开云登录入口网页版：西安电子科技大学张树新教授：反射面天线机电解耦理论与设计方法

  反射面天线大范围的应用于雷达、通信、射电天文等领域，既是一种高精度的机械结构，又是一种典型的电子装备。随着反射面天线技术的持续不断的发展，其设计理论依次经历了机电分离、保形设计、机电集成与机电耦合等不同阶段。电子装备机电耦合理论有效揭示了反射面天线机械结构因素对电性能的影响机理，形成了基于机电耦合模型与影响机理的机电耦合设计理论与方法。随着反射面天线性能的不断的提高，机电耦合模型表达复杂、运算量大的问题成为限制机电耦合理论在反射面天线上进一步应用的关键。

  《反射面天线机电解耦理论与设计方法》系统介绍了作者近年来对反射面天线机电耦合问题高效求解的理论探索，从解耦的角度破解耦合求解难题，提出了机电解耦模型、灵敏度分析及相关设计方法，形成了反射面天线机电解耦理论，推动了反射面天线设计理论的逐步发展。本书突破了机电耦合模型表达复杂、运算量大的关键理论难题，将复杂的辐射积分运算简化为简单的矩阵相乘运算，实现了结构与电磁的解耦分离，在保证计算精度的前提下，明显提高了机电耦合分析与优化的计算效率。

  反射面天线机电解耦理论以机电解耦模型为核心基础，从结构有限元模型出发，最大限度地考虑天线结构有限元模型中的单元、节点、形函数特点，利用近似技术对原有复杂积分形式的机电耦合模型进行解耦。

  式中，E为由多个远场观察点电场矢量组成的矩阵；E0为其理想状态下的电场；Δz为反射面上所有单元节点的位移列向量；β为结构设计变量列向量；H₁、H₂分别为多个远场观察点电场相对节点位移的一阶、二阶系数矩阵。

  当反射面天线电磁与结构参数确定后，H₁、H₂均是通过将结构有限元信息引入到电磁运算中推导获得的电磁定常矩阵，与结构变形Δz、结构设计变量β无关，以此来实现了结构与电磁的解耦分离，将原有辐射积分运算转换为简单的矩阵相乘运算。与物理光学法相比，考虑到模型的解耦表达，机电解耦模型可以在保证计算精度的情况下明显提高计算效率。当天线结构表面均方根值误差低于λ/30量级时，在天线方向图主瓣及其近副瓣区域，机电解耦模型能够给大家提供与物理光学法相匹配的计算结果，其中平均主轴方向系数误差小于0.1dB，计算效率提高95%以上。

  本书可作为高等院校电子机械工程、天线与微波技术、结构与多学科优化等专业教师、高年级本科生和研究生的参考书，也可供从事反射面天线工作的技术人员参考。

  本文摘编自《反射面天线机电解耦理论与设计方法》（张树新著. 北京: 科学出版社, 2026. 3）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

  本书针对反射面天线机电耦合模型表达复杂、运算量大的问题，进行了机电解耦理论与设计方法的研究，是对作者近年来关于反射面天线机电解耦研究工作的系统总结。全书共10 章，包括反射面天线机电耦合模型现状与机电解耦理论概述、反射面天线机电解耦模型、反射面天线电性能灵敏度分析、星载网状反射面天线机电解耦模型、基于机电解耦模型的机电集成优化设计、面向赋形波束的星载网状反射面天线机电集成优化设计、伞形反射面天线机电解耦模型、网状反射面天线结构随机误差的机电集成分析方法、阵列馈源反射面天线随机误差的机电集成分析方法、基于机电解耦模型的反射面天线作动器布局优化方法等内容。

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