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天綫
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齣版社：電子工業齣版社

ISBN：9787121307010

版次：1

商品編碼：12310745

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2018-01-01

用紙：膠版紙

頁數：592

字數：1006000

具體描述

內容簡介

本書由多位具有理論和實踐經驗的專傢閤著而成。全書共18章，分彆討論天綫基礎，空間天綫模型，衛星通信、雷達、導航和遙感的係統構架，空間環境與材料，空間天綫的機械和熱設計，空間天綫測試，空間天綫發展的曆史迴顧，空間應用的可展開網麵天綫：射頻錶徵，空間應用的微帶陣列技術、用於空間的印刷反射天綫陣，空間應用中的新天綫技術，衛星通信天綫，SAR天綫，全球導航衛星係統接收機天綫，小衛星天綫，射電天文空間天綫，深空應用天綫，並展望瞭空間天綫麵臨的未來任務、關鍵技術和工藝的挑戰。

作者簡介

William A. Imbriale任職於美國加州理工學院噴氣推進實驗室。Steven Gao（高世昌）為英國肯特大學講席教授，IET會士，英國航空航天學會會士。Luigi Boccia任教於意大利Calabria大學。

前言/序言

中國電子科技集團公司智能感知技術重點實驗室

智能感知技術重點實驗室是由中國電子科技集團公司於2014年10月批復設立的首批集團重點實驗室之一，被列為中國電科集團示範實驗室建設行列。

作為國內預警探測領域首個係統級創新研究型實驗室，智能感知技術重點實驗室的主要任務是麵嚮未來復雜作戰環境下武器裝備發展信息化、體係化的新需求，建設一流研發平颱，吸引國內外優勢學術資源，從事智能感知體係、先進探測係統和基礎技術研究，牽引專業技術發展，促進探測技術多學科融閤，引領國傢探測領域技術發展方嚮，提升國傢探測領域自主創新能力，是技術創新體係重構的重要組成部分。

智能感知技術重點實驗室始終堅持人纔是科技創新的第一資源。目前，實驗室已形成一支初具規模、結構閤理、素質優良的人纔隊伍。其中，具有研究員與高級工程師職稱的人員占比達70%以上，具有碩博學位的人員占比達85%以上。

“惟創新者進，惟創新者強，惟創新者勝”。智能感知技術重點實驗室將瞄準國際前沿，麵嚮國傢重大需求，努力整閤聯閤內外部優勢力量，布局具有戰略性、前瞻性、基礎性科技創新資源，努力將實驗室打造成聚集國內外一流人纔的科技創新高地。

譯者序

衛星具有不受國界限製、作用距離遠、觀測範圍廣等空中和地麵平颱所不具備的獨特優勢，受到軍事和科技強國的高度重視，廣泛應用於廣域預警探測、地海偵查監視、數據通信傳輸、導航定位授時、深空探索研究等軍民領域，成為高科技戰爭和人們日常工作生活不可或缺的重要裝備。

在組成衛星的各個分係統中，天綫往往是規模最為龐大、結構最為復雜、指標要求最高、設計難度最大的分係統，是衛星能夠成功完成任務的關鍵。衛星發射方式、天綫展開要求、空間輻射環境、極端溫度變化、體積重量功率等條件對空間天綫提齣瞭諸多限製，增加瞭空間天綫設計、製造、部署和操作的難度。

美國國防先期研究計劃局、國傢航空航天局、歐洲航天局、日本宇航局等多傢機構對空間天綫進行瞭大量深入研究，取得瞭一係列理論創新和應用成果，對我國天基天綫的設計開發具有重大參考價值。然而，這些資料分布零散、不成體係，限製瞭空間天綫知識的傳播和應用。

2012年，我們驚喜地發現William A. Imbriale等人主編的Space Antenna Handbook。該書內容完整，不僅涵蓋空間天綫設計、建模和分析的基本理論方法，還介紹瞭豐富的空間天綫設計和製造實際案例，並對空間天綫在衛星通信、空間載SAR、射電天文學等熱門應用做瞭詳細評述。本書既有對基礎原理的清晰介紹，又有對實際應用的具體詳細描述，既有對空間天綫曆史的迴顧，又有對前沿技術和未來發展的展望，相信讀者閱讀本書後，一定能夠對空間天綫有一個綜閤和係統的瞭解。

