射电望远镜天线设计、构造与历史演化

本书对望远镜设计相关的机械、结构、电磁和热学方面的基本背景资料进行了总结，还通过一些射电望远镜案例，对技术进步做了概括性介绍。书中借助于图形素材，将数学运算做到了最小化，更有利于对物理规则的解释。

本书是一本关于射电望远镜天线相关技术的译著，涉及望远镜天线的设计、构造和相关理论知识。全书分为9章，包括绪论、望远镜的演变、射电天文学的诞生、反射面天线结构保型设计、毫米波望远镜的呈现、亚毫米波望远镜、其他类型天线、反射面天线的电磁特性和管理方面的讨论及总结。
本书内容源于有实际科研和工程经验的科学家和工程师，内容覆盖全面，对于射电望远镜天线的设计、分析和建造具有很强的指导性，为国内天文台、望远镜研制单位及相关行业提供了极具实用价值的参考资料，亦可供大专院校相关专业的老师、本科高年级学生和研究生用作参考书。

郑元鹏，长期从事雷达天线、射电望远镜天线结构设计与制造工艺研究工作；曾主持完成FAST工程反射面单元项目、密云50米口径天线、上海65米射电望远镜天线系统、SKA项目反射面天线等项目系统总体结构设计与项目实施工作

第1章 绪论 1
第2章 望远镜的演变 7
2.1 历史回顾 8
2.1.1 早期光学望远镜的成果 8
2.1.2 电磁波的出现 11
2.2 光学及射电望远镜的基本特性 12
2.2.1 概述 12
2.2.2 望远镜的座架型式和光学配置 15
2.2.3 其他几何配置 18
2.3 射电望远镜的技术需求 19
2.4 射电望远镜的基本指标 20
2.4.1 反射面精度 20
2.4.2 指向精度 20
2.5 总结 21
附录 几何光学配置 22
参考文献 25
第3章 射电天文学的诞生 26
3.1 射电望远镜的早期历史 27
3.1.1 央斯基的“旋转木马”天线 27
3.1.2 雷伯的中星仪抛物面望远镜 28
3.1.3 乌尔兹堡·瑞斯雷达天线 29
3.2 第一代大型射电望远镜 30
3.2.1 达文格鲁和斯托科特望远镜 31
3.2.2 主焦点设备支撑方式 35
3.2.3 洛弗尔76m望远镜 35
3.2.4 帕克斯64m望远镜 39
3.2.5 NRAO 140英尺和300英尺望远镜 43
3.2.6 MIT 120英尺天线 48
3.3 结论 50
参考文献 50
第4章 反射面天线结构保型设计 52
4.1 概述 53
4.2 结构保型设计 53
4.3 65m毫米波望远镜保型设计 58
4.4 埃菲尔斯伯格100m射电望远镜 60
4.4.1 德国巨型射电望远镜计划 60
4.4.2 结构保型特性注解 62
4.4.3 工业部门的设计方案 63
4.4.4 最终的设计和实现 65
4.5 埃菲尔斯伯格天线背架结构及其变形模式 67
4.5.1 背架结构的设计方法 67
4.5.2 载荷工况分析 70
4.5.3 载荷叠加 72
4.5.4 反射器变形特性 73
4.5.5 保型原理的性能局限性 76
4.6 四点支撑形式 79
4.6.1 概述 79
4.6.2 韦斯特伯克25m天线阵 80
4.6.3 梅林32m天线 83
4.6.4 耶比斯40m望远镜 86
4.7 结论 87
参考文献 88
第5章 毫米波望远镜的呈现 89
5.1 迈进毫米波 90
5.2 NRAO 36英尺天线 91
5.3 IRAM 30m望远镜 94
5.3.1 性能指标 94
5.3.2 方案选择 95
5.3.3 结构原理 99
5.3.4 变形特性 101
5.3.5 总表面误差 104
5.3.6 热效应及其控制 106
5.3.7 结论 109
5.4 LMT 50m毫米波望远镜 110
5.4.1 概念设计 110
5.4.2 改进设计 113
5.4.3 最终设计 115
5.4.4 面板技术简评 117
5.4.5 均衡结构面板 117
5.4.6 柔性体控制 119
5.4.7 关于LMT/GTM的注解 120
5.5 野边山45m毫米波望远镜 121
5.6 结论 122
附录 热效应及其控制 122
参考文献 127
第6章 亚毫米波望远镜 129
6.1 概述 130
6.2 雷顿天线和CSO望远镜 131
6.3 碳纤维材料望远镜：IRAM和HHT 133
6.3.1 IRAM干涉仪天线 133
6.3.2 海因里希·赫兹望远镜 134
6.4 阿塔卡马大型毫米波阵列天线 139
6.4.1 概述 139
6.4.2 样机天线测试程序及测试结果 142
6.4.3 背架和俯仰支撑环形连接原理的注解 143
6.4.4 AEM/EIE和Vertex设计比较 145
6.4.5 结论 154
参考文献 156
第7章 其他类型天线 158
7.1 主反射面固定式望远镜 159
7.2 印度巨型米波射电望远镜 163
7.3 大型喇叭天线 164
7.4 偏置反射面天线 166
7.4.1 概述 166
7.4.2 艾伦望远镜阵列 167
7.4.3 艾伦望远镜阵列 168
7.4.4 艾伦望远镜阵列 170
附录 关于轮轨系统的讨论 174
参考文献 177
第8章 反射面天线的电磁特性 180
8.1 简介 181
8.2 圆形口径的辐射模式 181
8.3 反射面天线的主要参数 184
8.4 缺陷对性能的影响 185
8.4.1 照明、漏失和极化效率 186
8.4.2 辐射效率 187
8.4.3 小尺寸表面误差效率 187
8.4.4 大尺度变形：泽尼克多项式表示法 189
8.4.5 遮挡效率 192
8.4.6 横向和轴向偏焦：增益损失 193
8.4.7 波束偏移因子 195
8.4.8 结论 196
8.5 利用宇宙源测量天线参数 196
8.5.1 天线增益和波束方向图的测量 196
8.5.2 天线指向的修正 197
8.6 反射面面形的射电全息测量 199
8.7 电磁设计进展 201
8.7.1 历史简介 201
8.7.2 射电天文学和通信的差别 202
8.7.3 焦平面的开发 203
8.8 结论 205
附录 像差和泽尼克多项式 206
参考文献 208
第9章 管理方面的讨论及总结 212
9.1 总结回顾 213
9.2 管理方面的讨论 217
9.2.1 客户和承包商 218
9.2.2 项目管理和系统工程 219
9.2.3 技术方面 220
9.2.4 工业化和成本 221
9.2.5 海外制造 221
9.2.6 产品交付与试运行 222
缩写和缩略语 223
术语表 226