CN104078761A - 舌形雷达天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种舌形雷达天线。该舌形雷达天线包括：绝缘介质体，具有两承载面；两舌形天线臂，其中，第一舌形天线臂固定于所述绝缘介质体的第一承载面上，第二舌形天线臂固定于所述绝缘介质体的第二承载面上，每一天线臂的末端设置微带渐变结构；以及SMA连接器，其一端的芯线焊接在第一舌形天线臂末端的微带渐变结构，地线焊接于第二舌形天线臂的微带渐变结构，其另一端与后端的雷达系统相连接。本发明舌形成像雷达天线具有良好的方向性，简单的馈电方式，紧凑的天线尺寸以及较轻的重量，满足穿墙成像雷达系统的探测距离和精度的要求。

Description

舌形雷达天线

技术领域

本发明涉及电子行业雷达技术领域，尤其涉及一种舌形雷达天线。

背景技术

近几十年，伴随着反恐维稳、人质救援等需求，穿墙成像雷达技术也倍受关注。穿墙成像雷达是一种能够穿墙探测和定位并进行实时的装置，可以穿墙探测非均匀介质结构，例如人体、金属目标等，并且这种非侵入式探测不会对目标产生物理属性的损坏。这些特点使得穿墙成像雷达具有广阔的发展潜力和应用市场。

在穿墙成像雷达系统中，天线具有把电信号和电磁波进行双向转换的作用，负责将雷达信号辐射出去，并接收来自目标的电磁回波。作为穿墙成像雷达重要的子系统，天线辐射特性的好坏直接决定雷达成像和定位的质量。同时由于墙体的色散作用、以及目标尺寸较小，来自离墙体越远的目标回波也越弱，同时还有其他散射体的回波可能会掩盖目标回波。

基于以上的因素，穿墙成像雷达对天线性能要求较高。一般要求穿墙雷达天线具有足够的带宽以满足分辨率的要求，也需要天线具有良好的时域特性，同时还要保证天线的尺寸以满足穿墙雷达便携式的工程应用要求。然而，现有穿墙成像雷达在工程应用领域中，较少有满足上述要求的穿墙成像雷达天线。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种满足穿墙成像雷达需求的舌形雷达天线。

(二)技术方案

本发明提供了一种舌形雷达天线。该舌形雷达天线包括：绝缘介质体，具有两承载面；两舌形天线臂，其中，第一舌形天线臂固定于所述绝缘介质体的第一承载面上，第二舌形天线臂固定于所述绝缘介质体的第二承载面上，每一天线臂的末端设置微带渐变结构；以及SMA连接器，其一端的芯线焊接在第一舌形天线臂末端的微带渐变结构，地线焊接于第二舌形天线臂的微带渐变结构，其另一端与后端的雷达系统相连接。

(三)有益效果

本发明舌形成像雷达天线具有0.83GHz到20GHz的绝对带宽，约为5dBi通带增益，良好的方向性，简单的馈电方式，紧凑的天线尺寸以及较轻的重量，满足穿墙成像雷达系统的探测距离和精度的要求。

附图说明

图1为根据本发明实施例舌形雷达天线的立体图；

图2为图1所示舌形雷达天线中馈电端的立体图；

图3为图1所示舌形雷达天线阻抗带宽图；

图4为图1所示舌形雷达天线通带增益图。

【主要元件符号说明】

1-第一舌形天线臂；            2-第二舌形天线臂；

3-聚苯乙烯泡沫板；            4、5-微带渐变结构；

6-SMA连接器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种舌形穿墙成像雷达天线。图1为根据本发明实施例舌形成像雷达天线的立体图。如图1所示，该舌形穿墙成像雷达天线包括：

绝缘介质体3，具有两承载面；

两舌形天线臂(1、2)，其中，第一舌形天线臂1固定于所述绝缘介质体3的第一承载面上，第二舌形天线臂固定于所述绝缘介质体3的第二承载面上，每一天线臂的末端设置微带渐变结构(4、5)；以及

SMA连接器6，其一端的芯线焊接在第一舌形天线臂末端的微带渐变结构，地线焊接于第二舌形天线臂的微带渐变结构，其另一端与后端的雷达系统相连接。

以下对本实施例舌形穿墙成像雷达天线的各组成部分进行详细说明。

本实施例中，舌形天线臂(1、2)由厚度为2mm的片状黄铜弯折而成。绝缘介质体3采用聚苯乙烯泡沫板等密度小、介电常数接近空气的材料。舌形天线臂(1、2)和绝缘介质板3之间采用粘合性强的胶带固定。当然，舌形天线臂(1、2)还可以采用双面胶或其它机械方式固定于绝缘介质体3上，本发明并不对此进行限制。

本实施例中，绝缘介质体3具有两个承载面，其中，第一承载面用于固定第一舌形天线臂1，第二承载面用于固定第二舌形天线臂2，其中：

第一承载面由以下指数曲线在第一象限中部分沿Z轴平移形成：

h(t)＝0.44e^0.1t+0.44         (1)

第二承载面由以下指数曲线在第一象限中部分沿Z轴平移形成：

g(t)＝0.4e^0.1t+0.21          (2)

其中，指数曲线h(t)和g(t)中的变量t为以下三次超椭圆曲线f(x，y)的一点至坐标原点的弧长：

$f(x,y):{\left(\frac{x-a}{a}\right)}^3+{\left(\frac{y-b}{b}\right)}^3=\mathrm{1,0}\≤x\≤a,0\≤y\≤b---\left(1\right)$