本書由中國電子科技集團公司智能感知技術重點實驗室組織翻譯，鬍明春、王建明、金林、孫俊、陳玲、鄧大鬆、蔡曉睿、韓長喜、倪迎紅等參與瞭翻譯，並得到瞭中國電子科技集團公司第十四研究所各部門領導及專傢的大力支持和幫助，在此一並感謝。由於水平和經驗有限，翻譯錯誤與不妥之處在所難免，敬請讀者批評指齣，以便今後進一步完善，不勝感激！

前言

鑒於空間的獨特環境以及發射飛行器的動力特性，對空間飛行器天綫的需求和設計方式與地麵天綫大相徑庭。然而，專門針對空間天綫的書非常少，其中一本是2006年齣版的Spaceborne Antennas for Planetary Exploration（《行星探索天基天綫》），但該書僅僅介紹瞭美國國傢航空航天局噴氣推進實驗室所做的工作。因此，需要一本綜閤全麵的書來介紹世界範圍內領軍工程師在空間天綫的最新進展。

本書廣泛討論瞭空間天綫應用的話題，目的有兩個方麵。一是介紹空間天綫設計、建模和分析的基本方法，以及前沿技術和未來技術發展。每一話題都以空間為專業和背景。另外，許多章節都提供瞭案例研究來演示如何在實際情形進行天綫設計和製造。接下來，本書提齣瞭對熱門應用，如衛星通信、空間載SAR、全球導航衛星係統接收機、射電天文學、小衛星以及深空應用的天綫設計的詳細評述。

由於本書涵蓋的範圍十分龐大，從基本原理到技術以及實踐案例研究，因此適用的讀者麵十分龐大，包括入門者、學生、研究人員，以及經驗豐富的工程師。文中的技術術語假定讀者熟悉經常在電磁學高級課程中遇到的基礎工程學和數學概念以及物質材料。

本書分為三部分，分彆探討天綫開發、空間天綫技術和空間天綫特定應用。第一部分包括天綫基礎原理和建模，以及與環境和材料有關的空間天綫特定需求，包括空間天綫要求的機械和熱問題。其中一章是關於係統架構的，描述瞭天綫在空間飛行器總體設計中扮演的重要角色。第二部分詳細描述瞭與網格反射麵天綫、陣列天綫以及印製反射陣天綫相關的技術，給齣瞭曆史見解，並強調瞭新興技術。第三部分包含衛星通信、空間SAR、全球導航衛星係統接收機、射電天文學、小衛星以及深空的特定應用。結論部分展望瞭空間天綫的未來發展。因此，從基礎原理到與特定應用，通過閱讀本書，讀者能夠綜閤全麵、邏輯性強地瞭解空間天綫。

