描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787516511589
全书介绍了雷达天线罩电性能设计、仿真和优化方面涉及的知识、理论、内容和方法；重点论述了传统罩壁结构电性能挖掘的抓手——变厚度设计技术，介绍了窄带半波壁雷达天线罩轴向变厚度设计、宽带夹层结构雷达天线罩双向变厚度设计技术及应用；重点论述了宽带和隐身雷达天线罩设计的抓手——频率选择表面（FSS）、小型化单元频率选择表面（MEFSS）及电抗加载等罩壁结构的构建、设计与优化方法，描述了带有金属含物罩壁结构的基本机制、设计与仿真技术；还介绍了双频、超宽带、梯度等功能结构的电性能特性与设计分析方法；兼顾未来技术发展，对共形阵电磁智能蒙皮和超材料天线罩进行了概念与要素论述以及设计与性能探讨。
第1章导论
1.1雷达天线罩基本概念
1.1.1天线罩的功能与用途
1.1.2天线罩的分类
1.2天线罩发展历程
1.2.1天线罩的历史沿革
1.2.2天线罩技术发展历程
1.3天线罩电性能要求与设计的基本内容
1.3.1天线罩电性能指标定义及其影响因素
1.3.2天线罩电性能计算分析与设计的基本内容
第2章天线罩电性能仿真计算方法
2.1麦克斯韦方程组
2.2几何光学法
2.2.1几何光学法的基本理论
2.2.2射线跟踪法计算分析天线罩电性能
2.2.3射线跟踪法的局限性
2.3物理光学法
2.3.1平面波谱-表面积分法计算分析天线罩电性能
2.3.2口径积分-表面积分法计算分析天线罩电性能
2.4矩量法
2.4.1矩量法基本原理
2.4.2积分方程
2.4.3积分方程的矩量法求解
2.4.4多层快速多极子技术
2.5有限元法
2.5.1有限元基本原理
2.5.2矢量有限元法
2.6时域有限差分法
2.6.1Yee格式时域有限差分方程
2.6.2边界条件
2.6.3时域有限差分方程的迭代求解过程
2.6.4稳定性条件与数值色散
第3章天线罩电性能设计
3.1概述
3.1.1天线带罩后引入的问题
3.1.2天线罩电性能基本要求
3.2介质罩壁结构的参数方程
3.2.1多层介质平面结构上电磁波的反射和透射
3.2.2天线罩壁结构形式及其参数方程
3.3天线罩电性能的计算分析
3.3.1理论与基本公式
3.3.2罩尖部和楞边处的分析建模
3.4天线罩电性能参数表征及计算
3.4.1天线近场穿过罩壁的传输
3.4.2远场方向图的计算
3.4.3传输系数
3.4.4天线罩引入的天线方向图畸变
3.4.5瞄准误差和瞄准误差变化率
3.5飞机天线罩几何外形模型与交点的计算判定
3.5.1飞机天线罩的几何外形模型
3.5.2天线罩外表面曲面方程的拟合
3.5.3天线罩内表面方程的建立
3.5.4天线罩表面法线方向数的确定
3.5.5天线射线与罩表面交点的求解
3.5.6罩内表面上的点是否处于天线前半空间的判别
3.5.7罩内表面上的点位于明区或暗区的判定
3.6天线罩电性能设计
3.6.1电性能设计准则
3.6.2电性能设计的主要技术措施
3.6.3电性能优化设计
第4章优化设计基本理论与方法
4.1优化设计的基本概念
4.1.1优化设计的含义
4.1.2优化技术的发展与作用
4.1.3优化的基本方法和流程
4.1.4优化设计问题的要素
4.1.5化问题的数学模型
4.2数值迭代法
4.2.1一维探索（线性探索）方法
4.2.2多目标化方法
4.3遗传算法
4.3.1概述
4.3.2遗传算法研究进展
4.3.3标准遗传算法
4.3.4自适应遗传算法
4.4粒子群算法
4.4.1概述
4.4.2粒子群优化算法研究进展
4.4.3基本粒子群优化算法
4.4.4标准粒子群优化算法
4.4.5粒子群优化算法参数分析
4.4.6改进的PSO算法
4.5免疫克隆算法
