智能天線：MATLAB實踐版（原書第2版）

本書全新升級，是一本更完整、更新內容的智能天線設計和性能實踐指南。

本書結合大量的MATLAB實踐案例，全面詳解了智能天線領域所包含的理論與技術，可以為讀者搭建全面的智能天線知識和理論基礎，説明讀者深入理解智能天線的原理與實踐過程。

本書作為實踐指南可以為無線通訊工程師學習智能天線提供重要指導與參考，也可作為通信、電子、電腦等相關專業研究生或高年級本科生的學習教材。

原書前言

第1章　引言1
　1.1　智慧天線是什麼 1
　1.2　為什麼會出現智慧天線 2
　1.3　智慧天線帶來的好處是什麼 2
　1.4　智慧天線原理 3
　1.5　本書概覽 4
　1.6　參考文獻 4

第2章　電磁場基礎 6
　2.1　麥克斯韋方程 6
　2.2　亥姆霍茲波方程 7
　2.3　直角坐標系中的傳播 8
　2.4　球面坐標系中的傳播 9
　2.5　電場邊界條件 10
　2.6　磁場邊界條件 12
　2.7　平面波反射和透射係數 13
　　2.7.1　垂直入射 13
　　2.7.2　斜入射 16
　2.8　平地上的傳播 18
　2.9　刀口衍射 20
　2.10　參考文獻 22
　2.11　習題 22

第3章　天線基礎 25
　3.1　天線場區域 25
　3.2　功率密度 26
　3.3　輻射強度 28
　3.4　基本天線命名 29
　　3.4.1　天線方向圖 29
　　3.4.2　天線瞄準線 31
　　3.4.3　主平面方向圖 31
　　3.4.4　波束寬度 31
　　3.4.5　方向性 31
　　3.4.6　波束立體角 32
　3.4.7　增益 32
　　3.4.8　有效孔徑 33
　3.5　Friis傳輸公式 33
　3.6　磁矢勢和遠場 34
　3.7　線性天線 35
　　3.7.1　無窮小偶極子 35
　　3.7.2　有限長偶極子 37
　3.8　環形天線 39
　　3.8.1　恒定相量電流環路 39
　3.9　參考文獻 41
　3.10　習題 42

第4章　陣列基礎 44
　4.1　線陣 44
　　4.1.1　二元陣列 44
　　4.1.2　均勻N元線陣 45
　　4.1.3　均勻N元線陣方向性 52
　4.2　陣列加權 55
　　4.2.1　波束導向和加權陣列 62
　4.3　環陣63
　　4.3.1　波束導向環陣 63
　4.4　直角面陣 64
　4.5　固定波束陣列 65
　　4.5.1　Butler矩陣 66
　4.6　固定旁瓣消除 67
　4.7　逆向陣列 69
　　4.7.1　無源逆向陣列 70
　　4.7.2　有源逆向陣列 70
　4.8　參考文獻 71
　4.9　習題 72

第5章　隨機變數和隨機過程原理 74
　5.1　隨機變數的定義 74
　5.2　概率密度函數 74
　5.3　期望和階矩 76
　5.4　常見的概率密度函數 77
　　5.4.1　高斯密度 77
　　5.4.2　瑞利密度 78
　　5.4.3　均勻密度 78
　　5.4.4　指數密度 79
　　5.4.5　萊斯密度 80
　　5.4.6　拉普拉斯密度 81
　5.5　平穩性和遍歷性 82
　5.6　自相關和功率譜密度 83
　5.7　協方差矩陣 84
　5.8　參考文獻 85
　5.9　習題 85

第6章　傳播通道特徵 87
　6.1　平地模型 87
　6.2　多徑傳播機制 90
　6.3　傳播通道基礎 91
　　6.3.1　衰落 91
　　6.3.2　快衰落建模 92
　　6.3.3　通道脈衝回應 100
　　6.3.4　功率時延分佈 101
　　6.3.5　功率時延分佈的預測 103
　　6.3.6　功率角度分佈 103
　　6.3.7　角度擴展預測 105
　　6.3.8　功率時延－角度分佈 108
　　6.3.9　通道色散 108
　　6.3.10　慢衰落模型 109
　6.4　提高信號品質 110
　　6.4.1　均衡 111
　　6.4.2　分集 112
　　6.4.3　通道編碼 114
　　6.4.4　MIMO 114
　6.5　參考文獻 116
　6.6　習題 118

