内容简介
《雷达天线罩理论基础和电性能工程设计》系统且全面地介绍了雷达天线罩电性能相关的基本概念、电磁理论、设计步骤、测试方法和技术要点等内容。详细分析了雷达天线罩和超材料天线罩受均匀厚度和非均匀厚度、常规和非对称*面罩体变化、复合材料选取和超表面结构选择等因素的影响。全面讲解了雷达天线罩电性能设计所运用的等效传输线分析方法、几何和物理光学法、全波电磁计算方法等。《雷达天线罩理论基础和电性能工程设计》还深入探讨了提高雷达天线罩的测试精度，改善功率传输，减少多天线系统的相位不一致性，降低防雷击条影响，减少环境温度/湿度以及辐射功率对罩壁的作用等内容。
目录
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前言
第1章 雷达天线罩和电性能设计概述 1
1.1 天线罩的发展历程与用途 2
1.2 天线罩的类型和基本电性能参数 3
1.2.1 天线罩的应用行业分类 3
1.2.2 天线罩的结构分类 4
1.2.3 天线罩的外形分类 7
1.2.4 天线罩的基本电性能参数 9
1.3 天线罩电性能设计和分析技术 11
1.4 本章小结 13
参考文献 13
第2章 天线罩相关的电磁波传输理论 16
2.1 电磁波和平面电磁波的形成 16
2.2 理想介质中的均**面电磁波 17
2.2.1 理想介质中的正弦均**面波 18
2.2.2 导电介质中的正弦均**面波 18
2.2.3 低耗介质中的正弦均**面波 19
2.3 平面电磁波的极化 19
2.3.1 平面电磁波在理想介质分界面上的反射与折射 19
2.3.2 垂直极化波在理想介质分界面上的反射与折射 20
2.3.3 平行极化波在理想介质分界面上的反射与折射 21
2.4 电磁波在平面分层介质中的反射与透射 21
2.4.1 二层介质的反射与透射 21
2.4.2 三层介质的反射与透射 22
2.4.3 多层介质的反射与透射 24
2.5 天线辐射的基本原理 25
2.5.1 天线辐射性能参数 25
2.5.2 天线单元因子和方向图阵因子 27
2.6 天线方向图的和与差 28
2.7 天线罩对辐射方向图产生影响的物理量 29
2.7.1 相位误差和相位不一致性 30
2.7.2 天线近区副瓣电平抬升 32
2.7.3 瞄准误差 32
2.7.4 瞄准误差变化率 33
2.7.5 瞄准误差一致性 33
2.7.6 零深电平抬高 34
2.7.7 远区均方根副瓣抬高（含镜像瓣电平） 34
2.7.8 镜像瓣电平 35
2.7.9 波束宽度变化 36
2.8 罩壁内表面的功率反射系数 36
2.9 本章小结 37
参考文献 38
第3章 天线罩用工程复合材料 39
3.1 天线罩材料电参数特性 39
3.2 天线罩材料分类 39
3.2.1 环氧树脂基体 40
3.2.2 双马来酰亚胺树脂基体 41
3.2.3 氰酸酯树脂基体 41
3.3 弹载天线罩材料 42
3.4 机载天线罩材料 43
3.4.1 蒙皮用材料 43
3.4.2 芯层用材料 45
3.4.3 表面涂层材料 46
3.5 本章小结 49
参考文献 50
第4章 天线罩设计的等效传输线分析方法 51
4.1 均匀传输线矩阵方法 51
4.2 单层介质平板功率传输系数和透射系数 55
4.2.1 电磁波极化分解原理 55
4.2.2 功率传输系数和透射系数 56
4.2.3 半波长壁厚平板罩 58
4.3 影响介质天线罩功率传输系数（透波率）的因素 62
4.3.1 极化方式对功率传输系数的影响 62
4.3.2 介电常数对功率传输系数的影响 63
4.3.3 损耗角正切对功率传输系数的影响 64
4.4 多层介质平板功率传输系数和透射系数 65
4.4.1 多层介质平板的传输矩阵单元计算 66
4.4.2 多层介质平板的厚度计算 67
4.4.3 多层介质平板的反射和透射系数 67
4.4.4 多层介质平板的插入相位移 67
4.4.5 多层介质平板的反射相位 68
4.5 平板天线罩入射角的确定 68
4.6 本章小结 69
参考文献 69
第5章 天线罩电性能高频分析方法 70
5.1 几何光学法分析方法 70
5.1.1 几何光学法原理 71
5.1.2 坐标变换公式 75
5.1.3 天线罩模型 76
5.1.4 求解入射线与天线罩壁的交点 78
5.1.5 求解外法向矢量和入射角 80
5.1.6 电场分解与合成 83
5.2 几何光学法计算算例 84
5.3 物理光学法分析方法 85
5.3.1 口径积分-表面积分和平面波谱-表面积分 85
5.3.2 AI-SI的数学模型 86
5.3.3 天线口面的离散化 88
5.3.4 天线近场的计算 90
5.4 天线与天线罩之间坐标变换关系 94
5.4.1 求解内壁电磁波入射角 97
5.4.2 求解天线罩外表面电磁场 98
5.4.3 远区场求解 99
5.5 物理光学法计算算例 100
5.6 天线罩电性能优化设计 104
5.6.1 天线罩指标和材料 105
5.6.2 电性能设计和分析 106
5.6.3 天线罩电性能计算 108
5.6.4 将粒子群优化算法引入电性能设计 109
5.7 本章小结 113
参考文献 114
