第1 章 概論 ............................................................................................................. 001
1.1 雷達天線及其發(fā)展 .................................................................................... 002
1.2 天線在雷達中的作用 ................................................................................ 006
1.3 天線的基本理論 ........................................................................................ 008
1.3.1 矢量位和波動方程 ......................................................................... 008
1.3.2 理想電偶極子 ................................................................................. 010
1.3.3 直線電流源輻射場 ......................................................................... 013
1.3.4 任意電流分布的輻射場 ................................................................. 015
1.3.5 遠場條件 ......................................................................................... 016
1.3.6 輻射方向圖 ..................................................................................... 018
1.3.7 方向性系數與增益 ......................................................................... 020
1.3.8 輸入阻抗、駐波及損耗 ................................................................. 022
1.3.9 極化 ................................................................................................. 023
1.3.10 天線RCS ...................................................................................... 024
1.4 天線常用定理和原理 ................................................................................ 026
1.4.1 互易定理 ......................................................................................... 026
1.4.2 對偶原理 ......................................................................................... 028
1.4.3 鏡像原理 ......................................................................................... 031
1.4.4 等效源定理 ..................................................................................... 033
參考文獻 ............................................................................................................. 034
第2 章 輻射單元 .................................................................................................... 036
2.1 半波振子天線 ............................................................................................ 037
2.1.1 原理分析 ......................................................................................... 037
2.1.2 天線性能 ......................................................................................... 038
2.1.3 天線結構及饋電設計 ..................................................................... 040
2.1.4 常見半波振子天線形式 ................................................................. 044
2.2 波導口天線 ................................................................................................ 047
2.2.1 原理分析 ......................................................................................... 047
2.2.2 天線性能 ......................................................................................... 052
2.2.3 天線結構及饋電設計 ..................................................................... 053
2.2.4 常見波導口天線形式 ..................................................................... 054
2.3 微帶貼片天線 ............................................................................................ 054
2.3.1 原理分析 ......................................................................................... 055
2.3.2 天線性能 ......................................................................................... 056
2.3.3 天線結構及饋電設計 ..................................................................... 059
2.3.4 常見微帶貼片天線形式 ................................................................. 061
2.4 漸變槽線天線 ............................................................................................ 062
2.4.1 原理分析 ......................................................................................... 062
2.4.2 天線性能 ......................................................................................... 064
2.4.3 天線結構及饋電設計 ..................................................................... 066
2.4.4 常見漸變槽線天線形式 ................................................................. 069
參考文獻 ............................................................................................................. 071
第3 章 陣列天線 .................................................................................................... 075
3.1 基本理論 .................................................................................................... 076
3.2 一維陣列 .................................................................................................... 078
3.2.1 陣因子 ............................................................................................. 079
3.2.2 單元因子 ......................................................................................... 081
3.2.3 單元間距 ......................................................................................... 082
3.2.4 口徑分布 ......................................................................................... 082
3.2.5 方向性 ............................................................................................. 091
3.3 二維陣列 .................................................................................................... 092
3.3.1 陣列分析 ......................................................................................... 092
3.3.2 口徑分布 ......................................................................................... 093
3.3.3 方向圖綜合 ..................................................................................... 099
3.4 非平面陣列天線 ........................................................................................ 103
3.4.1 一般非平面陣列分析方法 ............................................................. 104
3.4.2 圓和圓柱陣列 ................................................................................. 105
3.4.3 球形和半球形陣列 ......................................................................... 112
3.4.4 圓錐陣列 ......................................................................................... 113
3.5 稀疏陣列 .................................................................................................... 114
3.5.1 密度加權陣列特點 ......................................................................... 114
3.5.2 獨立采樣概率密度稀疏法 ............................................................. 115