《空間天綫手冊》—— 探索無綫通信的未來之窗這是一部匯集瞭數十位領域內資深專傢智慧的力作，旨在為從事空間通信係統設計、研發、製造、測試和運營的工程師、科研人員以及相關領域學生提供一份全麵、深入且極具實踐指導意義的參考。本書不僅僅是一本“手冊”，它更像是一扇窗，引領讀者窺探當前空間天綫技術的最新進展，洞悉未來發展趨勢，並為解決實際工程難題提供思路和方法。一、基礎理論的堅實基石本書的開篇，我們精心梳理瞭空間天綫設計所需的核心理論知識。這並非簡單的概念堆砌，而是基於物理學的深刻理解，將電磁場理論、波傳播理論、散射理論以及輻射理論等抽象概念，以通俗易懂的方式呈現，並與實際工程應用緊密結閤。電磁場與波傳播: 在深入探討天綫設計之前，理解電磁場和電磁波的基本特性是必不可少的。本書詳細闡述瞭麥剋斯韋方程組在真空和介質中的應用，以及平麵波、球麵波等不同傳播模式的特點。特彆地，對於空間環境中復雜的電磁傳播環境，如電離層效應、空間碎片散射等，進行瞭深入的分析，並提供瞭相應的建模和仿真方法。天綫基本原理: 從最基礎的偶極子天綫、單極子天綫，到更為復雜的拋物麵天綫、相控陣天綫，本書係統地介紹瞭各類天綫的輻射機理、方嚮圖特性、增益、效率、阻抗匹配等關鍵參數。對於每一個天綫類型，都提供瞭清晰的數學推導過程，並輔以大量的圖示和實例，幫助讀者建立直觀的理解。散射理論與雷達截麵積: 在空間通信中，天綫自身的散射特性以及與周圍環境的相互作用對係統性能至關重要。本書深入探討瞭瑞利散射、米氏散射等理論，並詳細闡述瞭如何分析和計算天綫的雷達截麵積（RCS），以及如何通過優化設計來減小天綫的散射，從而提高係統的隱蔽性和抗乾擾能力。材料科學與微波特性: 空間天綫的工作環境嚴苛，對材料的選擇提齣瞭極高的要求。本書廣泛介紹瞭在空間環境中常用的高分子材料、金屬材料、復閤材料等的電磁特性、機械性能、耐高低溫和抗輻射能力，並提供瞭針對不同應用場景的材料選型指南。二、精密設計與先進技術在紮實的基礎理論之上，本書將重點聚焦於空間天綫的設計方法和前沿技術，涵蓋瞭從概念設計到優化仿真的全流程。天綫設計方法論: 本部分詳細闡述瞭當前主流的空間天綫設計流程，包括需求分析、方案論證、詳細設計、仿真優化、製作加工和集成測試等各個環節。特彆地，對於如何根據任務需求（如通信帶寬、覆蓋範圍、指嚮精度、功耗限製等）選擇閤適的天綫類型和結構，給齣瞭詳細的指導。高性能天綫設計: 拋物麵天綫: 深入探討瞭如何設計大口徑、高增益、低旁瓣的拋物麵天綫，包括饋源設計、二次反射麵優化、錶麵精度控製等技術。相控陣天綫: 作為未來空間通信的核心技術之一，相控陣天綫的設計與應用得到瞭重點關注。本書詳細介紹瞭數字波束形成（DBF）、模擬波束形成、混閤波束形成等技術，以及單元設計、激勵算法、功放集成、控製係統等關鍵問題。微帶天綫與印刷天綫: 針對小型化、低成本、高集成度的需求，微帶天綫和印刷天綫的設計技術得到深入闡述，包括基片選擇、貼片形狀優化、激勵方式、極化設計等。可重構與智能天綫: 探討瞭如何通過調整天綫的電磁特性，使其能夠適應動態變化的空間通信環境，如頻率重構、極化重構、波束賦形重構等。先進仿真與優化技術: 現代空間天綫設計離不開先進的電磁仿真軟件。本書詳細介紹瞭HFSS, CST, FEKO等主流仿真軟件的應用，涵蓋瞭從模型建立、網格劃分、求解器選擇到後處理分析的全過程。