《深空探測天線》是一本關於深空探測天線技術的專著，詳細討論和研究了幾何光學分析方法、物理光學分析方法、高斯模分析方法和焦平面場共軛匹配分析方法。書中還就波束波導的3種設計方法，即高通法、高斯波束法和高功率設計法進行了設計實例研究，給出了一些新穎的設計方法。書中也討論了饋源設計技術、噪聲溫度計算技術以及全息法測量天線面形誤差技術。 《深空探測天線》可供從事天線、饋源和微波技術研究和設計的工程技術人員及相關專業大學生和研究生閱讀參考。
基本介紹
- 外文名：Antennas of the Deep Space Survey
- 書名：高新技術專著系列:深空探測天線
- 作者：楊可忠
- 出版日期：2014年1月1日
- 語種：簡體中文
- 品牌：人民郵電出版社
- 出版社：人民郵電出版社
- 頁數：284頁
- 開本：16
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,
內容簡介
國內第一本此領域的專著，以關鍵技術為主線，以解決具體問題為目的，對這類天線的共性技術進行深入的分析，對一些關鍵技術給出詳細的數理推演，並指出各類技術的套用範圍、制約條件和未來的發展趨勢。其特點是具有系統性、理論性、套用性，並對存在的問題進行了深入的討論
作者簡介
中國電子科技集團公司第五十四研究所天線首席專家楊可忠教授，現擔任“嫦娥一號”50米天線總設計師，在“嫦娥一號”奔月過程中，該亞洲最大天線發揮了關鍵性作用。
圖書目錄
第1章 幾何光學法
1.1 概述 2
1.2 反射鏡面的微波光學 2
1.2.1 反射鏡表面的單位法線矢量 2
1.2.2 反射鏡表面的斯耐爾定律 3
1.2.3 射束波前面積元和射束所截割的反射鏡表面面積元之間的關係 4
1.2.4 多反射鏡的射線描跡技術 5
1.3 波束波導中的對稱轉換原則 7
1.3.1 波束波導的對稱轉換準則 8
1.3.2 拓展的對稱轉換準則 8
1.3.3 對稱轉換波束波導系統中的等光程傳輸 9
1.4 卡塞格侖天線主、副反射鏡的賦形 10
1.4.1 主、副反射鏡幾何及物理參數的確定 10
1.4.2 卡塞格侖天線的賦形 13
1.4.3 重新賦形副反射鏡的技術 15
1.5 拋物面/拋物面型波束波導的幾何光學分析 18
1.6 幾何光學法計算反射鏡的輻射場 20
1.6.1 E模輻射場公式 20
1.6.2 朱蘭成公式 23
1.6.3 幾何光學法計算天線輻射特性的適用性 24
參考文獻 25
第2章 物理光學法
2.1 概述 27
2.2 幾何處理 28
2.3 近似處理 29
參考文獻 35
第3章 高斯模分析方法
3.1 概述 37
3.2 近軸近似的波動方程解 37
3.2.1 基模高斯波束解 38
3.2.2 基模高斯波束的基本特點 40
3.2.3 關於基模高斯波束的討論 40
3.3 高斯波束的變換 44
3.3.1 傳播通過一段空間距離d的變換 44
3.3.2 高斯波束的折射過程 44
3.3.3 通過理想薄透鏡的變換過程 46
3.3.4 對稱拋物面反射鏡的反射變換 47
3.3.5 球面反射鏡的反射變換 49
3.3.6 偏置角θ0=π/2的偏置拋物面天線的變換 50
3.4 橢圓高斯波束 52
3.5 高階高斯模 54
3.5.1 厄米—高斯波束 55
3.5.2 拉蓋爾—高斯波束 58
3.6 常用的拉蓋爾—高斯模 61
3.6.1 基模 61
3.6.2 （0，1）模 62
3.6.3 （0，2）模 63
3.7 高斯模法分析喇叭饋源的場 64
3.7.1 平衡混合狀態下的波紋饋源 64
3.7.2 非平衡混合狀態下的波紋喇叭 67
