实用天线手册（第五版）

《实用天线手册》是美国两位在业余无线电领域享有盛誉的专家的作品， 书中以化晦涩为简单的方式介绍了业余无线电活动中天线的基础知识、 注意事项等。

第一部分背景与历史
第1章无线电通信导论
第二部分基 础 知 识
第2章无线电波传播
2．1无线电波
2．2电磁波： 简要综述
2．3各向同性源
2．4地球大气
2．5电磁波传播现象
2．6传播路径
2．7电离层传播
2．8传播预测
2．9无线电的魔力第3章天线基础
3．1电路基础
3．2场
3．3赫兹偶极子
3．4半波偶极子
3．5驻波
3．6传播速度和天线长度
3．7天线的电阻和损耗
3．8半波偶极子馈电点阻抗第4章传输线和阻抗匹配
4．1传输线类型
4．2传输线特性阻抗
4．3传输线的其他特性
4．4传输线响应
4．5驻波比
4．6天线系统中的阻抗匹配第5章天线阵列与阵列增益
5．1全激励阵列
5．2寄生阵列
5．3地面效应
第三部分高频模块化天线
第6章偶极天线与对称振子天线
6．1引言
6．2偶极子天线馈电点
6．3偶极子天线辐射方向图
6．4偶极子天线的调谐
6．5其他偶极子天线
6．6小结第7章大环形天线
7．1l/2大环形天线
7．21l大环形天线
7．32l双方环天线
7．4近垂直入射的天波天线（NVIS）第8章复合波段与可调谐天线
8．1多波段天线
8．2馈源调谐天线
8．3长线天线
8．4偏心馈电偶极子第9章垂直极化天线
9．1直立偶极子
9．2地基直立单极天线
9．3架高地网的天线
9．4垂直极化与水平极化的比较
9．5直立天线的支撑
第四部分定向高频天线阵列
第10章线阵列
10．1长线天线
10．2长线阵列
10．3短尾帘天线
10．4半正方形天线
10．520 m波长ZL特殊波束天线（ZL Special Beam）第11章垂直阵列
11．1指向性和调相
11．2两阵元阵列
11．3360度定向阵列
11．4四方阵列
11．5被动直立阵列（Receive?Only Vertical Arrays）
11．6接地第12章定向八木天线
12．1工作原理
12．2三阵元八木天线
12．3四个或更多阵元的八木天线
12．4八木天线的构建
12．5线八木天线
12．6多波段八木天线
12．7加载阵元的八木天线
12．8八木天线馈电
12．9莫克森天线
12．10堆叠八木天线
12．11自制天线
12．12进一步阅读第13章立方体菱形天线和δ环形天线
13．1立方体菱形天线
13．2三角形环形天线（delta）
13．3菱形天线（diamond loop）
13．4思路总结
第五部分特殊用途的高频天线
第14章高频接收天线
14．1贝佛利日天线或行波天线
14．2相控贝佛利日天线
14．3蛇形或BOG天线
14．4接收环形天线
14．5EWE天线
14．6信号旗、 旗帜和K9AY环状天线
14．7长线天线第15章隐藏式与受限空间天线
15．1隐藏式天线
15．2限定空间的天线第16章移动式海用天线
16．1VHF和UHF移动式天线
16．2HF与MF移动式天线
16．3海用无线电天线第17章紧急情况的便携式天线
