編輯推薦

本書是一部典型的理論結閤應用的反射麵天綫專著，凝結瞭作者多年科研經驗和理論成果。

內容簡介

本書作者從事天綫研發工作多年，他對反射麵天綫的形狀設計原理、輻射場計算理論進行瞭係統的推導，編寫瞭幾何形狀設計、輻射場計算程序並給齣瞭計算實例，並經工程實踐驗證。書中設計程序讀者可以拿來就用，大大提高學習、研究和設計反射麵天綫的效率，縮短從理論到實踐的距離。

作者簡介

　　　　何山紅：安徽工業大學副教授、碩士生導師，中國電子學會高級會員，IEEE Member。曾在南京電子技術研究所從事天綫研究工作多年，主持完成多項大型國防工程及其他國傢重大工程中天綫係統的研製，擔任過天綫與微波國防科學技術重點實驗室基金等預研課題的組長。目前擔任多本IEEE匯刊的審稿人。已在IEEE Transactions on Antennas and Propagation、IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters、《電波科學學報》等期刊及會議上發錶學術論文30多篇，其中被SCI、EI檢索20多篇。

目錄

目 錄
第1章 標準卡塞格倫天綫和拋物麵天綫 1
1．1 標準卡塞格倫天綫的等效拋物麵法 1
1．1．1 標準卡塞格倫天綫的幾何參數 1
1．1．2 等效拋物麵法 2
1．2 基於矢位法的拋物麵天綫輻射遠場的分析 3
1．2．1 矢位法基本原理 3
1．2．2 基於矢位法的反射麵天綫輻射遠場的計算 6
1．2．3 點源照射下的反射麵天綫輻射遠場 8
1．2．4 拋物麵的麵積元和法嚮單位矢量 9
1．2．5 拋物麵天綫的輻射遠場 10
1．3 程序計算實例 15
1．3．1 標準卡塞格倫天綫計算實例 15
1．3．2 拋物麵天綫計算實例 20
1．4 程序清單 23
1．4．1 饋源輻射方嚮圖軸對稱時輻射遠場計算程序清單HAA．FOR 24
1．4．2 饋源輻射方嚮圖非軸對稱時輻射遠場計算程序清單HAB．FOR 32
第2章 單偏置拋物麵天綫 41
2．1 單偏置拋物麵天綫的幾何結構 41
2．2 利用E模場輻射法計算單偏置拋物麵天綫的輻射遠場 42
2．2．1 綫極化輻射遠場 42
2．2．2 圓極化輻射遠場 47
2．3 程序計算實例 51
實例2．1 綫極化時單偏置拋物麵天綫的計算 51
實例2．2 圓極化時單偏置拋物麵天綫的計算 53
實例2．3 拋物麵天綫的計算 55
2．4 單偏置拋物麵天綫輻射遠場計算程序清單HOF．FOR 56
第3章 賦形波束雙彎麯反射麵天綫 73
3．1 賦形波束雙彎麯反射麵天綫幾何形狀設計 73
3．1．1 設計中截綫 73
3．1．2 條帶設計 76
3．2 賦形波束雙彎麯反射麵天綫輻射遠場 78
3．2．1 利用矢位法計算反射麵天綫輻射遠場 78
3．2．2 點源照射下的反射麵輻射遠場 79
3．2．3 反射麵的錶麵參量 81
3．2．4 輻射遠場 82
3．3 程序計算實例 86
實例3．1 遠場功率方嚮圖為餘割平方時的計算 86
實例3．2 遠場功率方嚮圖為任意分布時的計算 93
3．4 反射麵形狀設計和輻射遠場計算程序清單HDR．FOR 95
第4章 賦形卡塞格倫天綫 122
4．1 常用口麵場分布函數分析 122
4．2 反射麵結構設計 122
4．2．1 反射麵方程 122
4．2．2 利用四階龍格-庫塔法求解微分方程組 127
4．3 利用鏡麵電流法求解輻射場 128
4．3．1 副麵散射場 128
4．3．2 卡塞格倫天綫輻射場 132
4．3．3 天綫效率 137
4．4 射綫跟蹤和鏡麵電流法計算輻射場 141
4．4．1 反射麵坐標的擬閤處理 141
4．4．2 反射麵上點的法嚮單位矢量 142
4．4．3 主反射麵的麵積元 144
4．4．4 主麵口麵場 145
4．4．5 輻射遠場 148
4．5 程序計算實例 151
實例4．1 計算賦形卡塞格倫天綫形狀 151
實例4．2 饋源輻射方嚮圖軸對稱時輻射遠場計算 154
實例4．3 賦形卡塞格倫天綫形狀計算及坐標擬閤 158
實例4．4 饋源輻射方嚮圖非軸對稱時輻射遠場計算 160
4．6 程序清單 163