4.5.1概述
4.5.2克隆选择原理与应用
4.5.3免疫克隆算法
4.6混合优化算法
4.6.1混合优化算法简介
4.6.2天线罩电性能遗传/模拟退火混合算法
第5章窄带雷达罩变厚度设计
5.1概述
5.2等厚度设计方法
5.3变厚度设计方法
5.3.1设计重点分析
5.3.2壁厚分布的初步设计
5.3.3壁厚分布优化设计
5.4雷达罩电性能的仿真计算
5.5设计示例
5.5.1设计条件
5.5.2等厚度设计及其仿真结果
5.5.3变厚度设计及其仿真结果
5.5.4等厚度设计与变厚度设计的性能比较与分析
第6章宽带雷达罩变厚度设计
6.1概述
6.2常规壁结构的带宽特性
6.2.1薄壁的带宽特性
6.2.2A型夹层结构的带宽特性
6.2.3C型夹层结构的带宽特性
6.3夹层结构的等厚度设计方法
6.4夹层结构的变厚度设计方法
6.4.1综合设计准则的建立
6.4.2夹层结构的双向变厚度设计方法
6.5设计示例与性能比较
6.5.1入射角计算与基本参数设计
6.5.2C型夹层结构雷达罩的等厚度设计
6.5.3C型夹层结构雷达罩的轴向变厚度设计
6.5.4C型夹层结构雷达罩的双向变厚度设计
6.5.5不同厚度分布设计性能的比较与小结
第7章频率选择表面天线罩设计
7.1概述
7.1.1频率选择表面简介
7.1.2频率选择表面的滤波机理
7.1.3频率选择表面的分类及基本单元类型
7.1.4频率选择表面机载天线罩应用
7.2频率选择表面设计分析方法
7.2.1近似分析方法
7.2.2全波分析法
7.2.3智能优化算法
7.3单层FSS的设计
7.3.1等效电路模型的建立
7.3.2等效电路模型的参数分析
7.4多层FSS级联结构的设计
7.5FSS的介质加载设计
7.6宽带FSS天线罩设计
7.6.1宽带FSS设计要素
7.6.2大入射角范围谐振频率的稳定性设计
7.6.3两种极化条件下的宽带及其稳定性设计
7.6.4FSS结构的栅瓣控制
7.6.5宽带多层FSS结构构型设计
7.6.6宽带FSS设计示例
7.7频率选择表面天线罩的RCS计算分析
7.7.1RCS基本概念
7.7.2FSS天线罩的隐身效能
7.7.3FSS天线罩的RCS仿真
第8章小型化单元频率选择表面天线罩设计
8.1小型化单元频率选择表面概述
8.2小型化单元频率选择表面的滤波机理
8.3小型化单元频率选择表面的设计实现方式
8.3.1弯折型MEFSS单元设计
8.3.2集总元件加载型MEFSS单元设计
8.3.3内禀电容电感型MEFSS单元设计
8.4小型化单元频率选择表面的优化设计
8.5小型化单元频率选择表面天线罩设计示例
8.6本章小结
第9章电抗加载天线罩设计
9.1概述
9.2电抗加载结构的电性能分析
9.2.1二维有限元法分析
9.2.2传输矩阵法分析
9.3电抗加载结构的遗传算法（GA）优化
9.3.1电抗加载结构天线罩等效平板GA优化算法基本组成
9.3.2电抗加载实心半波壁的GA优化
9.3.3电抗加载A型夹层结构的GA优化
9.3.4电抗加载C型夹层结构的GA优化
9.3.5设计优化结果中金属丝直径大小的影响
9.4设计仿真示例
9.4.1示例天线罩概况
9.4.2电抗加载壁结构构型
9.4.3罩体材料及其介电性能
9.4.4设计准则
9.4.5等效平板设计与性能计算
9.4.6天线罩仿真与测试性能
第10章双频段天线罩设计
10.1概述
10.2无截止频段的双频天线罩设计
10.2.1双通带的分立设计
10.2.2双通带的宽带覆盖设计
10.3有截止频段的双频天线罩设计
10.3.1双频点谐振的设计方法
10.3.2双宽频FSS的设计方法
10.3.3说明与小结
第11章超宽带电子战天线罩设计
11.1概述
11.2超宽带天线罩常规介质结构的设计
