頻率選擇表面理論與設(shè)計(jì)

前言

　　在安裝有雷達(dá)傳感器的各類飛行器（飛機(jī)、導(dǎo)彈與衛(wèi)星等）上，都希望雷達(dá)天線罩在工作頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)低損耗傳輸，而在工作頻段外像金屬罩一樣，與飛行器外形相賦形（Shaping），從而達(dá)到低雷達(dá)散射截面（RCS）的目的，構(gòu)成各類隱身飛行器。這種特殊的天線罩就是利用“頻率選擇表面”理論設(shè)計(jì)與研制的。頻率選擇表面是一種空間濾波器，它可作為雷達(dá)天線的帶通天線罩，也可作為無(wú)線通信雙頻天線的雙工器，又可作為特定通帶的吸波結(jié)構(gòu)件等。頻率選擇表面理論與技術(shù)發(fā)展已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，它還促進(jìn)了相控陣天線設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。　　美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)Ben A.Munk教授所著的《頻率選擇表面理論與設(shè)計(jì)》（Frequency.Selective.Sutfaces Theory and Design）一書是這一專業(yè)領(lǐng)域迄今最權(quán)威的一部專著。這是他潛心研究30年的成果結(jié)晶，他成功地將周期結(jié)構(gòu)矩量法與平面波展開(kāi)譜域法巧妙地結(jié)合起來(lái)，解決了周期結(jié)構(gòu)體散射與透射的精確計(jì)算，并從“分析”的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)繁雜的數(shù)學(xué)求解給予了清晰的物理解釋，體現(xiàn)了作者對(duì)周期結(jié)構(gòu)體電磁散射、透射的深刻理解。具體到工程設(shè)計(jì)上，通過(guò)計(jì)算習(xí)題或?qū)ｎ}來(lái)闡述諸如帶內(nèi)平頂、帶邊陡截止和帶外副瓣等參數(shù)的設(shè)計(jì)技巧，解釋散射與入射角、極化與表面形狀的關(guān)系等。書中多處提醒并糾正讀者可能出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤概念。由于一些非技術(shù)原因，書中未引入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，但作者特意提到全書的許多理論計(jì)算結(jié)果是得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)的，并已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)踐中?！　　额l率選擇表面理論與設(shè)計(jì)》譯者侯新宇教授曾作為訪問(wèn)學(xué)者赴俄亥俄州立大學(xué)電子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)修，有幸得到Ben A.Munk教授的悉心指導(dǎo)。侯新宇教授長(zhǎng)期從事電磁散射理論計(jì)算的研究和教學(xué)，由于他熟悉這門專業(yè)，因此《頻率選擇表面理論與設(shè)計(jì)》的中文翻譯質(zhì)量是很高的。我相信中譯本的出版將有益于從事電磁散射、雷達(dá)天線罩研究的同行們，為此，我竭力推薦?！　en A.Munk教授一直很關(guān)注《頻率選擇表面理論與設(shè)計(jì)》中譯本的出版，非?？上诮衲?月不幸逝世，請(qǐng)轉(zhuǎn)告他的家屬，我們中國(guó)的同行們對(duì)他表示深深的敬意和感謝。

內(nèi)容概要

本書是一本關(guān)于頻率選擇表面理論與設(shè)計(jì)的全面的、前沿的指導(dǎo)性著作。本書深入淺出地揭示了如何采取有效的步驟制造出各種不同類型的FSS，其中包括直至最近才獲解密的混合雷達(dá)罩及其相關(guān)信息。本書的特點(diǎn)包括：①周期矩量法(PMM)的完整推導(dǎo)；②帶通和帶阻濾波器及其實(shí)際應(yīng)用；③電路模擬吸收體和功率擊穿及其應(yīng)用；④大量的具有重要價(jià)值的FSS傳輸和反射曲線的結(jié)果；⑤雙層及三層FSS的設(shè)計(jì)過(guò)程；⑥眾多的實(shí)例、問(wèn)題，以及近250幅插圖。    本書是從事電磁學(xué)、微波、天線、雷達(dá)，以及隱身技術(shù)研究的眾多研究機(jī)構(gòu)和廣大研究人員一本不可多得的參考書，也可用作相關(guān)專業(yè)的研究牛教材。

