CN116995434A - 一种探地雷达超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种探地雷达超宽带天线，包括天线介质板和两个微带贴片，其中：天线介质板，为水平设置的长方形板体，长边沿左右走向；两个微带贴片，均为半径为r的不完整圆片，其一端为完整半圆，另一端为缺口端，缺口端为馈电端；缺口端为向远离圆心侧凸起的圆弧状，圆弧的曲率小于不完整圆片形成完整圆片处的弧线；两个微带贴片均叠放于天线介质板的上壁面，左右排布，完整半圆端位于天线介质板的左右两端，缺口端位于靠近天线介质板的垂直于长边的中轴线，且不相贴合，两缺口端间形成馈电缝隙；其中：r为大于0的数。使用该探地雷达超宽带天线，使得馈电处天线的输入阻抗降低，便于和馈电传输线直接相连，简化了馈电网络的设计。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种探地雷达超宽带天线。
背景技术
探地雷达技术具有无损探测，高效率，高分辨率以及结果直观等优点；探地雷达技术早期主要是用来探测低介电损耗的物质，例如对极地冰层和对煤矿的探测；随着对探地雷达技术及相关设备研究的不断深入，逐渐发展到对高介电损耗物质的探测；例如，对复杂岩层的探测；由于探地雷达技术应用领域的扩展，已经远远超出了“探地”的范畴，在地质勘探、考古、搜救以及军事排查等领域都有广泛应用；到目前为止，探地雷达技术已经成为解决地下探测问题的最优解决方案，获得了各领域专家的关注与研究。
而天线作为探地雷达***中收发信号的关键组成部分，对整个***的探测性能起到了关键性的作用；一般来说，高频电磁波对应较高的分辨率，但地下探测深度浅；反之，低频电磁波虽然探测分辨率较低，但能获得较大的地下探测深度；因此，探地雷达天线一般工作在较低的频段，且工作频率与所要探测的深度成反比；而在较低的频段下可以通过增大发射信号的带宽来提高探测的分辨率，这样以来，制作一种能够覆盖低频段的超宽带天线就显得极有意义。目前，由于大多数低频超宽带天线的输入阻抗均远远高于50欧姆，这就需要在天线的馈电端设计一个复杂的阻抗变换网络，从而大大增加了天线的制作成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种探地雷达超宽带天线，使得馈电处天线的输入阻抗降低，便于和馈电传输线直接相连，简化了馈电网络的设计。
本发明采用以下技术方案：一种探地雷达超宽带天线，包括天线介质板和两个微带贴片，其中：
天线介质板，为水平设置的长方形板体，且长边沿左右走向；
两个微带贴片，均为半径为r的不完整圆片，其一端为完整半圆，另一端为缺口端，缺口端为馈电端；缺口端为向远离圆心侧凸起的圆弧状，且圆弧的曲率小于不完整圆片形成完整圆片处的弧线；
两个微带贴片均叠放于天线介质板的上壁面，左右排布，完整半圆端位于天线介质板的左右两端，缺口端位于靠近天线介质板的垂直于长边的中轴线，且不相贴合，两缺口端间形成馈电缝隙；
其中：r为大于0的数。
进一步地，该圆弧为半径为R的圆的一段弧线，且1.2r<R<2.5r，其中：R为大于0的数。
进一步地，该圆弧的上下段关于通过天线介质板的左右两短边的中线对称。
进一步地，该圆弧采用如下方法得到：以其所在的圆与微带贴片同心处为起点，圆弧所在的圆朝向远离微带贴片的圆心处平移距离为d，R-r<d<R-r+1/3r。
进一步地，在缺口端：半径为r的半圆的缺失部分占圆片的比例为a，且0<a<0.177。
进一步地，该两个微带贴片均不超过其所在端的天线介质板的长边和短边。
进一步地，该馈电缝隙的最细处的宽度为3-5mm。
本发明的有益效果是：微带贴片采用半径不同的两个圆形相交而得的结构，即微带贴片为不完整圆片，其一端为完整半圆，另一端为缺口端，其缺口端为馈电端，在馈电端贴片的宽度较大，并且变化较为平缓，能够有效地降低馈电端天线的输入阻抗，甚至可以直接与50欧姆的馈电传输线相连，从而地简化了天线的馈电设计，减少了天线的制作成本。
附图说明
图1为实施例中的探地雷达超宽带天线的俯视图；
图2为实施例中的探地雷达超宽带天线的立体结构示意图；
图3为圆弧所在的圆的半径与微带贴片的半径比例大小对探地雷达超宽带天线性能的影响图；
图4为圆弧所在圆的平移距离对探地雷达超宽带天线性能的影响图；
图5为实施例中的探地雷达超宽带天线的回波损耗测试结果图；
其中：1微带贴片，2天线介质板，3馈电缝隙。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种探地雷达超宽带天线，如图1和2所示，包括天线介质板2和两个微带贴片1，其中：天线介质板2，为水平设置的长方形板体，且长边沿左右走向；
两个微带贴片1，均为半径为r的不完整圆片，半径为r的圆为小圆。其一端为完整半圆，另一端为缺口端，缺口端为馈电端；缺口端为向远离圆心侧凸起的圆弧状，且圆弧的曲率小于不完整圆片形成完整圆片处的弧线；在缺口端：半径为r的半圆的缺失部分占圆片的比例为a，且0<a<0.177。
