《新体制天线设计理论、方法与应用》（订购）

作者：李娜

西安电子科技大学出版社

创作背景

　　近年，我国的微型无人载荷、深空探测通信、百米口径射电天文望远镜、大型星载可展开结构、空间太阳能电站等重大项目逐步进入建设日程。这些重大科学装置拥有诸多优异性能，同时对天线的设计也提出了愈来愈苛刻的极端要求。远距离、高精度探测需要超大口径天线以实现高增益，而微小型载荷平台则要求天线朝向更小尺度发展，以实现更优的机动性与隐蔽性。基于传统天线设计理论，大尺寸与小型化天线设计虽然均有一定的解决方案，但天线性能始终未能突破Chu-Harrington 极限限制。超大口径天线虽可利用折展结构实现，但不断增大的口径需求与我国现有的空间运载能力之间存在着根本性的矛盾；小型化天线技术虽有曲流法、终端加载、分形设计等手段，但这些方法均基于电磁辐射工作原理，天线的结构尺寸需与工作波长相匹配才能达到最佳的辐射效率。由此可见，若进行极大、极小等极端尺寸天线设计，则需从工作原理上摆脱电磁辐射这一单一路径，突破传统天线设计的原理性桎梏，探索全新的激励模式，借助跨学科、跨领域多源信息融合技术，进行原创性设计。针对上述多项国家重大工程中面临的极端尺寸天线设计技术瓶颈问题，本书作者在电子装备机电耦合基础理论的指导下，借助多学科融合设计技术，致力于具有颠覆性的新体制天线应用基础与前沿技术研究，在国内率先开展了极大、极小两类新体制极端尺寸天线的原创性设计工作。

内容简介

　　本书所述内容为新体制极端尺寸天线设计关键技术，属于天线设计学科前沿和国际热门研究领域之一。全书采用理论分析、全波仿真与测试相结合的方法，主要介绍五种极端尺寸天线，分别为极端小尺寸的磁电天线(微米级别声谐振磁电薄膜天线)、纳米天线(太赫兹纳米光学整流天线)、机械天线(基于旋转永磁体的低频机械天线)与极端大尺寸的赋形天线(大型星载可展开柔性赋形天线)、天文天线(百米口径高频射电天文望远镜天线)。上述五种极端尺寸的天线，也是典型的新体制天线，其辐射机理、材料选择、制备工艺、测试技术与评价标准均与传统天线有本质的区别。同时，这五种天线也属于多尺度、多学科、多领域集成的典型高精度电子装备，具有重要的学术研究意义与广阔的工程应用前景。

　　全书内容新颖，循序渐进，理论性和应用性较强，可供机械电子工程、电子科学与技术、材料科学与工程相结合的前沿交叉领域的科研人员与相关企业人员等阅读参考。

本书亮点

　　本书系统地把握了“机电耦合‑多尺度‑跨学科”这一创新范式，围绕理论、技术、实践与应用四大核心，提供了从根本原理到工程实现的完整路径。

　　理论突破

　　为极端尺寸天线提供了可突破传统天线性能极限的全新激励机制。

　　（1）电子装备机电耦合理论：系统阐释电磁场、结构力学与材料特性相互作用的耦合机理，突破传统天线依赖电磁辐射单一激励模式，为极端大/小天线设计提供全新能量传递与转换路径。