3.5.3 相關采樣概率密度稀疏法 ............................................................. 118
3.5.4 大型稀疏陣列方向圖優(yōu)化 ............................................................. 120
3.6 陣中單元有源阻抗匹配 ............................................................................ 124
3.6.1 單元間互耦 ..................................................................................... 124
3.6.2 有源阻抗 ......................................................................................... 125
3.6.3 有源反射系數與陣中單元波瓣 ..................................................... 133
3.6.4 周期結構理論 ................................................................................. 135
3.6.5 互耦補償 ......................................................................................... 137
3.6.6 陣列輻射單元設計與試驗 ............................................................. 137
參考文獻 ............................................................................................................. 143
第4 章 相控陣天線 ................................................................................................ 148
4.1 基本原理 .................................................................................................... 149
4.1.1 原理及特點 ..................................................................................... 149
4.1.2 天線類型 ......................................................................................... 160
4.1.3 發(fā)展趨勢 ......................................................................................... 162
4.2 波束掃描與賦形 ........................................................................................ 164
4.2.1 相位量化效應 ................................................................................. 164
4.2.2 虛位技術 ......................................................................................... 166
4.2.3 僅相位加權零控技術 ..................................................................... 167
4.2.4 相位加權波束展寬技術 ................................................................. 169
4.2.5 相位加權方向圖賦形技術 ............................................................. 171
4.2.6 方向圖快速計算技術 ..................................................................... 173
4.2.7 多階振幅量化 ................................................................................. 176
4.2.8 非周期陣列柵瓣抑制技術 ............................................................. 179
4.3 工程設計 .................................................................................................... 181
4.3.1 陣列體制選擇 ................................................................................. 181
4.3.2 輻射單元選擇 ................................................................................. 183
4.3.3 掃描空域分析 ................................................................................. 184
4.3.4 寬帶寬角天線陣列阻抗匹配 ......................................................... 187
4.3.5 天線陣列瞬時帶寬 ......................................................................... 200
4.3.6 相控陣天線校準 ............................................................................. 202
4.3.7 誤差與失效分析 ............................................................................. 205
4.4 有源相控陣天線 ........................................................................................ 207
4.4.1 發(fā)展概況 ......................................................................................... 207
4.4.2 有源相控陣天線技術特點 ............................................................. 208
4.4.3 主要子系統(tǒng)設計 ............................................................................. 209
4.5 數字陣列天線 ............................................................................................ 211
4.5.1 應用與發(fā)展 ..................................................................................... 211
4.5.2 工作原理 ......................................................................................... 213
4.5.3 數字波束形成 ................................................................................. 214
4.5.4 數字陣列天線信號處理 ................................................................. 215
參考文獻 ............................................................................................................. 218
第5 章 陣列天線低RCS 設計 ............................................................................. 226
5.1 現代天線隱身技術發(fā)展 ............................................................................ 227
5.2 陣列天線散射理論 .................................................................................... 228
5.2.1 概述 ................................................................................................. 228
5.2.2 散射機理 ......................................................................................... 229
5.2.3 陣列天線散射特點 ......................................................................... 230
5.3 陣列天線散射設計 .................................................................................... 231
5.3.1 概述 ................................................................................................. 231
5.3.2 陣列天線模式項 ............................................................................. 233
5.3.3 陣列天線散射設計 ......................................................................... 234
5.3.4 陣列天線散射縮減技術 ................................................................. 238
5.4 陣列天線低散射技術的發(fā)展趨勢 ............................................................ 242
參考文獻 ............................................................................................................. 244
第6 章 波導縫隙陣列天線 .................................................................................... 246
6.1 引言 ............................................................................................................ 247
6.2 縫隙陣列天線基本概念 ............................................................................ 247
6.2.1 駐波陣列 ......................................................................................... 248
6.2.2 行波陣列 ......................................................................................... 250
6.3 平板縫隙陣列天線設計 ............................................................................ 251
6.3.1 平板縫隙天線的結構 ..................................................................... 251
6.3.2 波導口徑尺寸和縫隙間距的選擇 ................................................. 252
目 錄｜
XIII
6.3.3 口徑分布及子陣劃分 ..................................................................... 252