其中：a＝20，b＝32.25，单位为毫米。指数曲线h(t)、g(t)和三次超椭圆曲线f(x，y)均是在笛卡尔坐标系下构成。

其中，f(x，y)在(x，y)的取值范围内变化时，到坐标原点的弧长为变量t，此时h(t)，g(t)为变量t的函数，并分别对应到f(x，y)的距离函数。随着t的变化，h(t)，g(t)的函数值也随之变化，如此形成绝缘介质体3的剖面曲线，

本实施例中，第一舌形天线臂1和第二舌形天线臂2均为2mm厚的片状黄铜材料制备。两舌形天线臂的长度L约为天线工作中心频率对应自由空间中波长1/2。其中：

第一舌形天线臂的宽度满足：

第二舌形天线臂的宽度满足：

其中，h(t)和g(t)分别为形成第一承载面和第二承载面的指数曲线，Z(t)为端口阻抗，其表达式为Z(t)＝αe^βt，馈电端阻抗Z(t)初值即t为零时为50欧姆，馈电端阻抗Z(t)末端值即t为最大值时为120π欧姆。

图2为图1所示舌形雷达天线中馈电端的立体图。在图2中，为了清楚起见，为画出绝缘介质体3的承载面。如图2所示，在每一舌形天线臂的馈电端设置有微带渐变结构(4、5)，以进行阻抗渐变，使得喇叭天线的端口阻抗与雷达接口匹配。

第二舌形天线臂末端微带渐变结构4设置过孔。该过孔的直径比SMA连接器的芯线直径要大。SMA连接器的芯线穿过该过孔，与第一舌形天线臂末端的微带渐变结构5电性连接，并且与第二舌形天线臂末端的微带渐变结构不相接触。该SMA连接器的地线焊接于第二舌形天线臂末端的微带渐变结构6上。

图3为图1所示穿墙成像雷达喇叭天线阻抗带宽图，如图3所示，在VSWR小于2时，天线绝对带宽为0.83GHz到20GHz。满足穿墙成像雷达成像探测精度和分辨率的要求。

图4为图1所示穿墙成像雷达喇叭天线增益图，如图4所示，通带内增益约为5dBi，满足穿墙成像雷达探测距离的要求。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明穿墙雷达天线有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)天线臂延展的剖面形状，可由类似于f(t)＝Ce^0.1t+D函数形变而成，其中，C、D为任意常数；

(2)天线臂黄铜材质可用铁皮或镀锡铁皮代替；

(3)天线臂内面聚苯乙烯泡沫板可用类似材料代替；

(4)本发明舌形雷达天线除了应用于穿墙雷达领域之外，还可以应用于地下陷空区探测雷达或道路分层检测雷达等领域。

综上所述，本发明提供一种舌形喇叭天线，具有超宽带、增益较高、加工制作方便等特点，同时，具有良好的高通带内辐射方向图，简单的馈电方式，紧凑的天线尺寸以及较轻的重量等优点，满足穿墙成像系统的探测距离和精度的要求，同时还可应用于高速公路陷空区探测、沥青道路分层检测等领域。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种舌形雷达天线，其特征在于，包括：

绝缘介质体(3)，具有两承载面；

两舌形天线臂，其中，第一舌形天线臂(1)固定于所述绝缘介质体(3)的第一承载面上，第二舌形天线臂(2)固定于所述绝缘介质体(3)的第二承载面上，每一天线臂的末端设置微带渐变结构；以及

SMA连接器(6)，其一端的芯线焊接在第一舌形天线臂末端的微带渐变结构，地线焊接于第二舌形天线臂的微带渐变结构，其另一端与后端的雷达系统相连接。

2.根据权利要求1所述的舌形雷达天线，其特征在于，所述绝缘介质体(3)的第一承载面和第二承载面由满足下式的指数曲线在第一象限的部分沿Z轴平移形成：

f(t)＝Ce^0.1t+D

其中，C和D为预设的常数。

3.根据权利要求2所述的舌形雷达天线，其特征在于：

所述第一承载面对应的指数曲线为：h(t)＝0.44e^0.1t+0.44；

所述第二承载面对应的指数曲线为：g(t)＝0.4e^0.1t+0.21。

4.根据权利要求3所述的舌形雷达天线，其特征在于，指数曲线h(t)和g(t)中的变量t为以下三次超椭圆曲线f(x，y)的一点至坐标原点的弧长：

$f(x,y):{\left(\frac{x-20}{20}\right)}^3+{\left(\frac{y-32.25}{32.25}\right)}^3=\mathrm{1,0}\≤x\≤a,0\≤y\≤b.$

5.根据权利要求4所述的舌形雷达天线，其特征在于，所述第一舌形天线臂(1)和第二舌形天线臂(2)的长度L约为天线工作中心频率对应自由空间中波长1/2，且：

第一舌形天线臂的宽度满足：

第二舌形天线臂的宽度满足：

其中，h(t)和g(t)分别为形成第一承载面和第二承载面的指数曲线；Z(t)为归一化端口阻抗，其满足：Z(t)＝αe^βt，t为零时，Z(t)为50欧姆，t为最大值时，Z(t)为120π欧姆。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的舌形雷达天线，其特征在于，所述第一舌形天线臂(1)和第二舌形天线臂(2)分别通过黏结或机械方式固定在相应的承载面上。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的舌形雷达天线，其特征在于，所述第一舌形天线臂(1)和第二舌形天线臂(2)由片状金属剪切并弯折而成。

8.根据权利要求7所述的舌形雷达天线，其特征在于，所述片状金属为片状黄铜、铁皮或镀锡铁皮。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的舌形雷达天线，其特征在于，所述绝缘介质体由聚苯乙烯泡沫板制备而成。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的舌形雷达天线，其特征在于，用于穿墙成像雷达领域。