　　（2）跨尺度多物理场模型：构建微米级声‑磁耦合、太赫兹光‑电整流、百米级柔性结构‑电磁耦合的统一数学框架，支撑不同尺度天线的分析与优化。

　　（3）突破Chu‑Harrington理论极限：通过机械振动、声‑磁耦合等非传统激励，实现“非辐射‑辐射”双向能量转换，理论上可突破传统带宽‑增益极限。

　　技术创新

　　涵盖磁电、光电、机械、柔性、赋形等五大新体制天线的关键实现手段。

　　（1）磁电薄膜天线：利用声谐振膜片与磁性薄层的耦合，实现超宽带低频高效辐射，关键技术包括薄膜沉积、声‑磁器件多尺度匹配设计与芯片级加工。

　　（2）太赫兹纳米光学整流天线：采用金属‑介质纳米结构实现高效光‑电整流，核心在于亚波长天线单元的共振调控与高速光电二极管集成。

　　（3）机械旋转永磁天线：通过永磁体的机械旋转产生低频磁场辐射，创新点在于永磁体驱动系统、转子动态平衡与低损耗磁路设计。

　　（4）柔性赋形展开天线：基于高强度柔性复合材料与可展开结构（折叠‑展开、张拉‑收缩），实现百米级口径的快速部署与高精度形面控制。

　　（5）百米口径射电天文天线：融合主动形面控制、精密光学定位与低损耗射频链路设计技术，实现亚毫秒波束指向与极高增益。

　　工程落地

　　通过多学科协同平台与先进制造工艺，实现了原型验证和可复制的工程流程。

　　（1）多学科协同设计平台：集成电磁仿真（HFSS/CST）、结构动力学（ANSYS）、材料微观模型（COMSOL）与机器学习优化，实现从概念到原型的闭环迭代。

　　（2）增材制造与柔性组装：针对大口径赋形天线选用记忆合金等高性能智能材料，配合模块化快速装配，实现“折展‑部署”全流程可控。

　　（3）微米/纳米制备工艺：实现磁电薄膜的原子层沉积、纳米天线的电子束光刻与自组装，确保高精度的制备与装配误差。

　　（4）原型测试与验证：在真空腔、低温低噪声实验室以及现场载荷平台上完成全波辐射、性能可靠性与环境适应性三维验证。

　　应用前景

　　直接对应国家重大科技项目需求，具备显著的战略价值和产业转化潜力。

　　（1）微型无人载荷：磁电薄膜天线提供体积 < 1 cm³、重量 < 10 g 的宽频带侦察/通信方案，满足隐蔽性与机动性需求。

　　（2）跨介质高效通信：机械天线在低频（kHz‑MHz）实现长距离、低功耗的跨介质链路，配合可展开赋形天线有望提供高指向增益。

　　（3）百米口径射电天文：超大口径反射面天线设计与型面调整技术，可支撑国家大型射电望远镜整体建设，实现对弱天体的高灵敏度观测。

　　（4）深空探测通信：柔性赋形天线在卫星平台上可实现口径 30 m‑50 m 的快速部署，为高分辨率成像与宽带通信提供支撑。

　　（5）空间太阳能电站：纳米光学整流天线提供高效光电转换方案，兼作能量收集与功率传输天线，实现光‑电‑微波多能流耦合，提高整体系统效率。

主编简介

　　李娜，西安电子科技大学教授，博士生导师，陕西省杰青，电子装备机电耦合技术实验室 (国家级) 耦合设计方向带头人，电子装备机电耦合技术111创新引智基地骨干成员，2011协同创新中心“信息感知技术”骨干成员，浙江省东海实验室双聘教授，中国电子信息工程科技发展研究蓝皮书撰写组核心成员，国家自然科学基金评审专家。长期致力于面向国家重点工程的极端尺寸天线应用基础与前沿技术研究，突破了传统天线设计的原理性桎梏，提出了多项具有颠覆性的极端尺寸天线解决方案。同时，已经完成多项知识产权的产业转化，获得江苏省创新创业人才称号。主持有多项国防纵向科研课题，国家自然科学基金天文联合基金、面上项目等多项国家级科研项目。共计在Engineering等国际顶级期刊上发表第一/通信作者SCI文章40余篇，授权国家发明专利50余项，获得陕西省技术发明二等奖一项、陕西省电子学会技术发明奖一等奖一项。

　　张逸群，西安电子科技大学教授、博士生导师、国家级人才。主持有科技部重点研发计划、国家自然科学基金叶企孙科学基金重点基金、优青基金等多项国家级项目，已出版中英文专著各一部，参与研制我国首个星载可展开天线综合设计软件平台，获得国家科学技术进步奖一等奖与陕西省科技进步一等奖。

　　来源：西安电子科技大学出版社