6.3.4 縫隙特性參數 ................................................................................. 254
6.3.5 陣面縫隙設計 ................................................................................. 256
6.3.6 二階效應考慮 ................................................................................. 259
6.4 波導窄邊縫隙陣列天線設計 .................................................................... 260
6.4.1 基本理論 ......................................................................................... 260
6.4.2 陣列的設計 ..................................................................................... 265
6.5 新型波導縫隙陣 ........................................................................................ 276
6.5.1 雙極化波導縫隙陣列天線 ............................................................. 276
6.5.2 基片集成波導（SIW）縫隙陣列天線 .......................................... 281
6.5.3 寬帶并饋波導縫隙陣列天線 ......................................................... 284
6.5.4 波導縫隙相控陣天線 ..................................................................... 287
6.6 波導縫隙陣列天線的電磁仿真技術 ........................................................ 288
6.6.1 縫隙特性參數仿真 ......................................................................... 288
6.6.2 陣列天線的仿真分析 ..................................................................... 292
參考文獻 ............................................................................................................. 298
第7 章 反射面天線 ................................................................................................ 301
7.1 概述 ............................................................................................................ 302
7.2 基本分析方法 ............................................................................................ 303
7.2.1 幾何光學法 ..................................................................................... 303
7.2.2 幾何繞射理論（GTD 法） ............................................................ 310
7.2.3 其他分析方法簡述 ......................................................................... 314
7.2.4 反射面天線綜合 ............................................................................. 317
7.3 口徑輻射 .................................................................................................... 321
7.3.1 口徑分布和輻射場的關系 ............................................................. 321
7.3.2 線源和矩形口徑的輻射 ................................................................. 323
7.3.3 圓形口徑的輻射 ............................................................................. 325
7.3.4 口徑相位分布的影響 ..................................................................... 326
7.4 反射面天線特性分析和設計 .................................................................... 329
7.4.1 天線方向圖及其有關參數 ............................................................. 329
7.4.2 偏焦和掃描特性 ............................................................................. 332
7.4.3 公差影響分析 ................................................................................. 338
7.4.4 極化特性 ......................................................................................... 340
7.4.5 阻擋和后瓣 ..................................................................................... 341
7.4.6 其他因素或特性分析 ..................................................................... 343
7.4.7 兩個層次的反射面天線設計 ......................................................... 344
7.4.8 反射面天線的設計思路和設計過程 ............................................. 345
7.5 簡單拋物面天線 ........................................................................................ 346
7.5.1 拋物柱面天線 ................................................................................. 346
7.5.2 圓口徑拋物面天線 ......................................................................... 348
7.5.3 橢圓口徑拋物面天線 ..................................................................... 350
7.5.4 典型饋源介紹 ................................................................................. 350
7.6 卡塞格倫天線 ............................................................................................ 351
7.6.1 特點和應用 ..................................................................................... 351
7.6.2 卡塞格倫天線基本設計 ................................................................. 352
7.6.3 單脈沖卡塞格倫天線 ..................................................................... 354
7.6.4 整形雙反射面天線 ......................................................................... 360
7.6.5 典型饋源介紹 ................................................................................. 362
7.7 雙彎曲反射面天線 .................................................................................... 364
7.7.1 概念和應用 ..................................................................................... 364
7.7.2 反射面生成 ..................................................................................... 364
7.7.3 遠場方向圖計算 ............................................................................. 366
7.7.4 典型饋源介紹 ................................................................................. 370
7.8 其他反射面天線 ........................................................................................ 373
7.8.1 球形反射面天線 ............................................................................. 373
7.8.2 拋物桶反射面天線 ......................................................................... 375
7.8.3 陣列饋電反射面天線 ..................................................................... 376
7.8.4 波束波導饋電反射面天線 ............................................................. 377
7.8.5 堆積多波束拋物面天線 ................................................................. 379
參考文獻 ............................................................................................................. 380
第8 章 天線測試技術 ............................................................................................ 382
8.1 概述 ............................................................................................................ 383
8.1.1 歷史回顧 ......................................................................................... 383
8.1.2 天線測試的概念和分類 ................................................................. 383
8.1.3 雷達天線測試的要求 ..................................................................... 384
8.2 遠場測試技術 ............................................................................................ 385
目 錄｜
XV
