CN105977629A - 超宽带离散式加载线状天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带离散式加载线状天线，包括条状绝缘介质板、对称贴附于条状绝缘介质板上的两个辐射臂及用于套装条状绝缘介质板和两个辐射臂的管状天线罩，两个辐射臂均由贴附于条状绝缘介质板表面的多段金属片及设置于相邻金属片之间用于电性连接该相邻金属片的离散式加载电阻构成，两个辐射臂之间留有间隔，邻近间隔的金属片侧壁上分别设有相对的馈电点，该馈电点作为天线输入端口与外界激励信号相连接，外界激励信号通过输入端口传输至两个辐射臂上并由两个辐射臂向四周辐射。本发明具有频带宽、时域辐射特性好、质量轻、结构简单和可靠性好等特点，易于操作和养护，并且防潮耐磨，能够满足探地雷达系统的实际工程需求。

Description

超宽带离散式加载线状天线

技术领域

本发明属于超宽带成像雷达天线技术领域，具体涉及一种超宽带离散式加载线状天线。

背景技术

探地雷达可以通过无损技术实现地下结构的探测，在地球物理学研究、道路病害体检测、考古以及市政工程等行业得到了广泛应用。近年来，国内的一些科研机构、工程勘测部门以及高等院校纷纷开展探地雷达的研究工作，并相继引进了美国、加拿大、瑞典以及俄罗斯的探地雷达产品，取得了一定的研究成果。但是由于国内对探地雷达研究较晚，大多数仅仅局限于理论及算法方面，因此加快探地雷达的研制和产品化对其在实际工程中的应用具有重要现实意义。

天线作为探地雷达系统中的辐射和接收能量的关键部件，在无线电系统中有着重要地位，直接影响着整个系统的性能。由于地表介质的属性各异，不同介质的散射干扰、被探测目标位置的不确定性以及深层目标散射回波信号微弱等因素的影响，要求天线具有良好的时域辐射特性、超宽带和高增益等特点，并且要求天线易制作和维护、质量轻且可靠性好。然而，目前常用的探地雷达天线存在探测距离短、分辨率低和结构复杂等问题，难以满足实际工程应用的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种结构简单、时域辐射特性好、高增益且可靠性好的用于探地雷达的超宽带离散式加载线状天线。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，超宽带离散式加载线状天线，其特征在于包括条状绝缘介质板、对称贴附于条状绝缘介质板上的两个辐射臂及用于套装条状绝缘介质板和两个辐射臂的管状天线罩，其中两个辐射臂完全相同构成一对称振子天线，两个辐射臂均由贴附于条状绝缘介质板表面的多段金属片及设置于相邻金属片之间用于电性连接该相邻金属片的离散式加载电阻构成，两个辐射臂之间留有间隔，邻近间隔的两个金属片侧壁上分别设有相对的馈电点，该馈电点作为天线输入端口与外界激励信号相连接，外界激励信号通过输入端口传输至两个辐射臂上并由两个辐射臂向四周辐射。

进一步优选，所述金属片贴附于条状绝缘介质板的表面，该金属片为铜箔或柱形导线，各段金属片的长度均为152mm，宽度均为10mm，相邻两段金属片之间的间隔距离为3mm。

进一步优选，所述离散式加载电阻焊接于相邻两段金属片之间，用于电性连接相邻两段金属片以减小天线尾部振荡，展宽带宽，其阻值按照Wu-king方法确定，具体如下：

$R_i=\frac{60\mathrm{\ψ}}{L-\left|z_i\right|}(\mathrm{\Ω}/m)$

ψ＝Ω-3

$\mathrm{\Ω}=2ln\frac{2L}{a}$

其中R_i为第i条缝隙内离散式加载电阻的阻值，i＝1,2,3…7，L为辐射臂的长度，z_i为线状天线馈电点与离散式加载电阻所在缝隙的垂直距离，a为金属片的半径，Wu-king加载主要应用于杆状天线中，在侧面积相等的条件下将矩形金属片等效为圆形的杆状结构。

进一步优选，所述两个辐射臂之间预设的间隔距离为4mm。

进一步优选，所述条状绝缘介质板为环氧玻璃布层压板或聚酰亚胺层压板，其介电常数为4.4，长度为2480mm，宽度为12mm，厚度为0.5-2mm。

进一步优选，所述管状天线罩由内层硅胶管和外层玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料组成，其中条状绝缘介质板和两个辐射臂均安装于硅胶管内部并通过在硅胶管表面采用热缩套管进行固定和保护；硅胶管安装于玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的内部并通过在玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料表面采用热缩套管进行固定和保护。

本发明具有频带宽、时域辐射特性好、质量轻、结构简单和可靠性好等特点，易于操作和养护，并且防潮耐磨，能够满足探地雷达系统的实际工程需求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明的内部结构示意图；

图4是本发明的输入阻抗曲线；

图5是本发明的时域辐射波形曲线。

图中：1、辐射臂，2、馈电点，3、条状绝缘介质板，4、金属片，5、离散式加载电阻，6、硅胶管，7、玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料。

具体实施方式

结合附图详细描述本发明的具体内容。如图1-2所示，超宽带离散式加载线状天线，包括条状绝缘介质板3、对称贴附于条状绝缘介质板3上的两个辐射臂1及用于套装条状绝缘介质板3和两个辐射臂1的管状天线罩，其中两个辐射臂1完全相同构成一对称振子天线，两个辐射臂1均由贴附于条状绝缘介质板3表面的多段金属片4及设置于相邻金属片4之间用于电性连接该相邻金属片4的离散式加载电阻5构成，两个辐射臂1之间留有间隔，邻近间隔的两个金属片4侧壁上分别设有相对的馈电点2，该馈电点2作为天线输入端口与外界激励信号相连接，外界激励信号通过输入端口传输到两个辐射臂1上并由两个辐射臂1向四周辐射。

