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本书聚焦基片集成波导多波束阵列天线这一前沿技术，系统论述其设计理论与工程实现。本书分为8章，首先，概述基片集成波导的基本原理、进阶技术及其在微波元件与天线中的应用，核心部分围绕多项创新性多波束方案展开；其次，聚焦小型化巴特勒矩阵的实现技术，化解空间受限难题；再次，将视角延伸至二维扫描、圆极化及轨道角动量天线等前沿方向，兼顾功能拓展与系统兼容；最后，从透镜馈电网络切入，深入剖析基于反射透镜与罗特曼透镜的解决思路，为复杂场景需求提供有力补充。本书可供从事射频与天线领域研究的科技工作者、研究生及高年级本科生阅读。

目  录

第1章  基片集成波导	1
1.1  基本原理	1
1.2  进阶基片集成波导	5
1.3  基片集成波导的应用	17
1.3.1  异质传输线互连技术	17
1.3.2  无源电路	20
1.3.3  有源电路	23
1.3.4  多波束阵列天线	24
1.4  本章小结	30
参考文献	31
第2章  小型化多波束阵列天线	35
2.1  横向小型化多波束阵列天线	36
2.1.1  4×4巴特勒矩阵	36
2.1.2  多波束阵列天线	39
2.2  双模式纵向小型化多波束阵列天线	42
2.2.1  4×4巴特勒矩阵	43
2.2.2  多波束阵列天线	51
2.3  多模式纵向小型化多波束阵列天线	53
2.3.1  多端口定向耦合器	53
2.3.2  多端口激励网络及多波束阵列天线	59
2.4  本章小结	62
参考文献	62
第3章  基于多层巴特勒矩阵的紧凑型多波束阵列天线	64
3.1  双层4×8巴特勒矩阵及其多波束阵列天线	65
3.1.1  拓扑结构	65
3.1.2  双层馈电网络设计	66
3.1.3  多波束阵列天线设计	68
3.2  双层8×8巴特勒矩阵及其多波束阵列天线	71
3.2.1  拓扑结构	71
3.2.2  基于基片集成波导的馈电网络设计	74
3.2.3  多波束阵列天线设计	76
3.3  三层9×9巴特勒矩阵及其多波束阵列天线	79
3.3.1  拓扑结构	79
3.3.2  三层巴特勒矩阵设计	83
3.3.3  多波束阵列天线设计	85
参考文献	91
第4章  基于巴特勒矩阵的二维多波束阵列天线	93
4.1  基于二通道耦合器的2×2多波束阵列天线	94
4.1.1  拓扑结构及相位分布	94
4.1.2  馈电网络设计	96
4.1.3  多波束阵列天线设计	99
4.2  基于三通道耦合器的3×3多波束阵列天线	100
4.2.1  拓扑结构	101
4.2.2  耦合器设计	101
4.2.3  多波束阵列天线设计	103
4.3  基于巴特勒矩阵的4×4多波束阵列天线	106
4.3.1  拓扑结构	107
4.3.2  馈电网络设计	107
4.3.3  多波束阵列天线设计	111
参考文献	118
第5章  圆极化多波束阵列天线	121
5.1  基于5×6巴特勒矩阵的一维圆极化多波束阵列天线	122
5.1.1  圆极化磁电偶极子天线设计	122
5.1.2  拓扑分析	125
5.1.3  馈电网络与多波束阵列天线设计	127
5.2  基于4×4巴特勒矩阵的二维圆极化多波束阵列天线	131
5.2.1  改进型圆极化磁电偶极子天线设计	132
5.2.2  应用于二维扫描的4×4巴特勒矩阵设计	134
5.2.3  多波束阵列天线设计	136
5.3  基于圆极化器的圆极化多波束阵列天线	140
5.3.1  圆极化器结构设计与工作机理分析	140
5.3.2  馈电网络设计	144
5.3.3  多波束阵列天线设计	146
参考文献	148
第6章  轨道角动量天线	150
6.1  双模式轨道角动量天线	151
6.1.1  拓扑结构	151
6.1.2  馈电网络设计	153
6.1.3  轨道角动量天线设计	154
6.2  三模式轨道角动量天线	157
6.2.1  拓扑结构	157
6.2.2  馈电网络设计	158
6.2.3  轨道角动量天线设计	160
6.3  四模式轨道角动量天线	162
6.3.1  拓扑结构	162
6.3.2  馈电网络设计	165
6.3.3  轨道角动量天线设计	167
参考文献	170
第7章  基于反射透镜的多波束阵列天线	171
7.1  基于双层抛物柱面的多波束阵列天线	172
7.1.1  工作原理	172
7.1.2  馈电网络设计	174
7.1.3  多波束阵列天线设计	176
7.2  基于折叠卡塞格伦透镜的多波束阵列天线	180
7.2.1  工作原理	180
7.2.2  馈电网络设计	181
7.2.3  多波束阵列天线设计	185
7.3  级联反射透镜和巴特勒矩阵的二维多波束阵列天线	188
7.3.1  工作原理	188
7.3.2  馈电网络设计	189
7.3.3  多波束阵列天线设计	197
参考文献	199
第8章  基于罗特曼透镜的多波束阵列天线	200
8.1  基于双端口馈电罗特曼透镜的多波束阵列天线	201
8.1.1  罗特曼透镜工作原理	201
8.1.2  双端口激励	204
8.1.3  馈电网络设计	204
8.1.4  多波束阵列天线设计	208
8.2  基于双层罗特曼透镜的多波束阵列天线	212
8.2.1  馈电网络设计	212
8.2.2  多波束阵列天线设计	215
8.3  基于共腔罗特曼透镜的十字扫描多波束阵列天线	218
8.3.1  拓扑结构	218
8.3.2  馈电网络设计	222
8.3.3  多波束阵列天线设计	224
参考文献	228