3.8 高斯模法分析偏置拋物面反射鏡 68
3.8.1 偏置角為θ0的偏置拋物面反射鏡高斯波束的變換機理 68
3.8.2 偏置拋物面反射鏡不對稱性激勵的高階高斯模 70
3.8.3 偏置拋物面反射鏡的反射矩陣 72
3.9 反射鏡高斯波束參數的求解 74
3.9.1 等效球面波法 74
3.9.2 高斯模法同射線描跡相結合的綜合方法 76
3.9.3 近似球面波法同射線描跡法相結合的綜合方法 79
3.9.4 全高斯模處理方法 80
3.9.5 薄透鏡理論法 82
3.10 用遠場方向圖表示饋源的高斯波束 86
3.11 高斯波束組法 88
3.11.1 方法的基本描述 89
3.11.2 饋源輻射場的高斯波束展開式 89
3.11.3 幾何及物理參數的確定 91
3.11.4 高斯波束模係數C1m的確定 97
3.11.5 反射鏡的反射場 98
3.12 高斯模係數的確定 106
3.12.1 有限空間電磁場高斯模展開式 107
3.12.2 將反射鏡上的表面電流展成高斯模場 108
3.13 波束波導反射鏡的截獲效率 109
3.13.1 第一枚反射鏡的截獲效率 110
3.13.2 第二枚反射鏡的截獲效率 111
3.13.3 高斯模的矢量模函式、標量模函式和模的單位矢量 114
3.14 波束波導系統中的交叉極化特性 115
3.14.1 0，0模與0，1模傳輸的相位差 115
3.14.2 偏置鏡的置位誤差對交叉極化的影響 116
3.14.3 波束波導系統的輸出場 118
3.15 波束波導中的差模傳輸特性 120
參考文獻121
第4章 焦平面場共軛匹配法
4.1 概述 124
4.2 平行於主反射鏡孔徑軸的平面來波在主反射鏡表面所激勵的場 125
4.3 副反射鏡表面的場 126
4.4 過副反射鏡頂點且與副反射鏡軸ez垂直的平面內的場 128
4.5 過Vs且垂直於z軸的平面的場高斯波束展開 130
4.5.1 搜尋法 131
4.5.2 Vs平面場分布近似為高斯波束橫向場分布法 132
4.6 焦平面場的處理 134
4.7 關於偏置橢球反射鏡高斯模的處理 137
4.7.1 偏置拋物面反射鏡與偏置橢球面反射鏡的幾何關係 138
4.7.2 偏置橢球面反射鏡的薄透鏡方程 138
4.8 副反射鏡上的表面電流展成高斯波束 142
參考文獻 145
第5章 饋源技術
5.1 概述 147
5.2 多模饋源 147
5.2.1 多模饋源的構成單元及其作用 147
5.2.2 不連續截面處高次模的激勵 148
5.2.3 多模饋源的輻射方向圖 153
5.3 波紋饋源 154
5.3.1 表面阻抗法 156
5.3.2 HE11模的單模工作區 163
5.3.3 寬頻帶波紋喇叭的設計 163
5.4 散射矩陣法分析波紋饋源 167
5.4.1 典型組件的處理 168
5.4.2 相鄰兩組件的組合散射矩陣 172
5.4.3 矩陣參數 173
5.4.4 喇叭或波導與口面之間波導段的處理 175
5.4.5 口面對半空間的輻射 176
5.4.6 整體處理 179
5.4.7 模數的選取 180
5.4.8 球面波展開法計算波紋喇叭的方向圖 181
參考文獻 184
第6章 微波全息法測量天線表面誤差
6.1 概述 186
6.2 基本原理 186
6.3 計及反射面變形影響的輻射場 190
6.4 變形反射鏡面形的構建 192
6.4.1 取樣規則 193
6.4.2 離散傅立葉變換 194
6.5 最佳擬合拋物面 196
6.5.1 坐標變換 196
6.5.2 最佳擬合拋物面的確定 197
6.6 變形賦形雙鏡天線的最佳擬合反射面 202