4．6．1 計算賦形卡塞格倫天綫形狀程序清單HCC．FOR 163
4．6．2 饋源輻射方嚮圖軸對稱時輻射場計算程序清單HCD．FOR 168
4．6．3 計算賦形卡塞格倫天綫形狀及擬閤程序清單HCE．FOR 185
4．6．4 饋源輻射方嚮圖非軸對稱時輻射場計算程序清單HCF．FOR 192
第5章 賦形環焦反射麵天綫 208
5．1 反射麵形狀設計 208
5．1．1 主麵和副麵母綫的方程 208
5．1．2 反射麵參數的選取 212
5．1．3 四階龍格-庫塔法求解微分方程組 214
5．2 輻射遠場 214
5．3 程序計算實例 215
實例5．1 計算賦形環焦天綫形狀及擬閤處理 215
實例5．2 饋源輻射方嚮圖非軸對稱時綫極化輻射遠場的計算 218
實例5．3 饋源輻射方嚮圖非軸對稱時圓極化輻射遠場的計算 221
5．4 計算環焦天綫形狀及擬閤程序清單HRA．FOR 222
第6章 雙偏置對稱轉換格雷高利天綫 230
6．1 基本幾何結構參數 230
6．2 主副麵錶達式 233
6．2．1 副麵法嚮單位矢量 233
6．2．2 副麵反射綫單位矢量 234
6．2．3 副麵坐標 236
6．2．4 主麵坐標 237
6．2．5 主麵口麵上反射綫軌跡與饋源球坐標係下參量的關係 238
6．3 主麵口麵場 246
6．3．1 主麵的麵積元 246
6．3．2 主麵口麵場 248
6．4 輻射遠場 251
6．4．1 綫極化輻射遠場 251
6．4．2 圓極化輻射遠場 252
6．5 程序計算實例 254
實例6．1 饋源輻射電場為綫極化時的計算 254
實例6．2 饋源輻射電場為圓極化時的計算 257
6．6 反射麵形狀和輻射場計算程序清單OFFA．FOR 259
第7章 雙偏置對稱轉換卡塞格倫天綫 276
7．1 基本幾何結構參數 276
7．2 主副麵錶達式 279
7．2．1 副麵法嚮單位矢量 279
7．2．2 副麵反射綫單位矢量 280
7．2．3 副麵坐標 281
7．2．4 主麵坐標 282
7．2．5 主麵口麵上反射綫軌跡與饋源球坐標係下參量的關係 283
7．3 主麵口麵場 291
7．4 輻射遠場 294
7．5 程序計算實例 295
實例7．1 饋源輻射電場為綫極化時的計算 295
實例7．2 饋源輻射電場為圓極化時的計算 299
7．6 反射麵形狀和輻射遠場計算程序清單OFFB．FOR 300
第8章 賦形雙偏置反射麵天綫 312
8．1 求解反射麵形狀 312
8．1．1 能量守恒定律 312
8．1．2 斯奈爾定律 313
8．1．3 求解反射麵坐標的步驟 316
8．2 主麵口麵場 317
8．3 輻射遠場 321
8．4 程序計算實例 322
實例8．1 計算賦形雙偏置格雷高利天綫的形狀 323
實例8．2 計算賦形雙偏置卡塞格倫天綫的形狀 325
實例8．3 綫極化時賦形雙偏置格雷高利天綫輻射遠場的計算 326
實例8．4 圓極化時賦形雙偏置格雷高利天綫輻射遠場的計算 328
實例8．5 綫極化時賦形雙偏置卡塞格倫天綫輻射遠場的計算 329
實例8．6 圓極化時賦形雙偏置卡塞格倫天綫輻射遠場的計算 330
8．5 程序清單 331
8．5．1 反射麵天綫形狀計算程序清單DOFA．FOR 332
8．5．2 反射麵天綫輻射場計算程序清單DOFB．FOR 339
第9章 格雷高利橢圓波束天綫 346
9．1 反射麵坐標求解 346
9．1．1 對稱平麵的幾何參數 346
9．1．2 主麵特性 348
9．1．3 副反射麵的幾何特性 348
9．1．4 主麵坐標和副麵坐標的關係 350
9．1．5 求解主副麵坐標的具體過程 352
9．1．6 驗證主副麵形狀設計結果 355
9．2 主麵口麵場 356
9．3 輻射遠場 361
9．4 程序計算實例 361
實例9．1 求解不同坐標係下的方位角的對應關係 362
實例9．2 求解偏焦函數中的係數的值 363
實例9．3 利用偏焦函數計算反射麵形狀 364
實例9．4 綫極化時天綫俯仰麵遠場方嚮圖的計算 367
實例9．5 綫極化時天綫方位麵遠場方嚮圖的計算 369
