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雷达天线罩电性能设计技术

作者: 刘晓春著

出版社: 航空工业出版社

出版时间: 2017-01

版次: 1

ISBN: 9787516511589

定价: 248.00

装帧: 精装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

丛书: 中航工业首席专家技术丛书

分类: 工程技术

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。
刘晓春，男，1962年4月出生，汉族，教授，自然科学研究员。1984年南京航空航天大学毕业获学士学位。南京航空航天大学在职博士。现任中国航空工业集团公司济南特种结构研究所副总工程师，南京航空航天大学兼职教授。
他长期从事机载、弹载雷达天线罩技术研究工作，经历数十个型号工程雷达罩研制和预研项目/课题研究并取得突出成就，是中航工业特种材料首席专家。在雷达罩总体设计、电性能设计与仿真、变厚度设计、宽带电抗加载结构、频率选择表面与隐身设计以及超材料等方面开展了大量研究工作，荣获多项国家和省部级科技成果奖。2007年获国务院政府特殊津贴。
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最优化问题的数学模型
4.2数值迭代法
4.2.1一维探索（线性探索）方法
4.2.2多目标最优化方法
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
内容简介:
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。
作者简介:
刘晓春，男，1962年4月出生，汉族，教授，自然科学研究员。1984年南京航空航天大学毕业获学士学位。南京航空航天大学在职博士。现任中国航空工业集团公司济南特种结构研究所副总工程师，南京航空航天大学兼职教授。
他长期从事机载、弹载雷达天线罩技术研究工作，经历数十个型号工程雷达罩研制和预研项目/课题研究并取得突出成就，是中航工业特种材料首席专家。在雷达罩总体设计、电性能设计与仿真、变厚度设计、宽带电抗加载结构、频率选择表面与隐身设计以及超材料等方面开展了大量研究工作，荣获多项国家和省部级科技成果奖。2007年获国务院政府特殊津贴。
目录:
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最优化问题的数学模型
4.2数值迭代法
4.2.1一维探索（线性探索）方法
4.2.2多目标最优化方法
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
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