17．1提高辐射效率
17．2减少基座损耗
17．3选择合适的极化方式
17．4临时支架
17．5总结
第六部分其他频率的天线
第18章160米波段天线
18．1垂直单极子
18．2水平天线
18．3反L形天线
18．4将发射天线用于接收第19章VHF和UHF天线
19．1地平面直立天线
19．2同轴直立天线
19．35/8波长2米天线
19．4J极天线
19．5共线天线
19．6地平面垂直振子的接地问题
19．7八木天线
19．8环形天线
19．9四方天线
19．10VHF/UHF扫描波段天线
19．11VHF/UHF天线的阻抗匹配第20章微波波导和天线
20．1波导
20．2微波天线第21章天线噪声温度
21．1概述
21．2噪声因子、 噪声图和噪声温度22章射电天文学天线
22．1概述
22．2总体考虑
22．3收听“OL Sol”
22．4木星信号
22．5环形天线
22．6定向不连续环形辐射器（DDRR）
22．7螺旋状天线
22．8多螺旋天线
22．9干涉天线第23章无线电测向（RDF）天线
23．1概述
23．2野外“即兴制作”
23．3RDF环形天线
23．4辨向天线电路
23．5VHF和UHF波段的RDF
23．6猎狐（Fox Hunting）
23．7短波和调幅广播波段（AM BCB）“跳跃”射频测向仪（RDF）
23．8多普勒RDF天线
23．9伍伦韦伯（Wullenweber）阵列
23．10到达时差（TDOA）信号阵列
23．11切换方向图的RDF
23．12总结
第七部分调谐、 检修和辅助设计
第24章天线调谐器
24．1概述
24．2天线调谐单元（ATU）电路结构
24．3转移匹配电路
24．4巴伦
24．5铁氧体磁芯电感器第25章天线建模软件
25．1基础
25．2典型的NEC?2 GUI
25．3新增性能
25．4其他考虑
25．5地形和传播建模软件
25．6总结第26章史密斯圆图
26．1史密斯圆图的组成
26．2史密斯圆图的应用第27章测试与检修
27．1SWR概述
27．2阻抗桥
27．3RF噪声桥
27．4凹陷振荡器
27．5RF瓦特计和VSWR仪
27．6SWR分析仪（SWR Analyzers）
27．7矢量网络分析仪
27．8等效负载
27．9关于天线系统测量的说明
第八部分机械结构和安装技术
第28章电线与垂直面的支撑
28．1天线安全
28．2线天线的构造
28．3支撑线天线
28．4安装直立天线第29章天线安装塔
29．1前言
29．2塔的类型
29．3塔的基本原理
29．4拉线塔
29．5托架塔
29．6折叠塔
29．7升降式天线塔
29．8自立塔
29．9塔地基
29．10牵索和锚
29．11将塔竖立起来
29．12旋转体、 桅杆和推力轴承
29．13二手塔和配件
29．14必须阅读第30章安全与性能接地
30．1防雷保护接地
30．2配电安全接地
30．3电台接地
30．4为天线效率而接地第31章分区、 限制、 协议与邻居
31．1公共部门约束
31．2私营部门限制
31．3结语
31．4附加阅读
附录
附录A有用的数学附录B供应商和其他资源