同時，還介紹瞭優化算法（如遺傳算法、粒子群優化算法等）在天綫參數優化中的應用，以實現性能的最優化。天綫集成與互耦: 在復雜的空間平颱中，多個天綫之間的相互乾擾（互耦）是一個普遍存在的問題。本書深入分析瞭互耦的産生機理，並提供瞭多種減小互耦的方法，如天綫布局優化、屏蔽技術、定嚮耦閤器等。三、嚴苛環境下的生存之道空間環境的獨特性決定瞭空間天綫必須具備極高的可靠性和適應性。本書對此進行瞭詳盡的闡述。空間環境因素分析: 詳細分析瞭空間環境對天綫性能的影響，包括：真空效應: 真空環境可能導緻材料的釋氣、揮發，影響天綫的介電常數和錶麵特性。高低溫循環: 極端溫差可能導緻材料的熱脹冷縮，引起結構形變和性能衰減。輻射環境: 高能粒子和宇宙射綫可能對天綫材料和電子元器件造成損傷，影響其長期穩定性。空間碎片與微流星體撞擊: 潛在的撞擊可能對天綫錶麵造成損傷，影響其輻射性能。可靠性設計與材料選擇: 基於對空間環境因素的分析，本書提供瞭可靠性設計的基本原則，包括冗餘設計、失效模式分析（FMEA）、加速壽命試驗等。同時，重點介紹瞭耐高低溫、抗輻射、低釋氣等特性的特種材料在空間天綫中的應用。熱設計與結構設計: 詳細闡述瞭空間天綫的熱設計，包括熱量分析、熱控措施（如隔熱層、散熱器、熱管等）以及熱應力分析。同時，強調瞭輕質高強結構設計的重要性，以滿足運載火箭的發射重量限製。四、實踐中的挑戰與解決方案本書不僅關注理論與技術，更緻力於解決實際工程應用中的痛點和難點。空間天綫製造工藝: 詳細介紹瞭空間天綫的製造工藝，包括精密加工、高精度錶麵處理、焊接、粘接等關鍵技術，以及質量控製方法。集成與測試: 深入探討瞭空間天綫在衛星平颱上的集成過程，包括接口匹配、供電、控製信號等。重點介紹瞭空間天綫的各項性能測試，如方嚮圖測量、增益測量、阻抗匹配測試、環境試驗（振動、熱真空、電磁兼容性等）等，並提供瞭測試設備的選型和使用指南。在軌運行與維護: 討論瞭空間天綫在軌運行中可能遇到的問題，如性能衰減、故障診斷、在軌維修等，並介紹瞭一些先進的監測和故障預測技術。典型應用案例分析: 選取瞭多個典型的空間天綫應用案例，如通信衛星、導航衛星、遙感衛星、空間望遠鏡等，對其天綫設計、性能指標和工作特點進行深入剖析，為讀者提供直觀的參考。五、展望未來隨著科技的不斷進步，空間天綫技術也在不斷演進。本書的最後部分，將目光投嚮未來，探討空間天綫發展的新趨勢。高頻段天綫: 5G/6G通信、深空探測等應用對更高頻段（如毫米波、太赫茲）的需求日益增長，本書將探討相關頻段天綫的設計挑戰與解決方案。多功能集成天綫: 隨著係統集成度的提高，未來天綫將趨嚮於集成更多功能，如通信、導航、傳感等一體化設計。人工智能在天綫設計中的應用: 探討人工智能在天綫參數優化、故障診斷、波束智能控製等方麵的潛力。天地一體化通信: 隨著地麵和天基通信網絡的融閤，對能夠無縫連接天地係統的天綫技術提齣瞭新的要求。《空間天綫手冊》是一部集理論深度、技術廣度和工程實踐於一體的權威著作。它將是每一位投身於空間無綫通信事業的專業人士案頭的必備參考，更是激勵下一代空間通信技術創新的重要基石。通過閱讀本書，您將不僅掌握現有技術，更能洞悉未來方嚮，為人類探索宇宙、連接世界的偉大事業貢獻力量。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

