雷达天线罩理论基础和电性能工程设计

本书系统且全面地介绍了雷达天线罩电性能相关的基本概念、电磁理论、设计步骤、测试方法和技术要点等内容。详细分析了雷达天线罩和超材料天线罩受均匀厚度和非均匀厚度、常规和非对称曲面罩体变化、复合材料选取和超表面结构选择等因素的影响。全面讲解了雷达天线罩电性能设计所运用的等效传输线分析方法、几何和物理光学法、全波电磁计算方法等。本书还深入探讨了提高雷达天线罩的测试精度，改善功率传输，减少多天线系统的相位不一致性，降低防雷击条影响，减少环境温度/湿度以及辐射功率对罩壁的作用等内容。

目录
前言
第1章 雷达天线罩和电性能设计概述 1
1.1 天线罩的发展历程与用途 2
1.2 天线罩的类型和基本电性能参数 3
1.2.1 天线罩的应用行业分类 3
1.2.2 天线罩的结构分类 4
1.2.3 天线罩的外形分类 7
1.2.4 天线罩的基本电性能参数 9
1.3 天线罩电性能设计和分析技术 11
1.4 本章小结 13
参考文献 13
第2章 天线罩相关的电磁波传输理论 16
2.1 电磁波和平面电磁波的形成 16
2.2 理想介质中的均匀平面电磁波 17
2.2.1 理想介质中的正弦均匀平面波 18
2.2.2 导电介质中的正弦均匀平面波 18
2.2.3 低耗介质中的正弦均匀平面波 19
2.3 平面电磁波的极化 19
2.3.1 平面电磁波在理想介质分界面上的反射与折射 19
2.3.2 垂直极化波在理想介质分界面上的反射与折射 20
2.3.3 平行极化波在理想介质分界面上的反射与折射 21
2.4 电磁波在平面分层介质中的反射与透射 21
2.4.1 二层介质的反射与透射 21
2.4.2 三层介质的反射与透射 22
2.4.3 多层介质的反射与透射 24
2.5 天线辐射的基本原理 25
2.5.1 天线辐射性能参数 25
2.5.2 天线单元因子和方向图阵因子 27
2.6 天线方向图的和与差 28
2.7 天线罩对辐射方向图产生影响的物理量 29
2.7.1 相位误差和相位不一致性 30
2.7.2 天线近区副瓣电平抬升 32
2.7.3 瞄准误差 32
2.7.4 瞄准误差变化率 33
2.7.5 瞄准误差一致性 33
2.7.6 零深电平抬高 34
2.7.7 远区均方根副瓣抬高（含镜像瓣电平） 34
2.7.8 镜像瓣电平 35
2.7.9 波束宽度变化 36
2.8 罩壁内表面的功率反射系数 36
2.9 本章小结 37
参考文献 38
第3章 天线罩用工程复合材料 39
3.1 天线罩材料电参数特性 39
3.2 天线罩材料分类 39
3.2.1 环氧树脂基体 40
3.2.2 双马来酰亚胺树脂基体 41
3.2.3 氰酸酯树脂基体 41
3.3 弹载天线罩材料 42
3.4 机载天线罩材料 43
3.4.1 蒙皮用材料 43
3.4.2 芯层用材料 45
3.4.3 表面涂层材料 46
3.5 本章小结 49
参考文献 50
第4章 天线罩设计的等效传输线分析方法 51
4.1 均匀传输线矩阵方法 51
4.2 单层介质平板功率传输系数和透射系数 55
4.2.1 电磁波极化分解原理 55
4.2.2 功率传输系数和透射系数 56
4.2.3 半波长壁厚平板罩 58
4.3 影响介质天线罩功率传输系数（透波率）的因素 62
4.3.1 极化方式对功率传输系数的影响 62
4.3.2 介电常数对功率传输系数的影响 63
4.3.3 损耗角正切对功率传输系数的影响 64
4.4 多层介质平板功率传输系数和透射系数 65
4.4.1 多层介质平板的传输矩阵单元计算 66
4.4.2 多层介质平板的厚度计算 67
4.4.3 多层介质平板的反射和透射系数 67
4.4.4 多层介质平板的插入相位移 67
4.4.5 多层介质平板的反射相位 68
4.5 平板天线罩入射角的确定 68
4.6 本章小结 69
参考文献 69
第5章 天线罩电性能高频分析方法 70
5.1 几何光学法分析方法 70
5.1.1 几何光学法原理 71
5.1.2 坐标变换公式 75
5.1.3 天线罩模型 76
5.1.4 求解入射线与天线罩壁的交点 78
5.1.5 求解外法向矢量和入射角 80
5.1.6 电场分解与合成 83
5.2 几何光学法计算算例 84
5.3 物理光学法分析方法 85
5.3.1 口径积分-表面积分和平面波谱-表面积分 85
5.3.2 AI-SI的数学模型 86
5.3.3 天线口面的离散化 88
5.3.4 天线近场的计算 90
5.4 天线与天线罩之间坐标变换关系 94
5.4.1 求解内壁电磁波入射角 97