6.6.1 坐標變換 202
6.6.2 主反射鏡變形、副反射鏡不變形 203
6.6.3 主反射鏡不變形、副反射鏡變形 207
參考文獻 210
第7章 天線噪聲溫度
7.1 概述 212
7.2 天線方向圖所確定的噪聲溫度 212
7.2.1 地面噪聲溫度模型 214
7.2.2 天線方向圖所確定的噪聲溫度整體模型 215
7.2.3 天線面的歐姆損耗所產生的噪聲溫度 218
7.3 波束波導中的噪聲溫度的確定 219
7.3.1 基本模型 219
7.3.2 互易定理求解法向模場 220
7.3.3 反射鏡泄漏所產生的噪聲溫度 224
參考文獻 224
第8章 關於波束波導系統的設計
8.1 概述 227
8.2 波束波導系統設計的重要技術因素 228
8.2.1 低噪聲溫度因素 228
8.2.2 波束的轉換因素 229
8.2.3 兩偏置反射鏡之間的距離選擇因素 230
8.2.4 結構因素 231
8.3 波束波導的高通設計法 233
8.3.1 多頻段共用波束波導的特點 233
8.3.2 高通設計法的基本描述 234
8.3.3 關於各頻段饋源的設計 234
8.4 高斯波束法 248
8.4.1 各高斯波束之間的轉換關係 249
8.4.2 M1鏡反射高斯波束參數的確定 251
8.4.3 M1鏡入射高斯波束參數的確定 252
8.4.4 副反射鏡頂點Vs處的高斯波束參數 253
8.4.5 利用高斯波束法設計波紋喇叭饋源 254
8.4.6 利用高斯波束法設計波束波導的實際設計案例 255
8.5 高功率設計法 263
8.5.1 基本原理 263
8.5.2 主要技術因素及其分析 265
8.5.3 高功率波束波導系統第一種設計方法——Z02位於V1V2中途法 265
8.5.4 高功率波束波導系統第二種設計方法——Z02最佳確定法 270
參考文獻 272
第9章 非波束波導饋電的卡塞格侖型深空探測天線
9.1 概述 274
9.2 副反射鏡的賦形 275
9.2.1 偏軸饋源的射線描跡 276
9.2.2 副反射鏡的重新賦形 276
9.2.3 等光程常數Ck的確定 277
9.2.4 F2位置的選擇 279
9.2.5 不對稱卡塞格侖天線可能存在的問題 279
9.3 雙頻功能的開拓 280
9.3.1 雙頻段饋源系統 280
9.3.2 橢球型反射鏡 281
9.4 降低天線噪聲、提高天線G/T值的技術 282
9.4.1 副反射鏡邊緣的幾何光學射線內撥技術 282
9.4.2 副反射鏡邊緣附加賦形凸緣 283
參考文獻 284
1.1 概述 2
1.2 反射鏡面的微波光學 2
1.2.1 反射鏡表面的單位法線矢量 2
1.2.2 反射鏡表面的斯耐爾定律 3
1.2.3 射束波前面積元和射束所截割的反射鏡表面面積元之間的關係 4
1.2.4 多反射鏡的射線描跡技術 5
1.3 波束波導中的對稱轉換原則 7
1.3.1 波束波導的對稱轉換準則 8
1.3.2 拓展的對稱轉換準則 8
1.3.3 對稱轉換波束波導系統中的等光程傳輸 9
1.4 卡塞格侖天線主、副反射鏡的賦形 10
1.4.1 主、副反射鏡幾何及物理參數的確定 10
1.4.2 卡塞格侖天線的賦形 13
1.4.3 重新賦形副反射鏡的技術 15
1.5 拋物面/拋物面型波束波導的幾何光學分析 18
1.6 幾何光學法計算反射鏡的輻射場 20
1.6.1 E模輻射場公式 20
1.6.2 朱蘭成公式 23
1.6.3 幾何光學法計算天線輻射特性的適用性 24
參考文獻 25
第2章 物理光學法
2.1 概述 27
2.2 幾何處理 28
2.3 近似處理 29