實例9．6 右鏇圓極化時天綫俯仰麵遠場方嚮圖的計算 370
實例9．7 左鏇圓極化時天綫方位麵遠場方嚮圖的計算 372
9．5 程序清單 373
9．5．1 求解不同坐標係下的方位角的對應關係程序清單HERA．FOR 373
9．5．2 偏焦函數中的係數求解程序清單HERB．FOR 376
9．5．3 反射麵形狀計算程序清單HERC．FOR 383
9．5．4 反射麵天綫輻射遠場計算程序清單HERD．FOR 390
第10章 對稱雙反射麵橢圓波束天綫 399
10．1 求解變焦距環焦橢圓波束天綫形狀 399
10．1．1 長軸平麵內的副麵幾何參數 400
10．1．2 短軸平麵內的副麵幾何參數 402
10．1．3 其他平麵內的副麵幾何參數 403
10．1．4 副麵上點的法嚮單位矢量 406
10．1．5 求解主麵坐標 410
10．2 求解變照射角賦形卡塞格倫橢圓波束天綫形狀 411
10．2．1 求解長軸和短軸平麵內的主副麵形狀 412
10．2．2 求解其他平麵內的副麵形狀 413
10．2．3 求解其他平麵內的主麵形狀 414
10．3 主麵口麵場 417
10．4 輻射遠場 421
10．5 程序計算實例 422
10．5．1 變焦距環焦橢圓波束天綫計算實例 422
10．5．2 變照射角賦形卡塞格倫橢圓波束天綫計算實例 434
10．6 程序清單 446
10．6．1 環焦橢圓波束天綫形狀計算程序清單HEEA．FOR 446
10．6．2 環焦橢圓波束天綫輻射場計算程序清單HEEB．FOR 456
10．6．3 卡塞格倫橢圓波束天綫形狀計算程序清單HFFA．FOR 463
10．6．4 卡塞格倫橢圓波束天綫輻射遠場計算程序清單HFFB．FOR 486
第11章 三反射體賦形球麵天綫 490
11．1 三反射體賦形球麵天綫特性 490
11．2 求解主副麵形狀 491
11．2．1 求解對稱平麵內的麯綫 491
11．2．2 在反射麵坐標係下計算主副麵形狀 496
11．2．3 在饋源坐標係下計算主副麵形狀 498
11．2．4 驗證主副麵形狀設計結果 500
11．3 主麵口麵場 502
11．4 輻射遠場 509
11．5 程序計算實例 510
實例11．1 非均勻分布時第1類天綫形狀計算 510
實例11．2 非均勻分布時第1類天綫方位麵輻射遠場的計算 514
實例11．3 非均勻分布時第1類天綫俯仰麵輻射遠場的計算 516
實例11．4 均勻分布時第1類天綫形狀的計算 518
實例11．5 均勻分布時第1類天綫輻射遠場的計算 519
實例11．6 均勻分布時第2類天綫形狀的計算 521
實例11．7 均勻分布時第2類天綫輻射遠場的計算 523
11．6 程序清單 524
11．6．1 三反射體球麵天綫形狀計算程序清單HMMA．FOR 524
11．6．2 三反射體球麵天綫輻射場計算程序清單HMMB．FOR 539
第12章 瞬時多波束拋物麵天綫 547
12．1 瞬時多波束拋物麵天綫概述 547
12．1．1 瞬時拋物麵天綫特性 547
12．1．2 多個偏焦饋源形成多波束的機理 548
12．2 瞬時多波束拋物麵天綫輻射場 549
12．2．1 主動球麵與瞬時拋物麵的關係 549
12．2．2 基於矢位法的剩餘球麵輻射遠場分析 551
12．2．3 點源照射下的剩餘球麵輻射遠場 552
12．2．4 剩餘球麵的麵積元和法嚮單位矢量 553
12．2．5 剩餘球麵的輻射遠場 556
12．3 程序計算實例 560
實例12．1 饋源非偏焦時瞬時拋物麵天綫輻射遠場的計算 561
實例12．2 饋源非偏焦時剩餘球麵和混閤反射麵的輻射遠場的計算 563
實例12．3 饋源偏焦時瞬時拋物麵天綫輻射遠場的計算 565
實例12．4 饋源偏焦時剩餘球麵和混閤反射麵的輻射遠場的計算 566
12．4 程序清單 567
12．4．1 瞬時拋物麵輻射遠場計算程序清單HYR1．FOR 567
12．4．2 剩餘球麵和混閤反射麵的輻射遠場計算程序清單HYR2．FOR 579
附錄A 公用子程序清單 592
附錄B 程序索引 597
附錄C 程序的使用說明 599
參考文獻 600

