天线系统作为高性能电子装备的“眼睛”和“耳朵”，对保障高性能电子装备电性能的发挥起着极其重要的作用。本书主要介绍天线系统的基础知识与结构建模耦合分析方法。全书共7章，内容包括绪论、天线电磁基础、天线结构与热分析、天线多场耦合、反射面天线基础、阵列天线基础、面天线机电耦合分析软件设计等。
本书可供高等学校天线相关专业的高年级本科生、研究生以及从事天线设计、制造及保障相关工作的工程技术人员参考。
凡利用电磁波来传递信息的装置，几乎都需要用到天线。天线将高频电流转变为电磁波并辐射到空间中，或者将空间中传来的电磁波能量转变为高频电流，在通信、雷达、导航、电子对抗、遥感遥测和射电天文等领域得到了广泛应用。因此，对天线相关理论与技术的学习非常重要。
本书是作者在阅读天线技术领域大量相关公开文献及优秀书籍的基础上，结合团队多年的天线机电热耦合研究工作经验编写而成的。本书着重从工程应用的角度介绍天线相关基础概念和机电热耦合分析基础知识，对开展天线机电热多学科交叉研究有一定的参考价值。
本书的主要框架如下：
第1章是绪论部分，主要介绍通信技术发展概况、天线发展历史、天线的分类、射电望远镜发展概况、雷达发展概况、微波的特性及效应等内容。
第2章介绍天线电磁基础知识，有助于读者了解天线的工作原理和相关参数。
第3章介绍天线结构设计与热分析相关知识，内容包括天线结构设计、反射面结构测试、天线结构力学方程、天线结构有限元建模、天线传热学理论、温度场与结构变形分析、天线散热冷板、天线结构振动响应分析等。
第4章介绍天线多场耦合基础知识，内容包括多场耦合问题概述、耦合分类与耦合关系分析、耦合建模方法、耦合求解方法、耦合分析软件等，让读者认识耦合问题并初步了解天线耦合分析软件及流程。
第5章和第6章分别针对工程中常见的反射面天线和阵列天线详细介绍相关基础知识。
第7章介绍面天线机电耦合分析软件设计，内容包括天线结构参数化设计、天线结构优化设计、异构软件集成、面天线机电耦合分析软件设计与应用，为读者开展天线多学科耦合分析提供参考。
在本书的编写过程中，西安电子科技大学段宝岩院士以及王从思、朱敏波、陈光达、张福顺、邵晓东、杜敬利、曹鸿均、段学超等老师从不同方面给予了指导；同时，中国电子科技集团公司第三十九研究所周生怀、段玉虎、赵武林、贺更新、任文龙、唐积刚、陈慰、庞毅等，中国电子科技集团公司第五十四研究所郑元鹏、杜彪、伍洋、刘国玺等，中国电子科技集团公司第三十八研究所王志海、于坤鹏、时海涛、吴文志等，中国科学院新疆天文台王娜、许谦等，中国科学院国家天文台孔德庆，中国科学院云南天文台汪敏，中国科学院紫金山天文台王海仁等给予了大力支持与帮助；作者实验室的全体博士和硕士研究生在图表绘制、数据收集、资料查找、书稿整理等方面付出了辛勤劳动。在此，作者对以上所有同志一并表示感谢。
由于编著者水平有限，书中难免存在不妥之处，敬请广大读者批评指正。
编著者
2023年7月
第1章 绪论 1
1.1 通信技术发展概况 1
1.2 天线发展历史 3
1.3 天线的分类 6
1.4 射电望远镜发展概况 10
1.5 雷达发展概况 14
1.6 微波的特性及效应 15
第2章 天线电磁基础 17
2.1 麦克斯韦方程组 17
2.2 天线辐射场区 19
2.3 辐射方向图 19
2.4 天线方向性系数与天线增益 21
2.5 天线阻抗 23
2.6 天线的辐射效率 25
2.7 天线极化 25
2.8 频段划分 28
2.9 常用数学函数 30
2.9.1 贝塞尔函数 30
2.9.2 狄拉克函数 32
2.9.3 二项式定理 33
2.10 天线参数测量技术 34
2.10.1 微波端口网络 35
2.10.2 网络分析仪 36
2.10.3 天线电路参数测量 38
2.10.4 天线辐射参数测量 39
