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雷达天线结构设计与制造技术

作译者：段宝岩,杜敬利,段学超

出版时间：2024-12 千字数：415 版次：01-01 页数：312

开本：16开装帧： I S B N ：9787121497964

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纸质书定价：￥135.0

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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 .............................................................................. 133
6.3 常见的可展开天线结构形式 .......................................................................... 134
6.4 力学分析与设计要点 ...................................................................................... 138
6.4.1 空间可展开天线设计 ........................................................................... 138
6.4.2 空间可展开天线的力学分析 ............................................................... 139
6.5 可展开天线综合设计平台 .............................................................................. 143
6.5.1 基本框架与流程 ................................................................................... 144
6.5.2 软件平台关键技术 ............................................................................... 145
6.5.3 综合设计平台的应用效果 ................................................................... 148
参考文献 .................................................................................................................. 151
第7 章 雷达天线的环境适应性设计 ....................................................................... 152
7.1 概述 ................................................................................................................. 153
7.1.1 环境条件分类 ....................................................................................... 153
7.1.2 典型环境类型 ....................................................................................... 154
7.2 散热与热控设计 .............................................................................................. 156
7.2.1 热设计基础 ........................................................................................... 156
7.2.2 热设计仿真技术 ................................................................................... 158
7.2.3 雷达电子设备冷却方式 ....................................................................... 158
7.3 雷达天线的振动设计 ...................................................................................... 159
7.3.1 振动对天线电性能的影响 ................................................................... 159
7.3.2 常用的减/隔振措施 .............................................................................. 162
7.4 电磁兼容设计 .................................................................................................. 165
7.4.1 电磁兼容设计的基本内容 ................................................................... 165
7.4.2 电磁兼容测试技术 ............................................................................... 166
7.4.3 电磁兼容设计实例 ............................................................................... 166
7.5 典型案例 ......................................................................................................... 169
参考文献 .................................................................................................................. 174
第8 章 雷达天线电气互联技术 ............................................................................... 175
8.1 概述 ................................................................................................................. 176
8.2 电子封装与电气互联 ...................................................................................... 176
8.2.1 封装技术 ............................................................................................... 176
8.2.2 电气互联 ............................................................................................... 178
8.3 天线的3S 设计 ............................................................................................... 184
8.4 毫米波封装天线（AiP） ............................................................................... 189
8.5 太赫兹波段片上天线（AoC） ...................................................................... 192
参考文献 .................................................................................................................. 195
第9 章 面向波束指向精度的雷达天线机械结构与控制集成设计 ..................... 196
9.1 概述 ................................................................................................................. 197
9.2 雷达天线伺服系统机械结构设计 .................................................................. 197
9.2.1 集成设计要点 ....................................................................................... 198
9.2.2 结构优化设计 ....................................................................................... 200
9.3 伺服系统设计 .................................................................................................. 203
9.3.1 机械结构因素对伺服性能的影响 ....................................................... 204
9.3.2 伺服系统典型负载分析与综合 ........................................................... 207
9.3.3 传动机构设计 ....................................................................................... 210
9.3.4 角位移检测系统设计 ........................................................................... 213
9.4 面向波束指向精度的集成设计 ...................................................................... 215
9.4.1 波束控制系统类型 ............................................................................... 215
9.4.2 集成设计方法 ....................................................................................... 215
9.4.3 集成设计案例 ....................................................................................... 217
参考文献 .................................................................................................................. 220
第10 章 雷达天线转动平台与基础设计 ................................................................. 221
10.1 概述 ............................................................................................................... 222
10.2 转动平台与基础的结构形式 ........................................................................ 222
10.2.1 天线座的分类与组成 ......................................................................... 223
10.2.2 方位-俯仰型转动平台 ....................................................................... 224
10.2.3 X-Y 型天线座 ...................................................................................... 226
10.2.4 极轴型转动平台 ................................................................................. 228
10.2.5 三轴型转动平台 ................................................................................. 229
10.3 转动平台与基础精度分析 ............................................................................ 231
10.3.1 天线座轴系误差对目标测角精度的影响 ......................................... 231
10.3.2 轴系误差分析 ..................................................................................... 235
10.4 转动平台与基础的创新结构设计 ................................................................ 237
10.4.1 冗余虚拟轴转动平台 ......................................................................... 237
10.4.2 并驱式转动平台 ................................................................................. 239
10.4.3 自举升转动平台 ................................................................................. 247
参考文献 .................................................................................................................. 249
第11 章 雷达机械结构机电集成制造技术 ............................................................. 250
11.1 概述 ................................................................................................................ 251
11.2 雷达机械结构机电集成制造技术现状 ........................................................ 251
11.2.1 雷达装备制造特点 ............................................................................. 251
11.2.2 雷达装备制造技术体系发展现状 ..................................................... 254
11.3 雷达机电集成制造技术发展趋势 ................................................................ 265
参考文献 .................................................................................................................. 270
第12 章 雷达天线超精密加工与装配技术............................................................. 272
12.1 概述 ............................................................................................................... 273
12.2 雷达天线加工与装配技术特点 .................................................................... 273
12.2.1 雷达天线精密加工及典型案例 ......................................................... 273
12.2.2 雷达天线超精密加工 ......................................................................... 278
12.2.3 雷达天线装配 ..................................................................................... 280
12.3 QTT 110m 天线案例 ..................................................................................... 284
12.3.1 QTT 110m 天线概述 .......................................................................... 284
12.3.2 QTT 110m 天线主动主反射面零部件的精密加工与装配 ............... 285
12.4 共形承载天线案例 ........................................................................................ 289
参考文献 .................................................................................................................. 294