第6章 天线罩电性能设计的电磁全波计算方法 115
6.1 电磁全波计算方法简介 115
6.2 天线罩几何数模产生和网格化处理 116
6.2.1 典型天线罩的数模产生 116
6.2.2 复杂天线罩的数模产生 117
6.2.3 天线罩的网格剖分 119
6.3 利用FEKO计算天线口面场 123
6.4 基于MOM-MLFMM的多层天线罩电性能仿真 125
6.5 本章小结 127
参考文献 127
第7章 平面和*面频选天线罩电性能
试读
第1章雷达天线罩和电性能设计概述
雷达天线罩(Radome)是英文“Radar Dome”的缩写[1]，是电磁波的窗口，用于保护雷达天线，防止环境对雷达天线的工作状态产生影响和干扰。其主要作用是降低驱动天线运转的功率，提高其工作可靠性，保证雷达天线全天候工作。
天线罩的作用是保护天线系统免受外界恶劣环境的影响，如风沙、雨雪、冰雹、盐雾、尘土、昆虫，以及极端温度(低温和高温)。这些环境因素可能导致天线精度降低、寿命缩短和工作可靠性差，天线罩在电气性能上具有良好的电磁波穿透特性，同时在机械性能上能够承受外部恶劣环境的作用。
雷达天线罩通常由玻璃纤维复合材料制成，天线罩则由介电材料制成，是放置在雷达或其他天线外部的流线型保护构件。
从传统定义来看，雷达天线罩和天线罩有所区别，但实际上两者都是以保护天线系统能够正常工作为主要目的，且当前在使用范围和发展趋势上这两个概念日渐趋同。因此，本章及后续章节将不再区分二者，均以天线罩称之，除非专门特指。
作为物理隔离环境的装置，天线罩广泛应用于军事和民用领域，特别是在国防建设中起到重要的作用。
(1)用于各种民用和军用雷达天线的天线罩，占据天线罩应用的大部分。
(2)微波通信领域的微波塔楼、微波中继站、微波设备的微波墙，以及用于保护各种通信天线的天线罩等。
(3)用于天线馈源和相位校正透镜(如龙伯透镜)的馈源罩等[2]。
天线罩应用于机载、弹载、高速飞行器上时，其不仅需要保护天线罩的内部天线系统，提供类透明的电磁辐射窗口，还需要保证相应飞行器的气动外形不变化，确保飞行器的飞行状态不受影响。随着电子技术的发展，天线罩和天线系统一体化已经成为趋势，天线罩已经成为天线系统的重要组成部分。图1.1所示为多款天线罩。
早期天线罩主要是用来保护装在天线罩内的天线系统以及一部分收发装置，使其免受外界恶劣环境的影响。现代天线罩除了具备早期天线罩的各项功能，还提供了一个适宜的分界面，以便保持结构、温度和空气动力的特性，同时能够得到所要求的电气性能。也就是说，天线罩应满足天线对天线-天线罩综合体的电气指标、机械结构强度、抗候性能、使用寿命以及工艺制造成本等复杂的相互矛盾的要求[4]。对于机载天线罩、导弹头天线罩等，外形还应满足空气动力学的要求。
图1.1多款天线罩[3]
理想的天线罩不应该降低天线性能，但实际上，综合其他方面的*低要求又必须做出部分牺牲，所以天线罩的电气性能不可能是*佳的。天线罩其他功能的要求，必然导致天线系统指标下降，但是天线罩又不可或缺，所以如何设计一款优秀的天线罩，在保护天线的同时，减少其对天线的干扰、天线辐射特性的衰减以及对相控阵天线相位的影响，具有很高的研究价值。
1.1天线罩的发展历程与用途
天线罩的发展史与雷达天线的发展进程有很大的关联性。在天线罩出现之前，第二次世界大战初期，慢速飞机通常搭载由八木-宇田天线或者半波长天线组成的甚高频雷达，这种天线制作简单，且对外界环境的敏感度较低，所以当时没有考虑在天线外面加上罩体封闭的必要性。随着飞机速度的提升，保护飞机上的雷达天线免受外部物理环境的影响变得越来越重要。1940年，世界上**款天线罩诞生，是用在飞机上的流线罩[5]；1946年，美国康奈尔(Cornell)航空实验室进行了充气天线罩相关特性研究，制造出直径16.8m的产品原型，两年后安装在美国纽约西部的商业运输港口。随着充气天线罩技术逐渐成熟，1955年，美国陆军订制了数百个这样的天线罩。但是这种充气天线罩在结构强度方面存在不足，无法满足高速飞机或导弹等的刚度需求。1952年，美国再次引领天线罩研究方向；1955年，美国在北极安装了直径16.8m的刚性天线罩，1956年，完成金属桁架天线罩的模拟电信实验，并运用在通信、雷达天线以及哈勃望远镜上。1976年，美国将相位校正透镜技术结合到椭球形天线罩上。由于天线罩在军事领域的重要性，各国对相关技术研究实施严格封锁，难以获得近期国外天线罩的研究进展。
国内天线罩的发展*初是通过仿制苏联的歼击机机头罩展开的，逐步开展天线罩的相关性能研究，从少数研究实力强的研究所开始，天线罩使用的玻璃钢/复合材料*早于1958年由北京玻钢院复合材料有限公司(前身是北京玻璃钢研究设计院，即北京二五一厂)研发成功。在天线罩制作方面，中电集团第十四研究所于1963年研制出直径20m的扫频充气天线罩。1965年研制出当时世界上*大的A夹层介质桁架截球罩。此外还生产了小型舰载雷达天线罩、潜艇用的雷达馈源罩以及导弹前端天线罩。上海玻璃钢研究所研制出世界上*大的A夹层玻璃钢天线罩。进入20世纪80年代，我国引进了10多部金属桁架天线罩，分别用于不同的地面雷达站。从那时起，部分研究所开始对变厚度半波长、A夹层、C夹层天线罩进行计算分析，如中航科技集团六三七研究所。近