第3章 天线结构与热分析 43
3.1 天线结构设计 43
3.1.1 反射面的支撑与连接 43
3.1.2 刚度与稳定性 44
3.1.3 构型与材料 46
3.1.4 动力学分析 48
3.1.5 热分析 49
3.1.6 模具制造 50
3.1.7 复合材料制造 52
3.2 反射面结构测试 55
3.2.1 制造过程测试 56
3.2.2 环境载荷测试 57
3.3 天线结构力学方程 59
3.4 天线结构有限元建模 60
3.4.1 有限元基本原理 60
3.4.2 APDL参数化建模 64
3.4.3 载荷与约束处理 67
3.5 天线传热学理论 68
3.5.1 热传导 68
3.5.2 热对流 68
3.5.3 热辐射 69
3.6 温度场与结构变形分析 69
3.6.1 热结构耦合分析 70
3.6.2 流场温度场耦合分析 70
3.6.3 热结构耦合变形分析 72
3.6.4 星载偏置天线热分析流程 74
3.7 天线散热冷板 75
3.7.1 冷板分类 75
3.7.2 冷板选用原则 77
3.7.3 冷板参数 78
3.7.4 冷板设计要点 79
3.8 天线结构振动响应分析 80
3.8.1 非平稳振动分析方法 80
3.8.2 常用非平稳地震地面运动模型 84
第4章 天线多场耦合 88
4.1 多场耦合问题概述 88
4.2 耦合分类与耦合关系分析 91
4.3 耦合建模方法 94
4.4 耦合求解方法 97
4.5 耦合分析软件 102
第5章 反射面天线基础 108
5.1 面天线的几何特性 108
5.2 面天线的坐标转换 110
5.2.1 初始指平的天线 111
5.2.2 初始仰天的天线 114
5.3 偏置反射面天线 116
5.3.1 偏置反射面天线概述 116
5.3.2 偏置反射面天线的几何特性 118
5.3.3 偏置反射面天线的坐标系 119
5.4 双反射面天线 120
5.5 面天线增益计算 123
5.6 面电流法辐射场计算 125
5.7 变形反射面拟合 133
5.7.1 NURBS曲面分块拟合 134
5.7.2 RBF神经网络拟合 135
第6章 阵列天线基础 138
6.1 直线阵因子 138
6.2 阵列天线电磁分析 140
6.2.1 矩形栅格平面相控阵 140
6.2.2 三角形栅格平面相控阵 141
6.2.3 空间相控阵 142
6.3 阵元互耦 143
6.3.1 互耦中的阵元阻抗 144
6.3.2 互耦中的阵列方向图 146
6.4 天线的辐射阵元 147
6.4.1 对称振子 148
6.4.2 微带贴片 152
6.4.3 喇叭 156
6.4.4 波导裂缝 160
6.5 有源相控阵天线误差因素 162
6.6 星载可展开有源相控阵天线 164
6.6.1 展开结构的特点 164
6.6.2 结构设计要点 169
6.7 共形天线 178
6.8 天线罩 180
6.8.1 天线罩的发展 181
6.8.2 天线罩的分类 182
6.8.3 天线罩材料 183
6.8.4 天线罩的设计 183
第7章 面天线机电耦合分析软件设计 185
7.1 天线结构参数化设计 185
7.1.1 天线结构参数化设计数据流程 185
7.1.2 天线结构参数化建模 187
7.1.3 天线结构CAD/CAE建模 189
7.2 天线结构优化设计 191
7.2.1 天线结构优化设计数据流程 191
7.2.2 优化可视化设计 193
7.2.3 优化过程监控 194
7.3 异构软件集成 196
7.4 面天线机电耦合分析软件设计与应用 198
7.4.1 面天线机电耦合分析软件设计 198
7.4.2 工程案例应用 204
参考文献 211
书单推荐
