天線系統(tǒng)作為高性能電子裝備的“眼睛”和“耳朵”，對保障高性能電子裝備電性能的發(fā)揮起著極其重要的作用。本書主要介紹天線系統(tǒng)的基礎知識與結構建模耦合分析方法。全書共7章，內容包括緒論、天線電磁基礎、天線結構與熱分析、天線多場耦合、反射面天線基礎、陣列天線基礎、面天線機電耦合分析軟件設計等。
本書可供高等學校天線相關專業(yè)的高年級本科生、研究生以及從事天線設計、制造及保障相關工作的工程技術人員參考。
凡利用電磁波來傳遞信息的裝置，幾乎都需要用到天線。天線將高頻電流轉變?yōu)殡姶挪ú⑤椛涞娇臻g中，或者將空間中傳來的電磁波能量轉變?yōu)楦哳l電流，在通信、雷達、導航、電子對抗、遙感遙測和射電天文等領域得到了廣泛應用。因此，對天線相關理論與技術的學習非常重要。
本書是作者在閱讀天線技術領域大量相關公開文獻及優(yōu)秀書籍的基礎上，結合團隊多年的天線機電熱耦合研究工作經驗編寫而成的。本書著重從工程應用的角度介紹天線相關基礎概念和機電熱耦合分析基礎知識，對開展天線機電熱多學科交叉研究有一定的參考價值。
本書的主要框架如下：
第1章是緒論部分，主要介紹通信技術發(fā)展概況、天線發(fā)展歷史、天線的分類、射電望遠鏡發(fā)展概況、雷達發(fā)展概況、微波的特性及效應等內容。
第2章介紹天線電磁基礎知識，有助于讀者了解天線的工作原理和相關參數(shù)。
第3章介紹天線結構設計與熱分析相關知識，內容包括天線結構設計、反射面結構測試、天線結構力學方程、天線結構有限元建模、天線傳熱學理論、溫度場與結構變形分析、天線散熱冷板、天線結構振動響應分析等。
第4章介紹天線多場耦合基礎知識，內容包括多場耦合問題概述、耦合分類與耦合關系分析、耦合建模方法、耦合求解方法、耦合分析軟件等，讓讀者認識耦合問題并初步了解天線耦合分析軟件及流程。
第5章和第6章分別針對工程中常見的反射面天線和陣列天線詳細介紹相關基礎知識。
第7章介紹面天線機電耦合分析軟件設計，內容包括天線結構參數(shù)化設計、天線結構優(yōu)化設計、異構軟件集成、面天線機電耦合分析軟件設計與應用，為讀者開展天線多學科耦合分析提供參考。
在本書的編寫過程中，西安電子科技大學段寶巖院士以及王從思、朱敏波、陳光達、張福順、邵曉東、杜敬利、曹鴻均、段學超等老師從不同方面給予了指導；同時，中國電子科技集團公司第三十九研究所周生懷、段玉虎、趙武林、賀更新、任文龍、唐積剛、陳慰、龐毅等，中國電子科技集團公司第五十四研究所鄭元鵬、杜彪、伍洋、劉國璽等，中國電子科技集團公司第三十八研究所王志海、于坤鵬、時海濤、吳文志等，中國科學院新疆天文臺王娜、許謙等，中國科學院國家天文臺孔德慶，中國科學院云南天文臺汪敏，中國科學院紫金山天文臺王海仁等給予了大力支持與幫助；作者實驗室的全體博士和碩士研究生在圖表繪制、數(shù)據(jù)收集、資料查找、書稿整理等方面付出了辛勤勞動。在此，作者對以上所有同志一并表示感謝。
由于編著者水平有限，書中難免存在不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。
編著者
2023年7月
第1章 緒論 1
1.1 通信技術發(fā)展概況 1
1.2 天線發(fā)展歷史 3
1.3 天線的分類 6
1.4 射電望遠鏡發(fā)展概況 10
1.5 雷達發(fā)展概況 14
1.6 微波的特性及效應 15
第2章 天線電磁基礎 17
2.1 麥克斯韋方程組 17
2.2 天線輻射場區(qū) 19
2.3 輻射方向圖 19
2.4 天線方向性系數(shù)與天線增益 21
2.5 天線阻抗 23
2.6 天線的輻射效率 25
2.7 天線極化 25
2.8 頻段劃分 28
2.9 常用數(shù)學函數(shù) 30
2.9.1 貝塞爾函數(shù) 30
2.9.2 狄拉克函數(shù) 32
2.9.3 二項式定理 33
2.10 天線參數(shù)測量技術 34
2.10.1 微波端口網絡 35
2.10.2 網絡分析儀 36
2.10.3 天線電路參數(shù)測量 38