第7章　到達角估計 121
　7.1　矩陣代數基礎 121
　　7.1.1　向量基礎 121
　　7.1.2　矩陣基礎 122
　7.2　陣列相關矩陣 125
　7.3　AOA估計方法 127
　　7.3.1　Bartlett AOA估計 127
　　7.3.2　Capon AOA估計 128
　　7.3.3　線性預測AOA估計 129
　　7.3.4　最大熵AOA估計 131
　　7.3.5　PHD AOA估計 131
　　7.3.6　最小模AOA估計 132
　　7.3.7　MUSIC AOA估計 134
　　7.3.8　Root－MUSIC AOA估計 136
　　7.3.9　ESPRIT AOA估計 141
　7.4　參考文獻 144
　7.5　習題 145

第8章　智慧天線 148
　8.1　概述 148
　8.2　智慧天線的發展歷程 149
　8.3　固定權重波束形成基礎 150
　　8.3.1　最大化信幹比 150
　　8.3.2　最小方均誤差 155
　　8.3.3　最大似然 157
　　8.3.4　最小方差 159
　8.4　自我調整波束形成 162
　　8.4.1　最小方均 162
　　8.4.2　採樣矩陣求逆 164
　　8.4.3　遞迴最小二乘法 167
　　8.4.4　恒模 170
　　8.4.5　最小二乘恒模 173
　　8.4.6　共軛梯度法 176
　　8.4.7　擴展序列陣列權值 179
　　8.4.8　新SDMA接收機的描述 181
　8.5　參考文獻 186
　8.6　習題 189

第9章　測向 192
　9.1　環形天線 192
　　9.1.1　早期使用環形天線測向 192
　　9.1.2　環形天線基本原理 192
　　9.1.3　垂直環天線 194
　　9.1.4　垂直環極化匹配 194
　　9.1.5　具有極化信號的垂直環 194
　　9.1.6　交叉環陣和Bellini－Tosi無線電測角儀 196
　　9.1.7　環陣校準 199
　9.2　Adcock偶極子天線陣列 200
　9.2.1　Watson-Watt測向演算法 201
　9.3　應用於Adock和交叉環陣的現代測向 202
　9.4　定位 203
　　9.4.1　Stansfield演算法 204
　　9.4.2　加權最小二次方解 206
　　9.4.3　置信誤差橢圓 206
　　9.4.4　馬氏統計 208
　9.5　參考文獻/注釋 210
　9.6　習題 211

第10章　向量感測器 213
　10.1　簡介 213
　10.2　向量感測器天線陣列回應 215
　　10.2.1　單向量感測器的導向向量推導 215
　　10.2.2　向量感測器陣列信號模型和導向向量 218
　10.3　向量感測器測向 219
　　10.3.1　向量積測向 219
　　10.3.2　超解析度測向 221
　10.4　向量感測器波束形成 223
　10.5　向量感測器的Cramer-Rao低限 227
　10.6　致謝 229
　10.7　參考文獻 230
　10.8　習題 231

第11章　智慧天線設計 233
　11.1　引言 233
　11.2　全域優化演算法 234
　　11.2.1　演算法說明 236
　11.3　優化智慧天線陣 247
　　11.3.1　稀疏天線陣單元 247
　　11.3.2　優化陣單元位置 249
　11.4　自我調整零限 253
　11.5　智慧天線設計中的NEC 256
　　11.5.1　NEC2資源 256
　　11.5.2　設置NEC2模擬 257
　　11.5.3　將NEC2與MATLAB集成 260
　　11.5.4　示例：簡單的半波偶極子天線261
　　11.5.5　單極陣示例 262
　11.6　演化天線設計 264
　11.7　當前和未來趨勢 268
　　11.7.1　可重構天線和陣列 268
　　11.7.2　開源計算電磁學軟體 268
　11.8　參考文獻 268
　11.9　習題 271