CN211295372U - 一种新型探地雷达超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型探地雷达超宽带天线，包括，背腔，包括腔体、吸波腔和吸波涂层，所述吸波腔设置于所述腔体内部，所述吸波涂层设置于所述腔体内壁；所述天线臂设置于所述腔体侧面外；所述天线臂包括左臂和右臂，所述左臂和所述右臂轴对称；本实用新型将天线臂尖端改为圆角，增加椭圆弧，并利用铁氧体吸波，增加了天线辐射效率，减少腔体高度。

Description

一种新型探地雷达超宽带天线

技术领域

本实用新型涉及探地雷达天线技术领域，尤其是一种新型探地雷达超宽带天线。

背景技术

雷达一开始被发明主要用于探测和定位空气中的物体，并经过几十年的发展，对空雷达的技术已日趋成熟。近些年随着雷达技术的发展，雷达已被应用到探测地面以下的多种物体，如隧道、矿井、考古、公路等场合的应用，并且因无损探测的优势，探地雷达已受到越来越多的关注。超宽带天线是探地雷达***主要部件之一，主要作用是实现信号的辐射和接收，因此作为***的最前端，天线性能决定了探地雷达***的性能。

探地雷达通常需要一对天线分别用于发射和接受电磁波，基于探地雷达的体制多为超宽带体制，因此用于探地雷达的天线多为超宽带天线。目前用于探地雷达的超宽带天线形式主要有TEM喇叭天线和平面蝶形天线两种形式。TEM喇叭天线拥有喇叭天线的各种优势，带宽大，驻波好，但三维尺寸限制了其应用，而平面蝶形天线因其加工简单、制造成本低等优势得到了越来越多的关注和研究，并且成为目前探地雷达天线的主要形式之一。

蝶形天线作为双锥天线的一种变形，具有大的阻抗带宽和较好的方向性的特点。蝶形天线设计过程中可以看到，在天线臂末端处，低频段信号时电流大量汇集于此，产生回波信号，恶化天线的驻波，因此严重影响了天线的阻抗带宽。为了解决这个问题，不同的设计者通过不同加载的方式实现设计目标。总体而言，加载方式主要可以分为两种，即集总加载方式和结构加载方式。集总加载方式主要在天线臂末端或者在天线臂的臂中加载数个集总元件，如电阻等，实现在需要的阻抗带宽内有好的驻波特性，但这种方式因其加载的集总元件是耗能元件，故对天线的效率有一定影响。另一种方式是结构加载，主要是对天线臂的形状作一定的改变或在天线面一定距离处加入导电平板实现天线驻波的优化。本发明提出了一种改进的平面蝶形天线结构，通过传统蝶形天线的截断和天线臂末端椭圆形结构加载的形式，实现天线阻抗带宽的展宽和驻波的优化。在探地雷达实际使用过程中，考虑到天线背向的辐射或接收信号是无效的，且某些频段的使用时，天线背向辐射和接收的电磁波会与空间电磁波相互干扰，甚至造成信号的失真，因此在天线背向加载一金属腔体是必要的，这也是当前探地雷达天线的通用性做法。传统吸波材料填充腔体的探地雷达天线因泡沫吸波材料在低频段时需要大的纵向尺寸，腔体的高度随之也增加，并且因为多层吸波材料相当于多层电阻式加载，天线的辐射效率较低，增益不太理想。

实用新型内容

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型所要解决的技术问题是传统天线臂的结构和吸波材料使得天线的辐射效率低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种新型探地雷达超宽带天线，包括，背腔，包括腔体、吸波腔和吸波涂层，所述吸波腔设置于所述腔体内部，所述吸波涂层设置于所述腔体内壁；天线臂，所述天线臂设置于所述腔体侧面外；所述天线臂包括左臂和右臂，所述左臂和所述右臂轴对称。

作为本实用新型所述新型探地雷达超宽带天线的一种优选方案，其中：所述腔体包括介质板、第一对边、第二对边和底板；所述腔体的一对相对侧面为所述第一对边，与所述第一对边垂直的一对相对侧面为所述第二对边，所述介质板设置于所述腔体顶部，所述底板与所述介质板相对；所述天线臂设置于所述介质板上，所述吸波涂层设置于所述第一对边内壁。

