雷达天线结构设计与制造技术

雷达天线结构是一类特殊的精密机械结构，其设计宗旨是保障电性能的实现。本书以雷达天线的机电耦合技术为主线，阐述了面向电磁性能的雷达天线结构设计理论方法与制造技术。全书共12章，包括绪论、雷达天线机电耦合技术、基于机电耦合技术的雷达天线结构设计、雷达天线结构基本形式与服役载荷、反射面天线结构设计、空间可展开天线结构设计、雷达天线的环境适应性设计、雷达天线电气互联技术、面向波束指向精度的雷达天线机械结构与控制集成设计、雷达天线转动平台与基础设计、雷达机械结构机电集成制造技术、雷达天线超精密加工与装配技术。书中还给出了一些应用机电耦合理论与方法的典型天线工程案例。本书可作为高等院校电子机械工程专业教师、研究生及高年级本科生的教材或参考书，也可供从事雷达天线设计、生产、维修等工作的技术人员参考。

段宝岩，电子机械工程专家，中国工程院院士，西安电子科技大学教授， 国家“973”首席科学家，全国天线产业联盟主席。长期从事电子机械工程教学与科研工作，开辟了电子装备机电耦合研究新领域，成果成功应用于深空探测、中国天眼与主力战舰等国家重大工程。获国家科技进步一等奖1项，二等奖3项曾被授予全国五一劳动奖章（2003年）、劳动模范（2005年）及留学回国人员成就奖（2003年），陕西省最高科技奖（2021年）等。

第1 章 绪论 ………………………………………………………………………………………………….. 001

1.1 概述 ………………………………………………………………………………………………….. 002

1.2 雷达分类及典型代表 ………………………………………………………………………….. 002

1.2.1 雷达分类 ………………………………………………………………………………….. 002

1.2.2 雷达典型代表 …………………………………………………………………………… 004

1.3 天线分类及典型代表 …………………………………………………………………………… 011

1.3.1 按结构形式分类 ………………………………………………………………………… 011

1.3.2 按工作波长分类 ……………………………………………………………………….. 017

1.4 天线发展趋势 …………………………………………………………………………………….. 018

1.4.1 大型天线 ………………………………………………………………………………….. 018

1.4.2 移动通信天线 …………………………………………………………………………… 021

1.5 面临的科学与技术挑战 ………………………………………………………………………. 022

参考文献 …………………………………………………………………………………………………… 025

第2 章 雷达天线机电耦合技术…………………………………………………………………….. 027

2.1 概述 ………………………………………………………………………………………………….. 028

2.2 场耦合理论模型 …………………………………………………………………………………. 028

2.2.1 雷达反射面天线 ……………………………………………………………………….. 028

2.2.2 雷达有源相控阵天线 ………………………………………………………………… 034

2.3 机械结构因素对电性能的影响机理 …………………………………………………….. 043

2.3.1 雷达反射面天线 ……………………………………………………………………….. 043

2.3.2 雷达有源相控阵天线 ………………………………………………………………… 046

2.3.3 雷达平板裂缝天线 ……………………………………………………………………. 050

参考文献 …………………………………………………………………………………………………… 065

第3 章 基于机电耦合技术的雷达天线结构设计 ………………………………………….. 066

3.1 概述 ………………………………………………………………………………………………….. 067

3.2 从机电分离设计到机电耦合设计 ………………………………………………………… 067

3.3 机电耦合设计 …………………………………………………………………………………….. 070

3.3.1 雷达反射面天线 ……………………………………………………………………….. 070

3.3.2 雷达座架与伺服系统 ………………………………………………………………… 074

3.4 基于设计元的机电耦合优化设计 ………………………………………………………… 085

参考文献 …………………………………………………………………………………………………… 086

第4 章 雷达天线结构基本形式与服役载荷 ………………………………………………….. 089

4.1 概述 ………………………………………………………………………………………………….. 090

4.2 雷达天线结构基本形式 ………………………………………………………………………. 090

4.2.1 基本组成 ………………………………………………………………………………….. 091

4.2.2 极轴天线 ………………………………………………………………………………….. 093

4.2.3 波导天线 ………………………………………………………………………………….. 094

4.2.4 偏馈天线 ………………………………………………………………………………….. 095

4.2.5 星载可展开天线 ……………………………………………………………………….. 096

4.3 雷达天线主要服役载荷 ………………………………………………………………………. 097

4.3.1 风荷 …………………………………………………………………………………………. 097

4.3.2 冰雪 …………………………………………………………………………………………. 100

4.3.3 自重 …………………………………………………………………………………………. 101

4.3.4 温度 …………………………………………………………………………………………. 102

4.3.5 惯性载荷 ………………………………………………………………………………….. 104

4.3.6 其他载荷 ………………………………………………………………………………….. 106

4.3.7 组合载荷 ………………………………………………………………………………….. 106

参考文献 …………………………………………………………………………………………………… 108

第5 章 反射面天线结构设计 ………………………………………………………………………… 109

5.1 概述 …………………………………………………………………………………………………… 110

5.2 反射面天线结构形式 …………………………………………………………………………… 110

5.3 反射面天线的保型设计 ……………………………………………………………………….. 113

5.3.1 严格保型设计 ……………………………………………………………………………. 113

5.3.2 近似保型设计 ……………………………………………………………………………. 114

5.3.3 保电性能设计 ……………………………………………………………………………. 115

5.4 大型主动反射面天线结构 ……………………………………………………………………. 116

5.5 QTT 110m 反射面天线的结构保型设计 ……………………………………………….. 119

5.5.1 等柔度支托结构 ……………………………………………………………………….. 120

5.5.2 反射体结构 ………………………………………………………………………………. 121

5.5.3 俯仰整体结构 …………………………………………………………………………… 121

5.5.4 天线结构设计结果 ……………………………………………………………………. 122

5.6 反射面天线背架的索桁组合结构设计 …………………………………………………. 124

5.6.1 索桁组合结构拓扑优化的数学描述 …………………………………………… 125

5.6.2 天线结构优化实例 ……………………………………………………………………. 128

参考文献 …………………………………………………………………………………………………… 130

第6 章 空间可展开天线结构设计 ………………………………………………………………… 132

6.1 概述 ………………………………………………………………………………………………….. 133

6.2 空间可展开天线结构特点 ……………………………………………………………………