总 序
雷达在第二次世界大战中得到迅速发展，为适应战争需要，交战各方研制出从米波到微波的各种雷达装备。战后美国麻省理工学院辐射实验室集合各方面的专家，总结第二次世界大战期间的经验，于1950 年前后出版了雷达丛书共28 本，大幅度推动了雷达技术的发展。我刚参加工作时，就从这套书中得益不少。随着雷达技术的进步，28 本书的内容已趋陈旧。20 世纪后期，美国Skolnik 编写了《雷达手册》，其版本和内容不断更新，在雷达界有着较大的影响力，但它仍不及麻省理工学院辐射实验室众多专家撰写的28 本书的内容详尽。
我国的雷达事业，经过几代人70 余年的努力，从无到有，从小到大，从弱到强，许多领域的技术已经进入国际先进行列。总结和回顾这些成果，为我国今后雷达事业的发展做点贡献是我长期以来的一个心愿。在电子工业出版社的鼓励下，我和张光义院士倡导并担任主编，在中国电子科技集团有限公司的领导下，组织编写了这套“雷达技术丛书”（以下简称“丛书”）。它是我国雷达领域专家、学者长期从事雷达科研的经验总结和实践创新成果的展现，反映了我国雷达事业发展的进步，特别是近20 年雷达工程和实践创新的成果，以及业界经实践检验过的新技术内容和取得的最新成就，具有较好的系统性、新颖性和实用性。
“丛书”的作者大多来自科研一线，是我国雷达领域的著名专家或学术带头人，“丛书”总结和记录了他们几十年来的工程实践，挖掘、传承了雷达领域专家们的宝贵经验，并融进新技术内容。
“丛书”内容共分3 个部分：第一部分主要介绍雷达基本原理、目标特性和环境，第二部分介绍雷达各组成部分的原理和设计技术，第三部分按重要功能和用途对典型雷达系统做深入浅出的介绍。“丛书”编委会负责对各册的结构和总体内容进行审定，使各册内容之间既具有较好的衔接性，又保持各册内容的独立性和完整性。“丛书”各册作者不同，写作风格各异，但其内容的科学性和完整性是不容置疑的，读者可按需要选择其中的一册或数册阅读。希望此次出版的“丛书”能对从事雷达研究、设计和制造的工程技术人员，雷达部队的干部、战士以及高校电子工程专业及相关专业的师生有所帮助。
“丛书”是从事雷达技术领域各项工作专家们集体智慧的结晶，是他们长期工作成果的总结与展示，专家们既要完成繁重的科研任务，又要在百忙中抽出时间保质保量地完成书稿，工作十分辛苦，在此，我代表“丛书”编委会向各分册作者和审稿专家表示深深的敬意！
本次“丛书”的出版意义重大，它是我国雷达界知识传承的系统工程，得到了业界各位专家和领导的大力支持，得到参与作者的鼎力相助，得到中国电子科技集团有限公司和有关单位、中国航天科工集团有限公司和有关单位、西安电子科技大学、哈尔滨工业大学等各参与单位领导的大力支持，得到电子工业出版社领导和参与编辑们的积极推动，借此机会，一并表示衷心的感谢！


前 言
作为雷达整体的一个重要组成部分，雷达机械结构发挥着不可替代的重要作用。它不仅是雷达电性能实现的载体和保障，而且往往制约着雷达电性能的实现与提高，这是因为雷达是一类机电紧密结合的装备。
雷达机械远不同于一般的常规机械，其设计与制造自然有其本身固有的特征与规律。经过长期的研究与实践，人们认识到：雷达机械结构的设计与制造，需从如何保证电性能的角度展开，雷达机械结构具有鲜明的机电耦合特征。同时，随着雷达向着高频段、高增益、高功率、宽频带、快响应、高指向精度的方向发展，机电之间呈现出紧耦合的特征。
机电耦合技术，包括电磁场、结构位移场与温度场的场耦合理论模型，机械结构因素对电性能的影响机理，以及基于场耦合理论模型与影响机理的机电集成设计和制造技术。
本书较为系统地阐述了雷达与天线结构的机电耦合设计的理论、方法与技术，尤其是机电耦合技术在雷达机械设计与制造中的应用。
本书著者长期从事电子机械工程的教学与科研工作，致力于电子装备机电耦合技术及应用的研究。本书内容是著者及其团队多年研究成果的展示、长期应用实践体会的总结。本书共12 章，其中，第1～4 章由段宝岩执笔，第5～8 章由杜敬利执笔，第9～12 章由段学超执笔。
因著者学术水平所限，书中难免存在不足、缺点甚至错误，敬请指正。
著 者
2022 年6 月

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