作为本实用新型所述新型探地雷达超宽带天线的一种优选方案，其中：所述右臂包括斜边、横边和侧边，所述斜边和所述侧边之间通过所述横边连接；所述斜边和横边之间设置有圆角，所述侧边为椭圆弧。

作为本实用新型所述新型探地雷达超宽带天线的一种优选方案，其中：所述侧边的短轴与长轴比值在0.3～0.4之间。

作为本实用新型所述新型探地雷达超宽带天线的一种优选方案，其中：所述圆角弧长与所述斜边长度比在0.1-0.25之间。

作为本实用新型所述新型探地雷达超宽带天线的一种优选方案，其中：所述第一对边与所述天线臂对称轴垂直，所述第二对边与所述天线臂对称轴平行。

作为本实用新型所述新型探地雷达超宽带天线的一种优选方案，其中：所述吸波涂层为吸波铁氧体。

本实用新型的有益效果：本实用新型将天线臂尖端改为圆角，增加椭圆弧，并利用铁氧体吸波，增加了天线辐射效率，减少腔体高度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型提供的一种实施例所述的新型探地雷达超宽带天线的整体结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种实施例所述的新型探地雷达超宽带天线的剖面结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种实施例所述的新型探地雷达超宽带天线图1中A向视图；

图4为本实用新型提供的一种实施例所述的新型探地雷达超宽带天线中天线臂的结构示意图；

图5为传统蝶形天线未截断与截断的结构对比图；

图6(1)和图6(2)为使用圆角以及椭圆弧和不使用圆角和椭圆弧时的天线驻波比仿真对比图；

图7(1)和图7(2)为在低频段电流时使用圆角以及椭圆弧和不使用圆角和椭圆弧时的电流分布对比图；

图8(1)和图8(2)为在高频段电流时使用圆角以及椭圆弧和不使用圆角和椭圆弧时的电流分布对比图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～3，本实施例提供了一种新型探地雷达超宽带天线，包括背腔100和天线臂200，其中背腔100包括腔体101、吸波腔102和吸波涂层103，吸波腔102设置于腔体101内部，吸波涂层103设置于腔体101内壁；天线臂200设置于腔体101侧面外；天线臂200包括左臂201和右臂202，左臂201和右臂202轴对称。

腔体101包括介质板101a、第一对边101b、第二对边101c和底板101d；腔体101的一对相对侧面为第一对边101b，与第一对边101b垂直的一对相对侧面为第二对边101c，介质板101a设置于腔体101顶部，底板101d与介质板101a相对；天线臂200设置于介质板101a上，吸波涂层103设置于第一对边101b内壁；第一对边101b与天线臂200对称轴垂直，第二对边101c与天线臂200对称轴平行。

在本实施例中，图3箭头所指方向为天线背向辐射方向。

本实用新型设计的背腔主要基于腔体的电磁吸收方法，在腔体101的长边内壁上加载吸波材料即吸波涂层103，实现腔内吸波，腔体的长边为第一对边101b；第二对边101c为腔体101的短边，其上不设置吸波涂层103；第一对边101b、第二对边101c和底板101d的材料为铝。

这种方式与传统泡沫吸收材料填充的方式相比，腔体高度可以很大程度上的减小，即实现了腔体高度的小型化。

实施例2

参照图4～8，本实施例与上一实施例的不同之处在于，右臂202包括斜边202a、横边202b和侧边202c，斜边202a和侧边202c之间通过横边202b连接；

斜边202a和横边202b之间设置有圆角202d，侧边202c为椭圆弧。

侧边202c为以a为长轴，b为短轴构成的椭圆的一半弧形。

本实用新型为实现超宽频阻抗带宽，且天线尽可能的小型化，故使用大张角平面蝶形天线，并在天线臂上采用截断的形式，即增加横边202b，图5为蝶形天线未截断与截断的两种结构形式对比图；斜边202a之间形成的角度即β角为大张角。

图6(1)为蝶形天线上使用圆角和椭圆弧时的天线驻波仿真图，图6(2)为蝶形天线上不使用圆角和椭圆弧时的天线驻波仿真图，两幅图的横坐标为频率，纵坐标为天线的电压驻波比，从图中可以看出，在各个不同频率下使用圆角和椭圆弧时的天线驻波比要低于不使用圆角和椭圆弧时的天线驻波比，而驻波比越大,反射功率越高，传输效率越低，因此可见天线臂尖锐顶点处加圆角，末端的尖锐处以椭圆弧替代后，天线的驻波性能有明显改善。