前言/序言

前 言

　　反射麵天綫廣泛應用於通信、雷達、導航、遙控、遙測、深空探測和射電天文等領域。隨著現代科技的發展，反射麵技術取得瞭明顯的進步，湧現齣瞭許多新技術及新方法。但反射麵天綫的幾何形狀設計、輻射場計算比較復雜，對工程數學和電磁場理論要求較高，所涉及的公式較多，也較為晦澀，很多天綫設計方麵的參考書與工程結閤不夠緊密；對於從事反射麵天綫工作的人員而言，擁有一些較為係統全麵、理論與實踐緊密結閤的參考書及“拿來就能用”的程序，無疑可以提高其學習、研究或者設計反射麵天綫的效率，縮短從理論到實踐的距離。本書對絕大多數種類的反射麵天綫的形狀設計原理、輻射場計算理論（包括主麵的口麵場、輻射遠場和副麵散射場等）進行瞭係統的推導，對不同種類的反射麵天綫采用瞭適閤於各自特點的分析方法；對每種天綫分彆編寫瞭形狀設計、輻射場計算程序，並給齣瞭計算實例。

　　本書共12章，對近20種形式的反射麵天綫進行瞭形狀設計和輻射場計算。這些天綫涵蓋瞭目前絕大多數種類的反射麵天綫，具體包括拋物麵天綫、卡塞格倫天綫（含標準型和賦形波束兩種類型）、單偏置拋物麵天綫、賦形波束雙彎麯反射麵天綫（含焦點帶、仰角帶、水平帶三種類型）、副麵為橢圓的環焦天綫（含標準型和賦形波束兩種類型）、雙偏置對稱轉換反射麵天綫（含格雷高利和卡塞格倫兩種類型）、賦形雙偏置反射麵天綫（含卡塞格倫和格雷高利兩種類型）、格雷高利橢圓波束反射麵天綫、變焦距環焦橢圓波束反射麵天綫(包括副麵半徑過渡函數為多項式函數、正弦函數和指數函數三種形式）、變照射角賦形卡塞格倫橢圓波束天綫（包括副麵矢徑長度過渡函數為多項式函數、正弦函數和指數函數三種形式）、三反射體賦形球麵天綫和瞬時多波束拋物麵天綫。

　　第1章先將標準卡塞格倫天綫用等效拋物麵來代替，然後利用基於矢位法的輻射場理論推導瞭拋物麵天綫輻射遠場的計算原理；針對饋源輻射方嚮圖為軸對稱、非軸對稱、饋源輻射電場為綫極化、圓極化等情況，編寫瞭輻射遠場計算程序並給齣瞭計算實例。

　　第2章利用E模場輻射法，在饋源輻射方嚮圖非軸對稱的情況下，給齣瞭饋源輻射電場為綫極化、圓極化時的單偏置拋物麵天綫輻射遠場計算原理，編寫瞭計算程序並給齣瞭計算實例；當單偏置拋物麵天綫的偏置角度為零時，則變成瞭拋物麵天綫，因此這一章介紹的理論及編寫的程序也適用於拋物麵天綫。