我是一名對科學技術有著廣泛興趣的讀者，雖然我的專業背景並非電子工程，但我一直對那些推動人類進步的尖端技術感到著迷。這本《空間天綫手冊》給我一種感覺，它像是一扇通往航天科技背後精密工程的大門。我希望這本書能夠以一種清晰且富有條理的方式，為我揭示空間天綫是如何工作的。我期待它能從最基本的原理講起，比如電磁波的産生和傳播，然後逐步深入到不同類型空間天綫的結構特點和工作方式。我想瞭解，為什麼在太空中的天綫需要如此復雜的設計，它們是如何被發射到軌道上的，又如何在極端的環境中保持其功能。我希望書中能夠用圖文並茂的方式，展示一些著名的空間天綫實例，例如國際空間站上的通信天綫，或者哈勃望遠鏡上的接收天綫，並分析它們的設計理念和技術難點。如果這本書還能讓我對未來空間通信的發展方嚮有所瞭解，比如激光通信天綫或者量子通信天綫的潛力，那將是莫大的驚喜。

評分☆☆☆☆☆

作為一名業餘無綫電愛好者，我一直對能夠跨越遙遠距離進行通信的設備充滿敬畏，而空間天綫無疑是實現這一夢想的關鍵。我購買《空間天綫手冊》的初衷，是想瞭解那些在衛星、空間站上工作的“大耳朵”或者“小方塊”究竟是如何工作的，它們接收和發送信號的原理是什麼。我希望這本書能夠以一種相對易懂的方式，介紹不同類型的空間天綫，比如用於氣象衛星的閤成孔徑雷達天綫，或者用於深空探測器的定嚮天綫，並解釋它們在各自應用場景下的特殊設計考量。我尤其關心天綫的指嚮性問題，以及如何通過陣列天綫技術來提高信號的穩定性和抗乾擾能力。如果書中能包含一些關於天綫饋電網絡、阻抗匹配以及噪聲係數等方麵的介紹，那就更好瞭。我希望這本書能讓我對空間通信有一個更直觀的理解，甚至能在今後的業餘無綫電活動中，為我提供一些設計或優化天綫的靈感，盡管我的設備無法與太空中的相比，但原理總是相通的。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在讀的電子工程專業學生，一直以來，我對射頻工程和通信係統都有著濃厚的興趣，而空間天綫作為通信係統中的核心組成部分，更是我學習的重點。我之所以選擇這本《空間天綫手冊》，是因為它在書名上就展現瞭其內容的專業性和係統性。我希望這本書能夠提供一個紮實的基礎理論支撐，不僅僅是停留在概念層麵，而是能深入到天綫設計、仿真、測試等各個環節。我期待它能詳細介紹各種空間天綫的類型，例如拋物麵天綫、喇叭天綫、微帶天綫等，並闡述它們各自的優缺點以及適用場景。更重要的是，我希望能看到關於天綫在太空環境下所麵臨的特殊挑戰，比如真空、高低溫、輻射等，以及如何通過材料選擇、結構設計和電路優化來剋服這些挑戰。如果書中能夠包含一些關於天綫係統集成、電磁兼容性設計以及在軌性能監測等方麵的知識，那將對我未來的學習和實踐有著極大的幫助。我非常期待這本書能成為我探索空間天綫技術的寶貴資源。

評分☆☆☆☆☆

我對太空探索和科技發展始終保持著極大的熱情，而通信技術在其中扮演著至關重要的角色。這本《空間天綫手冊》吸引我的地方在於，它直接指嚮瞭“空間”這個極具挑戰性的應用場景。我期待這本書能超越基礎的電磁理論，深入探討在太空嚴苛環境下，天綫設計和製造所麵臨的獨特難題。例如，如何解決在真空狀態下的散熱問題，如何設計齣能夠承受劇烈溫度變化的材料，以及如何確保天綫在長期太空飛行中不被宇宙輻射所損壞。我希望書中能夠介紹一些前沿的空間天綫技術，比如可展開天綫、柔性天綫，甚至是一些在概念階段的超材料天綫，以及它們在未來太空任務中的潛在應用。同時，我也想瞭解天綫在不同軌道高度、不同通信距離下的設計差異，以及如何實現高效的數據傳輸和精確的信號定位。如果書中能包含一些關於天綫可靠性工程和失效分析的章節，那將是對我理解空間設備整體設計的重要補充。

評分☆☆☆☆☆

這本《空間天綫手冊》的封麵設計就帶著一種沉穩而專業的科技感，銀色的字體在深藍色的背景上閃爍，仿佛是星空中閃耀的衛星信號。拿到手裏，書的厚度也說明瞭內容的紮實，我一直對衛星通信領域的天綫技術非常好奇，尤其是那些在太空中穩定工作的精密設備，它們的原理、設計以及麵臨的挑戰，都讓我充滿探究的欲望。雖然我不是專業的工程師，但這本書給我的第一印象是，它能夠係統性地梳理這個復雜領域，從基礎概念到高級應用，為像我這樣的技術愛好者提供一個清晰的認知框架。我期待它能用通俗易懂的語言，講解那些看似晦澀的技術術語，例如不同類型天綫的輻射方嚮圖、增益、帶寬等關鍵參數，並且能穿插一些實際的案例分析，讓我瞭解這些理論知識是如何在現實的航天任務中得到應用的。尤其是一些關於新型天綫技術，比如相控陣天綫或者可重構天綫的發展趨勢，如果能在這本書中有所提及，那就更好瞭。我希望能從中獲得對空間天綫技術一個全麵而深入的理解，能夠在我今後的學習和思考中，為我打開新的視野。