參考文獻 35
第3章 高斯模分析方法
3.1 概述 37
3.2 近軸近似的波動方程解 37
3.2.1 基模高斯波束解 38
3.2.2 基模高斯波束的基本特點 40
3.2.3 關於基模高斯波束的討論 40
3.3 高斯波束的變換 44
3.3.1 傳播通過一段空間距離d的變換 44
3.3.2 高斯波束的折射過程 44
3.3.3 通過理想薄透鏡的變換過程 46
3.3.4 對稱拋物面反射鏡的反射變換 47
3.3.5 球面反射鏡的反射變換 49
3.3.6 偏置角θ0=π/2的偏置拋物面天線的變換 50
3.4 橢圓高斯波束 52
3.5 高階高斯模 54
3.5.1 厄米—高斯波束 55
3.5.2 拉蓋爾—高斯波束 58
3.6 常用的拉蓋爾—高斯模 61
3.6.1 基模 61
3.6.2 （0，1）模 62
3.6.3 （0，2）模 63
3.7 高斯模法分析喇叭饋源的場 64
3.7.1 平衡混合狀態下的波紋饋源 64
3.7.2 非平衡混合狀態下的波紋喇叭 67
3.8 高斯模法分析偏置拋物面反射鏡 68
3.8.1 偏置角為θ0的偏置拋物面反射鏡高斯波束的變換機理 68
3.8.2 偏置拋物面反射鏡不對稱性激勵的高階高斯模 70
3.8.3 偏置拋物面反射鏡的反射矩陣 72
3.9 反射鏡高斯波束參數的求解 74
3.9.1 等效球面波法 74
3.9.2 高斯模法同射線描跡相結合的綜合方法 76
3.9.3 近似球面波法同射線描跡法相結合的綜合方法 79
3.9.4 全高斯模處理方法 80
3.9.5 薄透鏡理論法 82
3.10 用遠場方向圖表示饋源的高斯波束 86
3.11 高斯波束組法 88
3.11.1 方法的基本描述 89
3.11.2 饋源輻射場的高斯波束展開式 89
3.11.3 幾何及物理參數的確定 91
3.11.4 高斯波束模係數C1m的確定 97
3.11.5 反射鏡的反射場 98
3.12 高斯模係數的確定 106
3.12.1 有限空間電磁場高斯模展開式 107
3.12.2 將反射鏡上的表面電流展成高斯模場 108
3.13 波束波導反射鏡的截獲效率 109
3.13.1 第一枚反射鏡的截獲效率 110
3.13.2 第二枚反射鏡的截獲效率 111
3.13.3 高斯模的矢量模函式、標量模函式和模的單位矢量 114
3.14 波束波導系統中的交叉極化特性 115
3.14.1 0，0模與0，1模傳輸的相位差 115
3.14.2 偏置鏡的置位誤差對交叉極化的影響 116
3.14.3 波束波導系統的輸出場 118
3.15 波束波導中的差模傳輸特性 120
參考文獻121
第4章 焦平面場共軛匹配法
4.1 概述 124
4.2 平行於主反射鏡孔徑軸的平面來波在主反射鏡表面所激勵的場 125
4.3 副反射鏡表面的場 126
4.4 過副反射鏡頂點且與副反射鏡軸ez垂直的平面內的場 128
4.5 過Vs且垂直於z軸的平面的場高斯波束展開 130
4.5.1 搜尋法 131
4.5.2 Vs平面場分布近似為高斯波束橫向場分布法 132
4.6 焦平面場的處理 134
4.7 關於偏置橢球反射鏡高斯模的處理 137
4.7.1 偏置拋物面反射鏡與偏置橢球面反射鏡的幾何關係 138
4.7.2 偏置橢球面反射鏡的薄透鏡方程 138
4.8 副反射鏡上的表面電流展成高斯波束 142
參考文獻 145
第5章 饋源技術
5.1 概述 147
5.2 多模饋源 147
5.2.1 多模饋源的構成單元及其作用 147
5.2.2 不連續截面處高次模的激勵 148
5.2.3 多模饋源的輻射方向圖 153