書籍目錄

中譯本序序I序II前言致謝符號(hào)及定義第1章  綜述第2章  不同類型的單元及其比較第3章  評(píng)估周期結(jié)構(gòu)：綜述第4章  一維和二維周期結(jié)構(gòu)的譜展開(kāi)第5章  分層媒質(zhì)中的偶極子陣列第6章  分層媒質(zhì)中的縫隙陣列第7章  帶通濾波器設(shè)計(jì)：混合雷達(dá)罩第8章  帶阻濾波器設(shè)計(jì)第9章  Jaumann和電路模擬吸收體第10章  周期表面的功率處理第11章  未來(lái)趨勢(shì)附錄A  雙線性變換附錄B  行列式DN的計(jì)算附錄C  菲涅爾反射系數(shù)和傳輸系數(shù)附錄D  分層媒質(zhì)的等效反射系數(shù)和傳輸系數(shù)附錄E  單層周期表面諧振頻率的估計(jì)：等效介電常數(shù)的概念附錄F  寬平面單元陣列的擴(kuò)展參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　2.6.2　帶寬相對(duì)于單元寬度　　任何一個(gè)天線工程師都知道線狀天線的帶寬一般隨著導(dǎo)線半徑的增大而增加。這一點(diǎn)對(duì)偶極子單元的，F(xiàn)SS同樣適用。然而，當(dāng)我們追求“胖即是美”這個(gè)教條時(shí)，最終必將達(dá)到一點(diǎn)，即單元的電感已減小到不足以與電容產(chǎn)生諧振的程度。這并不是一個(gè)令人吃驚的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閺奈墨I(xiàn)中我們知道“胖”偶極子天線的阻抗通常處于容性區(qū)域，當(dāng)它們的長(zhǎng)度為半個(gè)波長(zhǎng)時(shí)通常會(huì)經(jīng)過(guò)實(shí)軸。但這并不一定是個(gè)災(zāi)難，因?yàn)槲覀冏罱K可以通過(guò)一個(gè)合適的匹配網(wǎng)絡(luò)使阻抗重新被拉回到Smith圓圖的中心。盡管在FSS的情況下也可采用相似的做法，但通常情況下它仍無(wú)法達(dá)到我們?cè)人谕膸?。如果想要得到大的帶寬，采用具有大的開(kāi)口的環(huán)形單元將會(huì)是更為有利的（見(jiàn)2，3節(jié)和2，4節(jié)的討論）?！　〖俣ǚ江h(huán)單元和方形實(shí)心單元（或胖偶極子）具有相同的性質(zhì)將是一個(gè)根本性的錯(cuò)誤。當(dāng)這些單元諧振時(shí)，簡(jiǎn)單說(shuō)是因?yàn)闁虐甑某霈F(xiàn)促使了諧振的產(chǎn)生?；蛘吒_地說(shuō)，它們有一個(gè)相對(duì)較窄的帶寬，并對(duì)入射角非常敏感?！　MM程序主要用來(lái)處理線狀和裂縫型單元。雖然通過(guò)修改后同樣可用它來(lái)處理“實(shí)心單元”（見(jiàn)第9章和附錄F），但我們不愿意去做那些事情，因?yàn)橐呀?jīng)有許多更多地知道怎樣敲擊鍵盤，而不是知曉他們所要處理的問(wèn)題的物理規(guī)律的人，已經(jīng)在那些問(wèn)題上花費(fèi)過(guò)足夠的時(shí)間（亦見(jiàn)問(wèn)題2，3關(guān)于陣列與單元寬度的比較）。

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