11.2.1超宽带天线罩电性能设计的基本方法
11.2.2典型壁结构的超宽带设计与电性能分析
11.3超宽带天线罩功能梯度结构的设计
11.3.1功能梯度结构的基本构型
11.3.2功能梯度结构设计
11.4设计仿真示例
11.4.1示例天线罩概况
11.4.2等效平板设计
11.4.3天线罩电性能仿真
第12章共形阵电磁智能蒙皮设计探讨
12.1概述
12.1.1智能蒙皮的概念及内涵
12.1.2电磁智能蒙皮的发展概况
12.1.3电磁智能蒙皮的主要研究方向
12.2电磁智能蒙皮共形天线
12.2.1战机智能蒙皮中的共形天线系统
12.2.2电磁智能蒙皮关键技术
12.3机载共形天线罩设计的基本要素
12.3.1共形天线罩对辐射特性的影响
12.3.2共形天线罩设计基础
12.4基于有源FSS的共形天线/天线罩可重构设计
12.4.1通带可调有源FSS
12.4.2吸波结构的有源FSS设计
12.4.3基于有源FSS的可重构天线/天线罩系统
12.4.4双极化兼容设计
第13章超材料天线罩设计探讨
13.1超材料简介
13.1.1超材料的基本概念
13.1.2超材料的起源与发展简况
13.1.3影响超材料电磁特性的基本要素
13.1.4超材料研究和在天线罩方面的设计应用方向
13.2超材料电磁参数反演
13.2.1反演问题
13.2.2电磁参数反演算法
13.2.3反演相位模糊性问题的处理
13.2.4反演厚度谐振问题的处理
13.2.5超材料电磁参数测量方法
13.3基于典型双负双正组合的罩壁结构性能分析
13.3.1基本分析
13.3.2双正双负材料及其组合结构的传输特性与机理分析
13.3.3结论
13.4基于等效介质理论的超材料频率选择天线罩设计
13.4.1超材料与频率选择表面的区别
13.4.2超材料频率选择性能设计原理
13.5超材料及其天线罩设计优化方法
13.5.1HFSS-Matlab-Api脚本介绍
13.5.2基于遗传算法与HFSS的超材料天线罩优化
参考文献
本书的内容属于微波电磁窗专业领域。雷达天线罩(radome)一词，是于20世纪40年代第二次世界大战期间，由radar与dome两字组合生成的术语。它的一般定义是指用于保护天线免受自然环境的影响，使其电性能不致明显蜕化或受干扰小的介质覆盖结构，因此，称“天线罩”更具一般性，而用于“雷达”天线的罩则常称为“雷达罩”。在天线罩技术发展的历史长河中，由于其性能依赖于所使用的介质材料，所以早期的天线罩问题主要是材料问题。天线罩发展的里程碑是与材料科学技术的成就联系在一起的。即使是现在，研发应用于现代天线罩的新型高性能材料仍旧是热点研究课题。当然，天线罩的电性能与罩壁结构密切相关，包括电抗加载、频率选择表面、超材料等带有金属含物的介质复合结构。
天线罩在地面、舰载、机载、弹载、星载等多种平台的天线上发挥着重要保护作用，机载尖锥天线罩的设计具有复杂度和典型性。凡是安装雷达天线的飞机上都必须使用天线罩，如战斗机的流线型机头火控雷达罩，预警机背驮的圆盘形预警雷达罩，侦察机的合成孔径雷达罩，运输机和民航客机机头的鼻形气象雷达罩，还有轰炸机、武装直升机、电子战飞机、无人机上的各式天线罩。飞行器上的天线罩，既要维持气动外形，承受气动载荷和工作环境，又要满足天线电磁波的传输性能要求。从飞行器天线罩的基本功能出发，天线罩应满足气动力学、热力学、力学、无线电电磁学等不同条件下、复杂而相矛盾的要求。现代战术飞机上的鼻锥形天线罩，为改善气动性能，提高机械强度和热力学性能，而采用大迎角流线型外形。这种外形与雷达天线的电性能要求相矛盾，导致天线罩的透波性能恶化，天线方向图畸变加剧，结果是降低了雷达作用距离，严重地影响到雷达探测性能和跟踪精度。与现代飞行器上功能性能不断发展的雷达系统相关联，天线罩的研究与设计一直是十分重要而迫切的课题。