译者序

《实用天线手册》是美国两位在业余无线电领域享有盛誉的专家的作品， 书中以化晦涩为简单的方式介绍了业余无线电活动中天线的基础知识、 注意事项等。受电子工业出版社委托， 试验物理与计算数学重点实验室组织翻译了这本第五版。相比于本书的内容， 我们的翻译可以说是“业余性”的， 译者们利用各种休假时间和休息时间对书中相应的各章进行消化理解和变成中文表述， 考虑到正如本书作者所说， “高中水平”的人员能看懂， 所以翻译中对术语等尽可能以直白的方式表述。翻译过程中对于一些不好把握的术语等内容进行了多次沟通讨论， 译者们对各自翻译的内容进行了多轮的校正和修改。张生俊、 薛晖翻译本书前言、 第一部分、 第二部分； 江志晔翻译第三部分， 白锦良翻译第四部分， 王明亮、 任爱民翻译第五部分， 高路、 陆浩、 王明亮翻译第六部分， 刘佳琪、 陈姝媛翻译第七部分， 李乙洲、 张生俊翻译第八部分， 邬润辉翻译并校对第29章， 刘佳琪、 艾夏翻译附录部分。全书由刘佳琪、 张生俊、 王明亮、 艾夏统校。

本书翻译过程中得到电子工业出版社刘海燕编辑的大力支持和帮助， 也得到北京航天长征飞行器研究所的大力支持， 在此一并表示感谢。

限于译者的知识范围与水平， 对翻译中可能出现的错误和不当之处， 敬请指出， 以便今后改正。

前言

我爷爷出生在纽芬兰（Newfoundland）首府圣约翰（St. John’s）的郊区， 并在那里长大。1903年， 年轻的他来到美国找工作。直到他临去世的时候， 他对无线电和电视的了解， 除了调音量或换台之类的简单机械操作之外所知甚少。然而， 自从他送给我一台具有定时开关功能的调幅广播波段收音机作为13岁生日礼物， 他就成了我几乎毕生钟爱的 “无线”通信事业的引路人。那是我最初的无线电接收机， 虽然我爷爷认为我会为它上面的闹钟而自豪， 但实际上我开始喜欢的那个魔幻般的特征却是这台收音机上的睡眠旋钮。现在我可以爬到床上伴随着遥远的电台的声音入睡， 而我父母和我也确定认为收音机会自动关上。

随着开始熟悉这个了解世界的窗口， 我对在某个晚上能够听到远方电台的声音感到惊奇， 不久， 我就坚持将我从深夜的刺耳杂声中所能摘取到的广播电台呼叫字母记为文件日记， 或称为日志。还没有弄清我所着迷东西的名字， 我就已经成为一个广播波段的DXer（远距离通信者）了（DX是远距离的无线电缩写）！

几乎在此同时， 我的对门邻居获得了业余无线电执照。不久后我就一直在某些夜晚待在他的地下室， 在他与来自全世界的志同道合的爱好者们进行双向联系时， 静静地坐在他旁边。无线电爱好的种子就这样种下了， 在当地无线电俱乐部的帮助下， 我在进入14岁之前就获得了自己的业余无线电执照。我一头扎进这项决定了我此后生活方向的技术的充满激情的爱情之中， 从我对大学专业的选择到职业的选择甚至到在这个星球上的哪个地方居住的选择。

但直到我在准备撰写《实用天线手册》第五版的过程中， 我才意识到我爷爷与我如此快就喜欢的无线电世界有另一种联系， 尽管不是直接的。

描绘一下1901年秋天的世界： 在北美与欧洲间旅行的唯一方式是乘坐巨型邮轮； 怀特兄弟还没有在北卡罗来纳（North Carolina）郊外河边的沙滩上进行他们的第一次飞行； 也没有无线电广播或电视广播这样的事情； 那也是第一颗人造卫星将其遥测数据传向地球的半个世纪之前； 其后， 用了3/4世纪的时间， 才诞生了互联网。1901年， 跨海通信的唯一方式是通过越洋邮轮传送邮件或通过有线电报， 电报使用的是19世纪晚期铺设的相对较新的海底电缆。

同一时期， 在欧洲， 年轻的发明家古革列默·马可尼（Guglielmo Marconi）正在经受在使政府或公司相信他新近发现的不用线缆就能在城镇与乡村间传输信号的能力方面所遇到的失败。出于对他的实验在祖国意大利缺少响应而感到沮丧， 他来到了英格兰， 在那里， 他得到了来自英格兰政府的鼓励——特别是在成功进行了跨越英吉利海峡的通信之后。

但还需要一些东西引起公众的注意。于是在康沃尔郡（Cornwall）的波尔度（Poldhu）靠近英格兰最西端可以俯视大西洋的一个位置建立了发射站之后， 马可尼与他的一些助手登上一艘船， 向纽芬兰进发。1901年12月11日， 马可尼与他的北美团队在圣约翰湾入口的信号山升起一个带有大风筝的线。第二天， 马可尼报告说从接收设备的耳机中收听到了字母“S”！——由远在波尔度（Poldhu）的其他助手发出的预先准备好的代码字母。正如他们所说， 剩下的， 地球人就都知道了。

我爷爷曾经遇到过马可尼吗？他注意到就在离他家几英里的地方进行的穿越大西洋的实验了呢？他到过信号山看看那究竟是怎么回事呢？我恐怕从来都不能知道， 不过， 猜测这个倒是很有意思。

