低旁瓣电平稀疏阵列天线

8.3.2 多功能双波段稀疏阵列天线

8.4 结论

参考文献