CN109216906B - 一种水陆两栖探地雷达的椭圆形平面偶极子天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水陆两栖探地雷达天线的设计领域，特别涉及一种超宽带椭圆形平面偶极子天线。本发明通过对椭圆形平面偶极子天线的天线片上开槽缝，并在所开槽缝上加载电阻，以实现椭圆形平面偶极子天线的小型化、超宽带以及时域性能优异的特性。同时使用水密壳保证天线的水密特性，最终使得椭圆形平面偶极子天线能适应水陆两栖的工作要求，实现了其小型化、工作频段宽以及时域性能优异的兼具。本发明天线在水与空气两种环境中工作频率范围分别为30MHz～50MHz、170MHz～270MHz，且时域性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及水陆两栖探地雷达天线的设计领域，特别涉及一种超宽带椭圆形平面偶极子天线。
背景技术
探地雷达拥有工作效率、探测精度高以及无损探测等优点，目前主要用于陆地矿产、地下结构等领域的探测。
我国拥有大量的湖泊、水库以及江河，水底地形地貌的勘探对于工程建设是不可或缺的，只有清楚水下地理情况才能对水坝、桥梁进行针对性的设计，对于埋藏在江河湖泊低下的水底文物、城市遗址的考古挖掘也离不开水下勘探。目前水下勘探主要采用人力潜水、大地电磁法、高密度电法等手段进行勘探，这些方法为水下考古以及地形地貌的勘探做出了巨大贡献，但都有工作效率不高，操作不够简便等缺点，而探地雷达具有高效率无损探测的优点，若将探地雷达用于水下勘探将大大简化探勘过程，提高勘探效率。
水陆两栖探地雷达的实现主要在于天线的设计，其天线除了要求拥有宽的工作带宽外，还须天线拥有防水，低水阻等性能，基于空气与水在相对介电常数上存在的巨大差异还要考虑天线在不同环境中工作频率的变化。
椭圆形平面偶极子天线是一款可拥有超宽带性能、时域性能优异的一款天线，但在实现其超宽带性能时往往会造成其体积过大无法满足工程应用的需求，对此目前主流的方式是在天线上面开刻槽缝，以实现天线的小型化，但这会恶化天线的时域性能，因此在时域工作体制的雷达中这样的天线无法满足性能要求，因此研制出一款超宽带、低水阻、时域性能优异、小体积具有良好水密性能的椭圆形平面偶极子天线是十分有必要的。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为解决现有水陆两栖探地雷达天线小型化、超宽带以及时域性能优异不能兼得的问题。本发明提供了一种水陆两栖探地雷达的椭圆形平面偶极子天线，其具有超宽带、低水阻、时域性能优异、小体积和良好水密性能，天线水下工作频率为40MHz～60MHz，陆地工作频率为170MHz～270MHz。
具体技术方案如下：
一种水陆两栖探地雷达的椭圆形平面偶极子天线，包括介质基板、椭圆形双臂天线片、非平衡---平衡匹配巴伦、同轴接头、空气过孔和水密壳。
椭圆形双臂天线片制备在介质基板上，非平衡---平衡匹配巴伦经过水密壳上的空气过孔将椭圆形双臂天线片与同轴接头相连，实现同轴接头与椭圆形双臂天线片的电连接。通过水密壳实现整个设备的密封。
所述水密壳包括水密壳背壳和水密壳前盖，空气过孔设置于水密壳背壳，采用相对介电常数小于2.5的材料。
所述椭圆形双臂天线片的两臂关于天线长边中线左右对称，其上设有槽缝；槽缝的形状为V字型，顶点位于天线短边中线上，并开口朝外关于天线短边中线对称依次排列；每个槽缝的V字顶点处均设置有电阻，60欧≤电阻≤120欧。
所述槽缝宽度为5-15mm，槽缝张角为30-170度，槽缝长度为70-190mm，单臂槽缝数量为3-7个，槽缝间隙5-15mm。
进一步的，所述水密壳的材料选用聚四氟乙烯。
进一步的，各所述电阻的阻值不同时相等。
本发明通过对椭圆形平面偶极子天线的天线片上开槽缝，并在所开槽缝上加载电阻，以实现椭圆形平面偶极子天线的小型化、超宽带以及时域性能优异的特性。同时使用水密壳保证天线的水密特性，最终使得椭圆形平面偶极子天线能适应水陆两栖的工作要求，实现了其小型化、工作频段宽以及时域性能优异的兼具。
综上所述，本发明天线在水与空气两种环境中工作频率范围分别为30MHz～50MHz、170MHz～270MHz，且时域性能优异。
附图说明
图1是实施例天线的侧视剖面图；
图2是实施例天线的俯视图；
图3是实施例天线的俯视透视图；
附图标记：1-SMA同轴接头，2-水密壳背壳，3-非平衡-平衡巴伦，4-FR-4介质基板，5-水密壳前盖，6-加载的电阻，7-椭圆形双臂天线片，8-V字型槽缝，9-馈电过孔。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，一种用于水陆两栖探地雷达的椭圆形平面偶极子天线，包括SMA同轴接头1，水密壳背壳2，非平衡-平衡巴伦3，FR-4介质基板4，透波性能优异的水密壳前盖5，用于降低天线工作频率的加载电阻6，椭圆形双臂天线片7，V字型槽缝8，馈电过孔9。
在覆铜的FR-4介质基板4上刻蚀椭圆形双臂天线片7，并在椭圆形双臂天线片7上开刻V字型槽缝8，在V字型槽缝8的尖头端点位置焊接加载电阻6，然后将由4、7、8、6组成的天线片装配于水密壳前盖5上，非平衡-平衡巴伦3的平衡端在馈电过孔处连接天线贴片7，非平衡端与SMA同轴接头1相连，实现天线贴片7与SMA同轴接头1的电连接。处理水密壳背壳2与前盖5的接触面将二者粘合起来，同时处理SMA同轴接头1与水密壳背壳2的接触面，最后实现天线的水密。
最终本实施例制备的椭圆形平面偶极子天线在陆地的工作频率为170-270MHz，水下的工作频率为30-50MHz。
Claims (3)
1.一种水陆两栖探地雷达的椭圆形平面偶极子天线，包括介质基板、椭圆形双臂天线片、非平衡---平衡匹配巴伦、同轴接头、空气过孔和水密壳，其特征在于：
所述椭圆形双臂天线片制备在介质基板上，非平衡---平衡匹配巴伦经过水密壳上的空气过孔将椭圆形双臂天线片与同轴接头相连，实现同轴接头与椭圆形双臂天线片的电连接；并通过水密壳实现整个设备的密封，水密壳采用相对介电常数小于2.5的材料；
所述椭圆形双臂天线片的两臂关于天线长边中线左右对称，其上设有槽缝；槽缝的形状为V字型，顶点位于天线短边中线上，并开口朝外关于天线短边中线对称依次排列；每个槽缝的V字顶点处均设置有电阻，60欧≤电阻≤120欧；
所述槽缝宽度为5-15mm，槽缝张角为30-170度，槽缝长度为70-190mm，单臂槽缝数量为3-7个，槽缝间隙5-15mm。
2.如权利要求1所述水陆两栖探地雷达的椭圆形平面偶极子天线，其特征在于：所述水密壳的材料选用聚四氟乙烯。
3.如权利要求1所述水陆两栖探地雷达的椭圆形平面偶极子天线，其特征在于：各所述电阻的阻值不同时相等。
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