与水波和声波， 或主要通过光纤或其他物理媒质从一个地方到另一个地方传递信息的互联网明显不同， 无线电通信的发生根本不需要支撑介质！由发射站发射的电磁波基本上会一直传播， 直到在接收站点被截获。有效将发射机输出功率转换到能够传播到无限远处的无线电波或收集这些电波以便被闹钟收音机放大和转换为听得见的声波的任务， 落在了一类称为“天线”的器件上。

毫不夸张地说， 没有天线就没有无线电。因此， 对于设计无线电或电视设备， 以及成为一个业余无线电操作员或短波侦听者， 或者成功为一堆用户安装无线互联网服务来说， 对天线基础知识及基本天线有一个“实用化”的了解是很必要的。于是本书由此得名。

第四版《实用天线手册》首次问世以来的10年间， 专业天线的全新类型——包括对空间和预算有限的情况采用的中频（MF）定向接收天线——已经真实存在并被全世界几千个无线电爱好者和短波侦听者日常使用。对于许多较老的天线设计而言， 源于早到一个世纪前简陋实验的天线工作理论， 要么已被证实， 要么由基于现代分析技术的新理论和实践及采用新一代测试设备完成的测试所取代， 并由使用价格低廉且即时可用软件的广泛的计算机建模所支撑， 而这些， 仅仅几年之前还只能在大学和大公司的实验室中才能见到。

科学与技术信息传输已经被因特网所颠覆。今天， 无数的在线讨论群（各种称为反射者（reflector）和列表伺服（listservs）允许专家接近实时地报道和评论新近的天线研究成果， 而成百上千的其他专业人员和着迷的爱好者则在“在一边收听”。

在《实用天线手册》第五版合稿时， 我们对每章都进行了审阅和修订， 以使其在任何地方都适合。偶尔， 删去了有些对于本书所表达的基本天线类型的概述而言过于专业和晦涩的天线设计或主题， 以留出篇幅给更广泛或时下更热门的新材料。许多章中， 对基础概念的新解释都出自我长久以来在无线电俱乐部会议和代表大会上所作的天线研讨中对于常常问到的问题的有效（即“闪电球”）回答的发展和完善。类似地， 使用半波偶极子作为贯通本书的其他天线类型的“快餐式”分析的概念构建模块这一做法， 已经被接受多年。

除个别例外， 本书中对数学的使用保持在或低于高中水平。增加了附录A以使读者具备了解分贝一词的基础， 因为它对讨论天线的性能是必不可少的； 附录A中还概要介绍了几种特殊三角学， 以及直角三角形与正弦波的关系。也许， 本书中仅有的“高等”数学概念是使用虚数操作符j来简化和阐明复数操作和表示。

《实用天线手册》中有两个结构变化： ● 对书中材料出现的顺序进行了修订以便将相关主题按章节成组， 并按有助于本书总体上从最基础概念与天线到较为复杂的构型与技术的逻辑流程组织；

● 《实用天线手册》第四版包括了一个CD， 内容是补充材料和电子数据表格。现在， 得到这些材料非常平常， 并可以很容易地通过互联网站得到， 而且网站上的信息能够更新和增加， 还能够在本书的寿命周期内都得到更新。可以到www.mhprofessional.com/carr5获取：

○ 世界范围地理坐标表及天线尺寸与频率关系表；

○ 供应商更新；

○ 作者的博客；

○ 附加的照片和图片；

○ 到教程和特定计算器的链接。在我对无线电着迷之前， 我的目标曾是成为一名新闻工作者。在我的成年生活中， 我从没有失去对写作的热爱， 在我的职业生涯中， 偶尔有一些好的机会在一些短暂的工作任务中将这两个兴趣结合起来。按说， 写一本关于天线的书对我而言就像进入天堂一样， 但我不能忘记这样一个事实： 我能有这样的机会仅仅是因为乔·卡尔（Joe Carr）在完成第四版没多久就去世了。所以， 我希望你能够感到这本第五版是乔多年来优异工作的有价值的扩展和升级， 同时我请求你们能宽容我将本书献给我的爷爷——阿奇·缪恩·海皮斯利（Archie Munn Hippisley）， 他在多年前使我开始走上了这条路。