5.3 波紋饋源 154
5.3.1 表面阻抗法 156
5.3.2 HE11模的單模工作區 163
5.3.3 寬頻帶波紋喇叭的設計 163
5.4 散射矩陣法分析波紋饋源 167
5.4.1 典型組件的處理 168
5.4.2 相鄰兩組件的組合散射矩陣 172
5.4.3 矩陣參數 173
5.4.4 喇叭或波導與口面之間波導段的處理 175
5.4.5 口面對半空間的輻射 176
5.4.6 整體處理 179
5.4.7 模數的選取 180
5.4.8 球面波展開法計算波紋喇叭的方向圖 181
參考文獻 184
第6章 微波全息法測量天線表面誤差
6.1 概述 186
6.2 基本原理 186
6.3 計及反射面變形影響的輻射場 190
6.4 變形反射鏡面形的構建 192
6.4.1 取樣規則 193
6.4.2 離散傅立葉變換 194
6.5 最佳擬合拋物面 196
6.5.1 坐標變換 196
6.5.2 最佳擬合拋物面的確定 197
6.6 變形賦形雙鏡天線的最佳擬合反射面 202
6.6.1 坐標變換 202
6.6.2 主反射鏡變形、副反射鏡不變形 203
6.6.3 主反射鏡不變形、副反射鏡變形 207
參考文獻 210
第7章 天線噪聲溫度
7.1 概述 212
7.2 天線方向圖所確定的噪聲溫度 212
7.2.1 地面噪聲溫度模型 214
7.2.2 天線方向圖所確定的噪聲溫度整體模型 215
7.2.3 天線面的歐姆損耗所產生的噪聲溫度 218
7.3 波束波導中的噪聲溫度的確定 219
7.3.1 基本模型 219
7.3.2 互易定理求解法向模場 220
7.3.3 反射鏡泄漏所產生的噪聲溫度 224
參考文獻 224
第8章 關於波束波導系統的設計
8.1 概述 227
8.2 波束波導系統設計的重要技術因素 228
8.2.1 低噪聲溫度因素 228
8.2.2 波束的轉換因素 229
8.2.3 兩偏置反射鏡之間的距離選擇因素 230
8.2.4 結構因素 231
8.3 波束波導的高通設計法 233
8.3.1 多頻段共用波束波導的特點 233
8.3.2 高通設計法的基本描述 234
8.3.3 關於各頻段饋源的設計 234
8.4 高斯波束法 248
8.4.1 各高斯波束之間的轉換關係 249
8.4.2 M1鏡反射高斯波束參數的確定 251
8.4.3 M1鏡入射高斯波束參數的確定 252
8.4.4 副反射鏡頂點Vs處的高斯波束參數 253
8.4.5 利用高斯波束法設計波紋喇叭饋源 254
8.4.6 利用高斯波束法設計波束波導的實際設計案例 255
8.5 高功率設計法 263
8.5.1 基本原理 263
8.5.2 主要技術因素及其分析 265
8.5.3 高功率波束波導系統第一種設計方法——Z02位於V1V2中途法 265
8.5.4 高功率波束波導系統第二種設計方法——Z02最佳確定法 270
參考文獻 272
第9章 非波束波導饋電的卡塞格侖型深空探測天線
9.1 概述 274
9.2 副反射鏡的賦形 275
9.2.1 偏軸饋源的射線描跡 276
9.2.2 副反射鏡的重新賦形 276
9.2.3 等光程常數Ck的確定 277
9.2.4 F2位置的選擇 279
9.2.5 不對稱卡塞格侖天線可能存在的問題 279
9.3 雙頻功能的開拓 280
9.3.1 雙頻段饋源系統 280
9.3.2 橢球型反射鏡 281
9.4 降低天線噪聲、提高天線G/T值的技術 282
9.4.1 副反射鏡邊緣的幾何光學射線內撥技術 282
9.4.2 副反射鏡邊緣附加賦形凸緣 283
參考文獻 284