2.10.4 天線輻射參數(shù)測量 39
第3章 天線結構與熱分析 43
3.1 天線結構設計 43
3.1.1 反射面的支撐與連接 43
3.1.2 剛度與穩(wěn)定性 44
3.1.3 構型與材料 46
3.1.4 動力學分析 48
3.1.5 熱分析 49
3.1.6 模具制造 50
3.1.7 復合材料制造 52
3.2 反射面結構測試 55
3.2.1 制造過程測試 56
3.2.2 環(huán)境載荷測試 57
3.3 天線結構力學方程 59
3.4 天線結構有限元建模 60
3.4.1 有限元基本原理 60
3.4.2 APDL參數(shù)化建模 64
3.4.3 載荷與約束處理 67
3.5 天線傳熱學理論 68
3.5.1 熱傳導 68
3.5.2 熱對流 68
3.5.3 熱輻射 69
3.6 溫度場與結構變形分析 69
3.6.1 熱結構耦合分析 70
3.6.2 流場溫度場耦合分析 70
3.6.3 熱結構耦合變形分析 72
3.6.4 星載偏置天線熱分析流程 74
3.7 天線散熱冷板 75
3.7.1 冷板分類 75
3.7.2 冷板選用原則 77
3.7.3 冷板參數(shù) 78
3.7.4 冷板設計要點 79
3.8 天線結構振動響應分析 80
3.8.1 非平穩(wěn)振動分析方法 80
3.8.2 常用非平穩(wěn)地震地面運動模型 84
第4章 天線多場耦合 88
4.1 多場耦合問題概述 88
4.2 耦合分類與耦合關系分析 91
4.3 耦合建模方法 94
4.4 耦合求解方法 97
4.5 耦合分析軟件 102
第5章 反射面天線基礎 108
5.1 面天線的幾何特性 108
5.2 面天線的坐標轉換 110
5.2.1 初始指平的天線 111
5.2.2 初始仰天的天線 114
5.3 偏置反射面天線 116
5.3.1 偏置反射面天線概述 116
5.3.2 偏置反射面天線的幾何特性 118
5.3.3 偏置反射面天線的坐標系 119
5.4 雙反射面天線 120
5.5 面天線增益計算 123
5.6 面電流法輻射場計算 125
5.7 變形反射面擬合 133
5.7.1 NURBS曲面分塊擬合 134
5.7.2 RBF神經網絡擬合 135
第6章 陣列天線基礎 138
6.1 直線陣因子 138
6.2 陣列天線電磁分析 140
6.2.1 矩形柵格平面相控陣 140
6.2.2 三角形柵格平面相控陣 141
6.2.3 空間相控陣 142
6.3 陣元互耦 143
6.3.1 互耦中的陣元阻抗 144
6.3.2 互耦中的陣列方向圖 146
6.4 天線的輻射陣元 147
6.4.1 對稱振子 148
6.4.2 微帶貼片 152
6.4.3 喇叭 156
6.4.4 波導裂縫 160
6.5 有源相控陣天線誤差因素 162
6.6 星載可展開有源相控陣天線 164
6.6.1 展開結構的特點 164
6.6.2 結構設計要點 169
6.7 共形天線 178
6.8 天線罩 180
6.8.1 天線罩的發(fā)展 181
6.8.2 天線罩的分類 182
6.8.3 天線罩材料 183
6.8.4 天線罩的設計 183
第7章 面天線機電耦合分析軟件設計 185
7.1 天線結構參數(shù)化設計 185
7.1.1 天線結構參數(shù)化設計數(shù)據(jù)流程 185
7.1.2 天線結構參數(shù)化建模 187
7.1.3 天線結構CAD/CAE建模 189
7.2 天線結構優(yōu)化設計 191
7.2.1 天線結構優(yōu)化設計數(shù)據(jù)流程 191
7.2.2 優(yōu)化可視化設計 193
7.2.3 優(yōu)化過程監(jiān)控 194
7.3 異構軟件集成 196
7.4 面天線機電耦合分析軟件設計與應用 198
7.4.1 面天線機電耦合分析軟件設計 198
7.4.2 工程案例應用 204
參考文獻 211
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