5.4.2 求解天线罩外表面电磁场 98
5.4.3 远区场求解 99
5.5 物理光学法计算算例 100
5.6 天线罩电性能优化设计 104
5.6.1 天线罩指标和材料 105
5.6.2 电性能设计和分析 106
5.6.3 天线罩电性能计算 108
5.6.4 将粒子群优化算法引入电性能设计 109
5.7 本章小结 113
参考文献 114
第6章 天线罩电性能设计的电磁全波计算方法 115
6.1 电磁全波计算方法简介 115
6.2 天线罩几何数模产生和网格化处理 116
6.2.1 典型天线罩的数模产生 116
6.2.2 复杂天线罩的数模产生 117
6.2.3 天线罩的网格剖分 119
6.3 利用FEKO计算天线口面场 123
6.4 基于MOM-MLFMM的多层天线罩电性能仿真 125
6.5 本章小结 127
参考文献 127
第7章 平面和曲面频选天线罩电性能设计 129
7.1 频率选择表面天线罩（FSSR）的构造和功能 129
7.2 FSS 结构的建模仿真 130
7.2.1 FSS 单元形式 131
7.2.2 FSS 结构的空间滤波机制 131
7.3 平面FSSR建模及仿真 133
7.3.1 A 夹层介质天线罩设计 134
7.3.2 平面FSSR设计 135
7.4 曲面FSSR建模及仿真 137
7.4.1 HFSS-MATLAB-Api 介绍 138
7.4.2 曲面FSSR建模方法 139
7.4.3 曲面FSSR的“模拟测试法” 140
7.5 曲面FSS结构的仿真验证实例 142
7.5.1 FSS 单元模型及曲面FSSR系统建模 142
7.5.2 曲面FSSR系统仿真 143
7.6 快速FSSR建模的软件实现 145
7.7 基于圆极化天线的曲面FSSR的电性能 147
7.7.1 缝隙型FSSR设计 147
7.7.2 天线-曲面FSSR系统设计 148
7.7.3 背腔式高频平面螺旋天线的设计 148
7.7.4 天线-曲面FSSR系统建模 152
7.7.5 曲面FSSR系统的电性能分析 153
7.7.6 曲面曲率对电性能影响分析 154
7.7.7 FSS单元的排列方式和位置分析 156
7.7.8 曲面FSSR的RCS变化分析 157
7.8 本章小结 159
参考文献 159
第8章 天线罩的电性能测试 161
8.1 测试场地要求和准备 161
8.1.1 测试场地选取 161
8.1.2 测试仪器选取 162
8.1.3 收发天线距离计算 163
8.1.4 矢量网络分析仪校准 164
8.1.5 中频带宽设置 165
8.1.6 空间信道电平衰减估算 165
8.2 时域门技术的引入 167
8.2.1 时域门技术原理介绍 167
8.2.2 应用时域门要考虑的因素 168
8.3 平板天线罩透波率测试 171
8.3.1 平板天线罩大小确定 171
8.3.2 透波率测试实例 171
8.4 多天线-天线罩系统中的相位不一致性测试 178
8.4.1 多天线测试系统 178
8.4.2 相位不一致性测试 179
8.4.3 相位不一致性的测试结果 182
8.5 多天线和天线阵列-天线罩系统的测向误差 185
8.5.1 天线阵列测向原理 185
8.5.2 虚拟基线干涉仪测向原理 187
8.6 天线阵列测向精度及误差 188
8.6.1 相位干涉仪测向精度分析 188
8.6.2 不同测向方法实测数据对比分析 188
8.7 天线罩相位误差影响因素分析 191
8.8 天线罩相位误差的校正方法 192
8.8.1 校正方法介绍 192
8.8.2 实测结果与分析 192
8.9 相位不一致性与测向误差的关系 196
8.10 本章小结 198
参考文献 198
第9章 天线罩损伤对电性能的影响与损伤修复 200
9.1 天线罩损伤产生原因及分类 200
9.1.1 天线罩损伤产生原因 200
9.1.2 天线罩损伤分类 201
9.2 损伤天线罩电性能仿真研究 202
9.2.1 电磁全波分析损伤天线罩电性能方法研究 202
9.2.2 天线罩穿孔仿真研究 204
9.2.3 天线罩划伤（伤及芯层）仿真研究 207
9.2.4 天线罩含有水汽仿真研究 209
9.2.5 天线罩损伤类型总结 213
9.3 损伤测试 213
9.4 天线罩损伤修复和等效介电常数获取 215
9.4.1 天线罩损伤检测及修复技术 215
9.4.2 天线罩等效介电常数获取 216
9.5 本章小结 225
参考文献 225
第10章 环境因素对天线罩电性能影响的分析 227