随着第五代移动通信及未来无线技术、新一代卫星系统和先进雷达装备的快速发展，人们对天线系统的性能提出了更高层次的要求。多波束阵列天线作为提升系统容量和频谱效率的核心手段，正成为学术界与工业界共同关注的前沿方向。然而，传统波导器件难以满足现代设备集成化、轻量化及低成本的发展需求，而常规平面传输结构又面临功率容量和损耗方面的限制。基片集成波导技术在此基础上应运而生，该技术兼具传统波导的高性能与平面电路的集成便利性，为高效、紧凑的多波束阵列天线设计开辟了新的技术路径。
本书围绕基片集成波导多波束阵列天线的设计理论与工程实践展开系统论述。本书共分8章，内容安排遵循从理论到应用、从基础到前沿的逻辑脉络。第1章深入讲解基片集成波导的基本原理、技术演进与典型应用场景，为后续多波束设计奠定基础；第2、3章剖析了巴特勒矩阵的小型化与多层集成设计方法，着力解决高密度天线布局中的关键技术问题；第4～6章进一步拓展技术应用，系统讨论了二维波束扫描、圆极化波束生成和轨道角动量等多功能多波束阵列天线；第7、8章则转向非巴特勒矩阵类型的波束成形方案，涵盖反射透镜与罗特曼透镜结构，以建立更多元的多波束阵列天线设计体系。
本书注重体现学术前瞻性与实践指导性的结合，不仅提供严谨的理论推导和清晰的拓扑分析，还汇集了大量仿真与测试数据、性能对比图表及实际设计案例，以帮助读者理解技术本质并提升工程实现能力。本书内容力求反映本领域最新研究成果与发展趋势，部分设计实例直接来源于作者团队的研究实践，具备较高的参考价值和可实现性。
本书主要面向电磁场和微波技术、通信工程及相关专业的高年级本科生和研究生，同时可为从事天线设计与射频系统开发的科研人员、工程师提供系统参考。每章引用的参考文献旨在为读者的深入研究提供方向指引。
谨向所有为基片集成波导多波束阵列天线领域做出卓越贡献的国内外学者致以敬意，本书部分内容受益于他们的开拓性工作，相关引用尽可能予以标注。本书除署名作者外，课题组已毕业的研究生杨清凌、杨镛、龚仁杰、刁维愿、颜素平、仲乐昊等也参与了本书的部分研究工作，郝汉、李佳霖、马谦、田震、耿淳、周学军等参与了书稿校正工作，借此机会，向他们表示感谢。
本书的研究工作得到了国家自然科学基金项目（项目编号：62571412、62101259、62501496）的资助，在此表示感谢。
限于作者认知水平且成书时间较为仓促，书中难免有不妥或疏漏之处，恳请专家学者和读者朋友们提出宝贵意见，以便今后修改和提高。

著  者    
2026年1月

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