图7(1)为在低频段电流时蝶形天线上不使用圆角和椭圆弧时的电流分布图，图7(2)为在低频段电流时蝶形天线上使用圆角和椭圆弧时的电流分布图；

图8(1)为在高频段电流时蝶形天线上不使用圆角和椭圆弧时的电流分布图，图8(2)为在高频段电流时蝶形天线上使用圆角和椭圆弧时的电流分布图；

从天线上的电流分布可以看出，高频和低频时的传统天线和弧化后的天线，在天线末端处的电流强度有明显差异，这是反射的结果，传统天线的反射明显较大，颜色较深；而弧化后的天线反射较小，颜色较浅，性能更优益。

实施例3

侧边202c的短轴与长轴比值在0.3～0.4之间。

下表为短轴b与长轴a比值区间对天线驻波比的影响对比表。

实施例4

圆角202d弧长与斜边202a长度比在0.1-0.25之间。

下表为圆角202d弧长与斜边202a的长度比的比值区间对天线驻波比的影响对比表。

实施例5

吸波涂层103为吸波铁氧体。

下表为各频段使使用泡沫吸收填充和铁氧体填充时的增益对比。

铁氧体吸波材料既是一种具有磁吸收的磁介质，又是一种具有电吸收的电介质。在低频段，铁氧体主要依靠磁滞效应、涡流效应及磁后效的损耗来造成铁氧体对电磁波的损耗；在高频段，则主要来源于自然共振损耗、畴壁共振损耗及介电损耗。

本实用新型在吸波腔体的实现上使用铁氧体贴壁形式，有效降低了腔体的高度，并且辐射效率较高，实现了屏蔽腔的作用。综述，本文通过平面蝶形天线形状的改进和新型吸波背腔加载的方式实现了一款超宽带阻抗带宽，波束较为稳定的探地雷达天线，并按照设计进行了实物加工和性能测试，测试结果和设计性能较吻合，验证了天线的性能。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本实用新型的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本实用新型的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本实用新型不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本实用新型的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本实用新型不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种新型探地雷达超宽带天线，其特征在于：包括，

背腔(100)，包括腔体(101)、吸波腔(102)和吸波涂层(103)，所述吸波腔(102)设置于所述腔体(101)内部，所述吸波涂层(103)设置于所述腔体(101)内壁；

天线臂(200)，所述天线臂(200)设置于所述腔体(101)侧面外；

所述天线臂(200)包括左臂(201)和右臂(202)，所述左臂(201)和所述右臂(202)轴对称。

2.根据权利要求1所述的新型探地雷达超宽带天线，其特征在于：所述腔体(101)包括介质板(101a)、第一对边(101b)、第二对边(101c)和底板(101d)；

所述腔体(101)的一对相对侧面为所述第一对边(101b)，与所述第一对边(101b)垂直的一对相对侧面为所述第二对边(101c)，所述介质板(101a)设置于所述腔体(101)顶部，所述底板(101d)与所述介质板(101a)相对；

所述天线臂(200)设置于所述介质板(101a)上，所述吸波涂层(103)设置于所述第一对边(101b)内壁。

3.根据权利要求2所述的新型探地雷达超宽带天线，其特征在于：所述右臂(202)包括斜边(202a)、横边(202b)和侧边(202c)，所述斜边(202a)和所述侧边(202c)之间通过所述横边(202b)连接；

所述斜边(202a)和横边(202b)之间设置有圆角(202d)，所述侧边(202c)为椭圆弧。

4.根据权利要求3所述的新型探地雷达超宽带天线，其特征在于：所述侧边(202c)的短轴与长轴比值在0.3～0.4之间。

5.根据权利要求4所述的新型探地雷达超宽带天线，其特征在于：所述圆角(202d)弧长与所述斜边(202a)长度比在0.1-0.25之间。

6.根据权利要求5所述的新型探地雷达超宽带天线，其特征在于：所述第一对边(101b)与所述天线臂(200)对称轴垂直，所述第二对边(101c)与所述天线臂(200)对称轴平行。

7.根据权利要求4～6任一所述的新型探地雷达超宽带天线，其特征在于：所述吸波涂层(103)为吸波铁氧体。

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