10.1 防雷击分流条的电磁波传输性能分析 227
10.1.1 防雷击分流条 227
10.1.2 分流条的电磁模型建立 228
10.1.3 传输性能分析 230
10.2 防雷击分流条电磁辐射特性分析 232
10.2.1 分流条材料对电磁波传输的影响 233
10.2.2 分流条长度对电磁波传输的影响 233
10.2.3 分流条宽度对电磁波传输的影响 235
10.2.4 分流条厚度对电磁波传输的影响 236
10.2.5 不同入射角对电磁波传输的影响 236
10.3 防雷击分流条实物仿真和测试 238
10.3.1 电磁仿真建模和仿真设置 238
10.3.2 实物模型制作 238
10.3.3 测试安装和步骤 239
10.3.4 测试结果对比分析 240
10.4 复杂罩体的防雷击分流条仿真实验 241
10.4.1 天线-天线罩仿真模型参数 241
10.4.2 天线罩防雷击验证 243
10.4.3 安装片段式分流条 247
10.5 温度对天线罩电性能影响的研究 248
10.5.1 介质材料和树脂在不同温度下的特性变化 248
10.5.2 天线罩在不同温度下的透波特性变化 251
10.5.3 实物测试与分析 256
10.6 本章小结 259
参考文献 260
第11章 变厚度天线罩电性能设计技术 261
11.1 变厚度天线罩的设计原理 261
11.1.1 变厚度天线罩设计方法 261
11.1.2 内壁入射角计算方法 262
11.1.3 天线罩内壁平均入射角计算 265
11.1.4 天线罩外壁的分割方法 266
11.2 等角度变化的A夹层变芯层厚度设计 267
11.3 变厚度天线罩验证方法 268
11.4 计算实例 269
11.5 变芯层厚度天线罩优化研究 272
11.5.1 变芯层厚度天线罩优化设计 272
11.5.2 罩体的材料选择 273
11.5.3 入射角和芯层厚度对天线罩功率传输系数的影响 273
11.5.4 变芯层厚度曲面天线罩建模 274
11.5.5 变芯层厚度天线罩的电性能分析 276
11.6 本章小结 282
参考文献 282
第12章 天线罩测试的干涉测向技术 284
12.1 天线罩插入相位移计算 284
12.2 干涉测向技术 285
12.2.1 平面波干涉测向技术 285
12.2.2 球面波干涉测向技术 286
12.2.3 球面波的产生 287
12.2.4 球面波干涉测向的实现 288
12.3 球面波相位干涉测向技术的仿真分析 289
12.3.1 解模糊 289
12.3.2 不加天线罩的球面波相位干涉测向应用 290
12.4 球面波相位干涉测向全波电磁软件仿真验证 297
12.4.1 单基线 297
12.4.2 双基线 299
12.5 加载天线罩相位干涉测向的应用分析 301
12.5.1 天线罩相位干涉测向的几何光学法 301
12.5.2 天线罩相位干涉测向的全波仿真分析 304
12.6 球面波相位干涉测向技术实测应用 307
12.6.1 发射天线相位中心偏移 309
12.6.2 柱面罩的仿真 310
12.6.3 实物柱面罩的测试 311
12.7 本章小结 313
参考文献 313
第13章 天线罩电性能设计的若干关键技术 314
13.1 复材 FSS天线罩中FSS膜拼接的电性能分析 314
13.1.1 FSS 膜拼接工艺对天线罩电性能的影响 315
13.1.2 复合材料天线罩中FSS薄膜边缘搭接分析 315
13.2 复合材料天线罩中FSS膜边缘缝隙分析 319
13.3 FSS 膜搭接和缝隙的实物测试与分析 321
13.4 大型装配式天线罩电性能提升技术 323
13.4.1 装配式天线罩分块划分规则 323
13.4.2 装配式天线罩结构模型 323
13.4.3 天线罩拼接缝隙对电性能的影响 325
13.4.4 连接区电性能提升的设计 326
13.4.5 连接区频率选择表面设计 328
13.4.6 基于FSS的装配式天线罩电性能分析 329
13.4.7 实物测试与结果分析 332
13.5 天线罩电性能受降水影响分析 335
13.6 天线辐射下的天线罩热效应 339
13.6.1 电磁-热耦合仿真分析 339
13.6.2 电磁-热耦合电磁软件仿真实例 340
13.7 天线罩电磁-热耦合的时变状态分析 344
13.7.1 电磁-热耦合对天线罩电性能的影响 344
13.7.2 电磁-热耦合中的时域传热方程求解 346
13.8 天线罩电磁-热耦合算法仿真实例 348
13.9 本章小结 353
参考文献 354