8.2.1 遠場測試的一般考慮 ..................................................................... 385
8.2.2 反射場法 ......................................................................................... 389
8.2.3 斜距場法 ......................................................................................... 393
8.2.4 高架場法 ......................................................................................... 398
8.2.5 遠場增益測試 ................................................................................. 399
8.2.6 測試方法的比較和選擇 ................................................................. 400
8.2.7 自動化遠場測試系統(tǒng) ..................................................................... 401
8.3 緊縮場測試技術 ........................................................................................ 405
8.3.1 對靜區(qū)的要求 ................................................................................. 405
8.3.2 均勻平面波的形成 ......................................................................... 406
8.3.3 緊縮場暗室 ..................................................................................... 408
8.3.4 緊縮場測試和應用 ......................................................................... 409
8.4 近場掃描測試技術 .................................................................................... 411
8.4.1 平面近場掃描測試技術 ................................................................. 412
8.4.2 近場暗室設計 ................................................................................. 423
8.4.3 近場診斷技術 ................................................................................. 426
8.4.4 柱面近場掃描測試技術簡介 ......................................................... 427
8.4.5 球面近場掃描測試技術簡介 ......................................................... 428
8.5 超低副瓣天線測試問題 ............................................................................ 430
8.6 新型測試技術 ............................................................................................ 432
8.6.1 天線中場測試技術 ......................................................................... 432
8.6.2 無人機天線遠場測試技術 ............................................................. 433
8.6.3 數學吸波反射抑制技術 ................................................................. 435
參考文獻 ............................................................................................................. 436
第9 章 天線罩 ........................................................................................................ 437
9.1 引言 ............................................................................................................ 438
9.1.1 歷史與背景 ..................................................................................... 439
9.1.2 功能簡述 ......................................................................................... 440
9.1.3 分類和選用原則 ............................................................................. 440
9.2 技術參數 .................................................................................................... 442
9.3 天線罩的基本要求 .................................................................................... 442
9.3.1 環(huán)境要求 ......................................................................................... 443
9.3.2 設計指標 ......................................................................................... 444
雷達天線技術
XVI
9.4 電性能設計技術 ........................................................................................ 448
9.4.1 多層介質平板設計技術 ................................................................. 449
9.4.2 殼體罩——天線的綜合性能分析技術 ......................................... 459
9.4.3 空間骨架天線罩設計 ..................................................................... 465
9.5 天線罩發(fā)展趨勢 ........................................................................................ 476
9.5.1 超材料電磁隱身天線罩技術 ......................................................... 477
9.5.2 耐高功率天線罩技術 ..................................................................... 481
9.5.3 吸透一體天線罩技術 ..................................................................... 484
參考文獻 ............................................................................................................. 486
第10 章 雷達天線技術的發(fā)展趨勢 ...................................................................... 488
10.1 引言 .......................................................................................................... 489
10.2 多功能相控陣雷達天線技術 .................................................................. 490
10.2.1 相控陣天線特性要求 ................................................................... 490
10.2.2 多功能相控陣天線的發(fā)展方向及部分實例 ............................... 491
10.3 星載雷達天線 .......................................................................................... 493
10.3.1 發(fā)展概述 ....................................................................................... 494
10.3.2 未來發(fā)展趨勢 ............................................................................... 498
10.4 微波光子陣列天線 .................................................................................. 499
10.4.1 微波光子技術簡介 ....................................................................... 499
10.4.2 超寬帶微波光子陣列 ................................................................... 502
10.4.3 光域波束形成研究 ....................................................................... 504
10.5 機會陣雷達天線 ...................................................................................... 507
10.5.1 機會陣雷達簡介 ........................................................................... 507
10.5.2 機會陣雷達天線陣列 ................................................................... 508
10.5.3 機會陣方向圖綜合 ....................................................................... 509
10.6 毫米波相控陣天線 .................................................................................. 511
10.6.1 毫米波相控陣天線發(fā)展現狀 ....................................................... 512
10.6.2 毫米波相控陣天線設計技術 ....................................................... 512
10.6.3 毫米波相控陣天線技術發(fā)展趨勢 ............................................... 516
10.7 新材料、新工藝對天線發(fā)展的影響 ...................................................... 517
10.7.1 新型電磁超材料在天線中的應用 ............................................... 517
10.7.2 新型制造工藝在雷達天線中的應用 ........................................... 519
參考文獻 ............................................................................................................. 521