通常，天线罩的设计主要分为两部分，即天线罩的电性能设计与力学性能设计。在电性能设计要求下，天线罩犹如一个电磁透明窗口，应在规定的频率范围及扫描角范围内使天线电磁能量良好地、尽量无畸变地传输。力学性能设计，包含的不只是结构设计，还有天线罩适应环境条件的能力、重量限制、寿命以及可靠性等设计。
如果把雷达天线比作飞行器的“眼睛”，天线罩则是保护“眼睛”的“眼镜”，只有“眼镜”与“眼睛”相匹配，才能使雷达成为“千里眼”。即使将来发展使用了共形天线，“眼睛”的所遭受恶劣环境仍需要“眼镜”来抵挡，只是要将分立式的“框架眼镜”做成“隐形眼镜”。电性能是天线罩设计的灵魂。天线罩与天线的适配主要来自电性能设计。我们常把“电性能设计”比作天线罩设计的“龙头”，因为罩壁结构的设计、材料（介电性能）的选取、罩壁结构参数的确定及其制造公差要求首先出于电性能设计，材料和工艺技术要去满足和实现电性能设计的要求。这就是“龙头”摆，“龙身”动，反映了天线罩电性能设计的责任和重要。本书主要阐述天线罩电性能设计、仿真与优化技术。
随着现代局部战争的需求变化和飞行器与雷达技术的发展，对天线罩电性能设计的要求越来越高。从F-22、F-35战斗机来看，就现代战斗机的火控雷达来说，发生了以下变化：一是从窄带到宽带。国际上三代机装备的机械扫描脉冲多普勒（PD）火控雷达，典型频带宽度在200～300MHz；四代机雷达的工作频段为X波段，宽带相控阵天线罩研发面临新的技术突破。二是透波兼具隐身。三代机天线罩仅对电磁透明性能指标有要求；四代机还提出了隐身（低雷达截面）的要求，即天线罩要对雷达天线舱的强散射起到屏蔽作用。实现宽带透波和带外抑制需采用频率选择表面（FSS）技术。FSS天线罩已不同于原来的介质结构透波天线罩的概念，它是一种空间滤波器，让机载雷达天线通带内的电磁波过去，而把通带外的电磁波挡住，对抑制飞机三大散射源之一的雷达天线舱的雷达截面（RCS）起着重大作用。三是火控兼具电子战。孔径综合是飞机实现低RCS的重要方面，机头天线罩内的X波段孔径兼具雷达和电子战功能，具有脉冲多普勒火控雷达和双高（HGESM,HPECM）电子战系统的综合效能，这使得天线罩的电性能设计难度更大，性能分析更加复杂。四是天线罩气动外形出现新特征。四代机隐身、气动稳定性和阻力的改进确定了大长细比、带边条特征的尖削机头天线罩外形，更加需要采用数字化建模及全波方法来设计分析。
笔者从事天线罩技术研究与工程设计30多年，参与、组织及主持了多个国家重点型号项目机载、弹载天线罩的型号研制和预先研究工作；提出并研究了一些新技术、新方法并付诸实践，与多所高校合作开展课题研究并取得许多理论成果。经历了二代机单脉冲火控雷达罩、三代机脉冲多普勒火控雷达罩、四代机宽带相控阵隐身火控雷达罩的研制历程，深刻领会天线罩设计技术对雷达系统以及载机的重要作用，在天线罩总体设计、电性能设计与仿真、变厚度设计、电抗加载宽带结构设计、频率选择表面与隐身设计、超材料等方面开展了大量研究和探索工作，积累了丰富的工程实践经验。
本书可作为航空航天领域从事雷达系统和天线罩研发，以及从事相关预先研究的科技人员和高校研究生的参考书。
全书共13章，第1章至第4章主要介绍了天线罩电性能设计、仿真与优化涉及的基本理论、内容和方法；第5章和第6章主要介绍了传统壁结构火控雷达罩的设计与电性能特性，重点介绍了变厚度设计和挖掘的性能；第7章至第9章主要为频率选择表面、小型化单元频率选择表面（MEFSS）及电抗加载等带有金属含物罩壁结构的机理、特性、设计和仿真方法；第10章和第11章主要介绍了双频、超宽带等功能结构的机理、特性、设计与分析方法；第12章和第13章主要对目前研究热点和今后发展应用的共形阵电磁智能蒙皮和超材料天线罩的概念、内涵、要素、特征、构型与设计进行了探讨和分析。