　　第3章先論述瞭賦形波束雙彎麯反射麵天綫的中截綫的設計原理，並結閤條帶理論給齣瞭焦點帶、仰角帶、水平帶賦形波束雙彎麯反射麵天綫的設計過程；當饋源輻射方嚮圖非軸對稱時，利用基於矢位法的輻射場理論，推導瞭計算綫極化輻射遠場的原理，編寫瞭反射麵形狀設計及輻射遠場計算程序，給齣瞭計算實例。

　　第4章在給定反射麵口麵功率分布的情形下，結閤饋源輻射功率方嚮圖給齣瞭設計賦形卡塞格倫天綫形狀的原理。在饋源輻射方嚮圖為軸對稱的情況下，推導瞭利用鏡麵電流法計算副麵散射場、主麵口麵場、輻射遠場及天綫效率、增益等參數的原理；當饋源輻射方嚮圖非軸對稱時，為瞭提高計算速度，對反射麵進行瞭多項式擬閤，推導瞭利用射綫跟蹤法和鏡麵電流法計算綫極化、圓極化輻射遠場的原理，編寫瞭反射麵形狀設計及輻射遠場計算程序，給齣瞭計算實例。

　　第5章在給定反射麵口麵功率分布的情形下，結閤饋源輻射功率方嚮圖給齣瞭設計副麵為橢圓的賦形環焦天綫形狀的原理。在饋源輻射方嚮圖非軸對稱的情況下，對反射麵進行瞭多項式擬閤；推導瞭利用射綫跟蹤法和鏡麵電流法計算綫極化、圓極化輻射遠場的原理，編寫瞭反射麵形狀設計及輻射遠場計算程序，給齣瞭計算實例。

　　第6章和第7章分彆推導瞭雙偏置對稱轉換格雷高利天綫和卡塞格倫天綫形狀的解析錶達式。在饋源輻射方嚮圖非軸對稱的情況下，推導瞭利用射綫跟蹤法和鏡麵電流法計算綫極化、圓極化輻射遠場的原理，編寫瞭反射麵形狀設計及輻射場計算程序，給齣瞭計算實例。

　　第8章在給定反射麵口麵功率分布的情形下，結閤饋源輻射功率方嚮圖推導瞭設計賦形雙偏置卡塞格倫天綫和格雷高利天綫的形狀的原理。在饋源輻射方嚮圖非軸對稱的情況下，推導瞭利用射綫跟蹤法和鏡麵電流法計算綫極化、圓極化輻射遠場的原理，編寫瞭反射麵形狀設計及輻射場計算程序，給齣瞭計算實例。

　　第9章在基於對稱轉換的前提下，設計瞭求解格雷高利低交叉極化橢圓波束天綫形狀的方法。在饋源輻射方嚮圖非軸對稱的情況下，推導瞭利用射綫跟蹤法和鏡麵電流法計算綫極化、圓極化輻射遠場的原理，編寫瞭反射麵形狀設計及輻射場計算程序，給齣瞭計算實例。

　　第10章論述瞭求解變焦距環焦橢圓波束天綫、變照射角賦形卡塞格倫橢圓波束天綫形狀的過程。在饋源輻射方嚮圖非軸對稱的情況下，推導瞭利用射綫跟蹤法和鏡麵電流法計算綫極化、圓極化輻射遠場的原理，編寫瞭反射麵形狀設計及輻射場計算程序並給齣瞭計算實例；如果將橢圓波束橢球率設成1，則變成瞭對稱波束，環焦橢圓波束天綫變成瞭副麵為橢圓的標準環焦天綫、賦形卡塞格倫橢圓波束天綫變成瞭賦形卡塞格倫對稱波束天綫。因此，這一章的理論及程序也可應用於標準環焦天綫或賦形卡塞格倫對稱波束天綫的形狀設計及輻射場計算。

　　第11章在給定主麵口麵功率分布的情況下，結閤饋源功率方嚮圖，設計瞭求解第1類和第2類三反射體賦形球麵天綫形狀的方法；分析瞭利用移動饋源係統（含饋源及第一、第二副麵）實現波束掃描，或利用多個饋源係統産生多波束的機理。這一章在饋源輻射方嚮圖非軸對稱的情況下，推導瞭利用射綫跟蹤法和鏡麵電流法計算綫極化、圓極化輻射場的原理，對比分析瞭饋源輻射方嚮圖和主麵口麵功率函數在不同情況下的性能，編寫瞭反射麵形狀設計及輻射場計算程序，並給齣瞭計算實例。

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