在制备该微带贴片1时，具体操作如下：圆弧所在的圆与半径为r的圆为两个同心圆，将圆弧所在的圆平移，与半径为r的圆相交，两个圆的重合部分，即为该微带贴片1。所述圆弧采用如下方法得到：以其所在的圆与微带贴片1同心处为起点，圆弧所在的圆朝向远离微带贴片1的圆心处平移距离为d，R-r<d<R-r+1/3r。
两个微带贴片1均叠放于天线介质板2的上壁面，左右排布，完整半圆端位于天线介质板2的左右两端，缺口端位于靠近天线介质板2的垂直于长边的中轴线，且不相贴合，两缺口端间形成馈电缝隙3；圆弧的上下段关于通过天线介质板2的左右两短边的中线对称。其中：r为大于0的数。
圆弧为半径为R的圆的一段弧线，且1.2r<R<2.5r，其中：R＞r，且为为大于0的数。圆弧所在的圆为大圆，大圆半径设置要在合理的范围内，大圆半径过低，低频阻抗起伏越大，致使低频匹配性能恶化；大圆半径过高，会引起高频匹配性能恶化。
两个微带贴片1均不超过其所在端的天线介质板2的长边和短边。馈电缝隙3的最细处的宽度为3mm。
采用本发明中的微带贴片1，由于在馈电端，采用了大半径圆的弧线，则在该端，贴片的宽度较大，并且变化较为平缓，能够有效地降低馈电端天线的输入阻抗，甚至可以直接与50欧姆的馈电传输线相连，从而大大地简化了天线的馈电设计，减少了天线的制作成本。为了验证上述微带贴片1的功能，设计了如下实验：天线介质板2采用环氧树脂板，其厚度为2mm，小圆半径固定为100mm，大圆半径为R，并保持不同半径大圆的平移距离为R-r+10mm，通过改变大圆的半径在CST电磁仿真软件中观察其特性阻抗曲线情况，绘制得到图3。由图3可知，大小圆半径的比值越大说明在馈电处贴片的宽度越大，弧线变化越平缓，由图知，宽度越大，天线特性阻抗也变得越小。
为验证大圆的平移距离对其性能的影响设计如下实验：大圆半径固定为200mm，小圆半径固定为100mm，介质板采用环氧树脂板，其厚度为2mm，预留馈电缝隙宽度为3mm，通过改变大圆的平移距离在CST电磁仿真软件中获得一系列结果，如图4所示，随着d的增大，天线带宽随之降低。
作为本发明中的一个实施例，选择的大圆的半径为250mm；小圆的半径为150mm；大圆和小圆同心，将大圆进行平移后再与小圆相交；大圆的平移距离为120mm；天线介质板2采用环氧树脂板，天线介质板2的厚度为2mm；馈电缝隙3位于天线介质板2的中心位置处，馈电缝隙3的宽度为3mm；并在电磁仿真软件CST中对其进行仿真，在根据上述参数完成天线模型的构建后，在两个金属贴片间预留的馈电缝隙处添加50ohm的集总馈电端口进行仿真。
如图5所示，给出了本实施例的探地雷达超宽带天线的回波损耗测试结果图；由图5中可以得出，天线-10dB带宽达到200-1800MHz，实现了覆盖低频段的超宽带性能，能够应用于探地雷达***中。
本发明一种探地雷达超宽带天线，通过在天线介质板2的表面对称设置两个微带贴片1，两个微带贴片1之间预留馈电缝隙3用于馈电；其中，微带贴片1创新性地由一大一小两圆相交而成，大圆和小圆原本同心，将大圆进行平移后再与原小圆相交得到重合部分，即为微带贴片1；其中，两个微带贴片1分别与天线介质板2的长短边相切。两个微带贴片1在中心馈电处具有较大的宽度，且宽度缓慢变化，使得馈电处天线的输入阻抗大大降低，便于和后端50欧姆馈电传输线直接相连，从而大大简化了馈电网络的设计，降低了天线的制作成本。
Claims (7)
1.一种探地雷达超宽带天线，其特征在于，包括天线介质板(2)和两个微带贴片(1)，其中：
所述天线介质板(2)，为水平设置的长方形板体，且长边沿左右走向；
所述两个微带贴片(1)，均为半径为r的不完整圆片，其一端为完整半圆，另一端为缺口端，缺口端为馈电端；缺口端为向远离圆心侧凸起的圆弧状，且圆弧的曲率小于不完整圆片形成完整圆片处的弧线；
两个所述微带贴片(1)均叠放于所述天线介质板(2)的上壁面，左右排布，完整半圆端位于所述天线介质板(2)的左右两端，缺口端位于靠近所述天线介质板(2)的垂直于长边的中轴线，且不相贴合，两缺口端间形成馈电缝隙(3)；
其中：r为大于0的数。
2.如权利要求1所述的一种探地雷达超宽带天线，其特征在于，所述圆弧为半径为R的圆的一段弧线，且1.2r<R<2.5r，其中：R为大于0的数。
3.如权利要求2所述的一种探地雷达超宽带天线，其特征在于，所述圆弧的上下段关于通过天线介质板(2)的左右两短边的中线对称。
4.如权利要求3所述的一种探地雷达超宽带天线，其特征在于，所述圆弧采用如下方法得到：以其所在的圆与微带贴片(1)同心处为起点，圆弧所在的圆朝向远离微带贴片(1)的圆心处平移距离为d，R-r<d<R-r+1/3r。
5.如权利要求4所述的一种探地雷达超宽带天线，其特征在于，在所述缺口端：半径为r的半圆的缺失部分占圆片的比例为a，且0<a<0.177。
6.如权利要求5所述的一种探地雷达超宽带天线，其特征在于，所述两个微带贴片(1)均不超过其所在端的天线介质板(2)的长边和短边。
7.如权利要求6所述的一种探地雷达超宽带天线，其特征在于，所述馈电缝隙(3)的最细处的宽度为3-5mm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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