第1章为导论，主要介绍了天线罩的基本概念、技术发展历程和电性能要求与设计基本方法。
第2章为天线罩电性能仿真计算方法，主要介绍了以几何光学法和物理光学法为代表的高频方法，以及矩量法、有限元法和时域有限差分法等低频方法。
第3章为天线罩电性能设计，主要介绍了介质罩壁结构的参数方程、天线罩/天线系统电特性分析方法、天线罩电性能参数表征及计算方法、飞机天线罩外形函数或模型构建和电性能设计方法。
第4章为优化设计基本理论与方法，主要介绍了优化设计的基本理念，数值迭代法、遗传算法、粒子群算法、免疫克隆算法以及混合优化算法等。
第5章为窄带雷达罩变厚度设计，主要介绍了窄带半波壁结构轴向变厚度设计技术，进行了等厚度设计与变厚度设计的性能比较与分析，给出了设计示例。
第6章为宽带雷达罩变厚度设计，主要介绍了常用壁结构的带宽特性，C型夹层结构双向变厚度设计方法，进行了等厚度设计与变厚度设计的性能比较与分析，给出了设计示例。
第7章为频率选择表面天线罩设计，主要介绍了频率选择表面的滤波机理、分析方法，单层/多层、宽带频率选择表面的设计方法以及FSS天线罩的RCS分析。
第8章为小型化单元频率选择表面天线罩设计，主要介绍了MEFSS理论与机制、实现途径及设计与优化方法。
第9章为电抗加载天线罩设计，主要介绍了电抗加载结构理论、设计分析和遗传算法优化方法，通过设计示例反映了其性能特点。
第10章为双频天线罩设计，主要介绍了无截止频段和有截止频段两类双频天线罩的实现途径和设计方法。
第11章为超宽带电子战天线罩设计，主要介绍了常规夹层结构的带宽特性，功能梯度结构的机理、宽带特性与GA设计方法，通过示例说明了超宽带天线罩的设计和仿真过程。
第12章为共形阵电磁智能蒙皮设计探讨，主要介绍了电磁智能蒙皮的概念及内涵、构成要素和特征，共形天线阵电磁智能蒙皮的设计要素、特征以及有源FSS自重构设计技术。
第13章为超材料天线罩设计探讨，主要介绍了超材料基本理论与电磁参数反演方法，对基于典型双负/双正组合对消罩壁结构、基于等效介质理论的超材料频率选择结构进行了设计探讨和性能分析。
文中提及的三代机或四代机（按目前国内的习惯）对应美国、俄罗斯等西方国家的所谓四代机或五代机，如美国的F-22战斗机、俄罗斯的T50战斗机美俄称之为五代机，国内称为四代机。
本书的撰写来自笔者工程实践经验的提炼总结和与高校课题合作的研究成果，得到了高校教授和中航工业济南特种所同事们的大力帮助，在此表示衷心地感谢！
感谢西北工业大学万伟教授和万国宾教授；东南大学徐金平教授、徐欧博士和王文博博士，以及毫米波国家重点实验室华光教授；南京大学伍瑞新教授；北京航空航天大学白明教授和金铭博士；空军工程大学屈绍波教授、王甲富副教授、闫明宝博士等，感谢与他们课题合作取得的成果和撰写中提供了大量资料和宝贵帮助。感谢特种所孙世宁、张文武、张清、王茜高级工程师，房亮、郭万振、庞晓宇工程师在书稿资料整理、制图、编辑等大量烦琐的工作中给予的支持和帮助；感谢李天宇高级工程师在组织协调方面的工作；感谢郝静、宋毅、周原等同志在照相、排版、打印等方面的细致工作；同时，感谢张明习、轩立新、王志强研究员在本书编写中给予的关心、指导和支持。
随着电磁计算学和计算机技术的不断发展，为天线罩电性能仿真分析提供了更好的工具和条件。优秀的天线罩设计师还是需要具有一定的理论功底、思想方法、经验积累和创新精神，设计和优化工作不可能完全交给计算机及软件自动地、智能地完成，设计师的工作是不可能用机器来替代的。本书力求给出天线罩电性能设计的知识与理论框架、设计与优化技法、先进技术发展趋势。由于作者水平有限，书中难免存在不足、疏漏甚至谬误，恳请广大读者给予批评指正。
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