所述金属片4贴附于条状绝缘介质板3的表面，该金属片4为铜箔或柱形导线，各段金属片4的长度均为152mm，宽度均为10mm，相邻两段金属片4之间的间隔距离为3mm。

所述离散式加载电阻5焊接于相邻两段金属片4之间，用于电性连接以减小天线尾部振荡，展宽带宽，其阻值按照Wu-king方法确定，具体如下：

$R_i=\frac{60\mathrm{\ψ}}{L-\left|z_i\right|}(\mathrm{\Ω}/m)$

ψ＝Ω-3

$\mathrm{\Ω}=2ln\frac{2L}{a}$

其中R_i为第i条缝隙内离散式加载电阻5的阻值，i＝1,2,3…7，L为辐射臂1的长度，z_i为线状天线馈电点2与离散式加载电阻5所在缝隙的垂直距离，a为金属片的半径，Wu-king加载主要应用于杆状天线中，在侧面积相等的条件下将矩形金属片4等效为圆形的杆状结构。

所述两个辐射臂1之间预设的间隔距离为4mm，本领域技术人员可根据输入阻抗等天线技术指标要求对两辐射臂之间的距离进行调整。

所述条状绝缘介质板3为环氧玻璃布层压板或聚酰亚胺层压板，其介电常数为4.4，长度为2480mm，宽度为12mm，厚度为0.5-2mm。

所述管状天线罩由内层硅胶管6和外层玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料7组成，其中硅胶管6直径略大于条状绝缘介质板3的宽度，辐射臂1和条状绝缘介质板3均安装于硅胶管6内部，并在硅胶管6表面采用热缩套管进行固定和保护；玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料7位于管状天线罩的最外层，其直径略大于硅胶管6的直径，表面同样采用热缩套管进行固定和保护，如图3所示。硅胶管6具有柔软性并且能减震防水，玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料7耐磨防潮，并且可以避免外界强烈电场对电子器件的击穿和损耗。

实际制作过程中，内层硅胶管6和外层玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料7表面均采用热缩套管进行保护和固定，以确保整个天线结构的可靠性。

如图4所示，为超宽带离散式加载线状天线的输入阻抗曲线。图中，横轴表示频率(MHz)，纵轴表示阻抗值(Ω)。在频率范围内，超宽带离散式加载线状天线的输入阻抗曲线比较平坦，实部保持在200Ω左右，同时虚部值相对较小，说明天线端口反射很小。

如图5所示，为超宽带离散式加载线状天线的时域辐射波形曲线。从图中可知，超宽带离散式加载线状天线的时域辐射波形几乎没有振荡拖尾，波形保真性优异，说明离散式加载电阻发挥了良好的作用。

综上所述，本发明提供的超宽带离散式加载线状天线具有频带宽、时域辐射特性好、质量轻、结构简单和可靠性好等特点，易于操作和养护，并且防潮耐磨，能够满足探地雷达系统的实际工程需求。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (6)

1.超宽带离散式加载线状天线，其特征在于包括条状绝缘介质板、对称贴附于条状绝缘介质板上的两个辐射臂及用于套装条状绝缘介质板和两个辐射臂的管状天线罩，其中两个辐射臂完全相同构成一对称振子天线，两个辐射臂均由贴附于条状绝缘介质板表面的多段金属片及设置于相邻金属片之间用于电性连接该相邻金属片的离散式加载电阻构成，两个辐射臂之间留有间隔，邻近间隔的两个金属片侧壁上分别设有相对的馈电点，该馈电点作为天线输入端口与外界激励信号相连接，外界激励信号通过输入端口传输至两个辐射臂上并由两个辐射臂向四周辐射。

2.根据权利要求1所述的超宽带离散式加载线状天线，其特征在于：所述金属片贴附于条状绝缘介质板的表面，该金属片为铜箔或柱形导线，各段金属片的长度均为152mm，宽度均为10mm，相邻两段金属片之间的间隔距离为3mm。

3.根据权利要求1所述的超宽带离散式加载线状天线，其特征在于：所述离散式加载电阻焊接于相邻两段金属片之间，其阻值按照Wu-king方法确定，具体如下：

$R_i=\frac{60\mathrm{\ψ}}{L-\left|z_i\right|}(\mathrm{\Ω}/m)$

ψ＝Ω-3

$\mathrm{\Ω}=2ln\frac{2L}{a}$

其中R_i为第i条缝隙内离散式加载电阻的阻值，i＝1,2,3…7，L为辐射臂的长度，z_i为线状天线馈电点与离散式加载电阻所在缝隙的垂直距离，a为金属片的半径，Wu-king加载主要应用于杆状天线中，在侧面积相等的条件下将矩形金属片等效为圆形的杆状结构。

4.根据权利要求1所述的超宽带离散式加载线状天线，其特征在于：所述两个辐射臂之间预设的间隔距离为4mm。

5.根据权利要求1所述的超宽带离散式加载线状天线，其特征在于：所述条状绝缘介质板为环氧玻璃布层压板或聚酰亚胺层压板，其介电常数为4.4，长度为2480mm，宽度为12mm，厚度为0.5-2mm。

6.根据权利要求1所述的超宽带离散式加载线状天线，其特征在于：所述管状天线罩由内层硅胶管和外层玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料组成，其中条状绝缘介质板和两个辐射臂均安装于硅胶管内部并通过在硅胶管表面采用热缩套管进行固定和保护；硅胶管安装于玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的内部并通过在玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料表面采用热缩套管进行固定和保护。