CN106981718A - 一种应用于nqr受激辐射检测系统的宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线。所述的宽带天线包括四块金属平板构成四边形的腔体，腔体内设有发射天线组和接收天线组；发射天线组包括形成门框型的两块L型金属板，两块L型金属板与腔体之间设有金属夹板；所述的宽带天线还包括平衡‑不平衡变换器巴伦，该巴伦输入端的两个引线端，一端连接NQR受激辐射检测系统的信号发射系统，另一端连接腔体；巴伦输出端的两个引线端分别连接两块L型金属板；接收天线组包括多个开口的接收天线，其相互独立并行，每个接收天线阻抗匹配50欧，且一端连接腔体，另一端连接NQR受激辐射检测系统的信号接收系统。本发明可同时检测并定性多种毒品和炸药，且能大致判断毒品和炸药的位置。

Description

一种应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线

技术领域

本发明涉及NQR（即核四极矩共振技术）的天线技术领域，具体涉及应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线。

背景技术

传统毒品爆炸物检测仪，如金属探测技术、X光透射式检测技术、中子探测技术、太赫兹等探测技术，都存在着各种各样难以解决的缺点和不足。金属探测通过利用交变电磁场检测金属的方法鉴别雷管等爆炸物中的金属元件达到检测目的，但随着爆炸物的多样化，含有金属元素的爆炸装置越来越少，且这种技术无法区分钥匙、拉链等金属与雷管等金属的区别。X光透射式检测技术，利用其穿透能力，穿透不同密度的物质，其投射强度不同而实现成像的检测方法。但是这种方法不能准确的识别样品，只能简单区分有机物、无机物、金属，无法区分有机的毒品、炸药等与安全有机物的差别。中子探测技术通过检测有机物中C、N、O的含量的相对比值来判断毒品、炸药，但中子探测方法辐射比较大，并且进行辐射防护非常困难，另外这种方法的γ本底噪声非常大，容易产生漏报、误报。太赫兹检测技术难度大，成像效果差。

传统核四极矩共振单样品检测，是基于核四极矩共振的爆炸物和毒品检测技术，由于技术的局限性，如专利CN201410779016.7所描述的系统，一个核四极矩共振检测系统只能发射一个频率的电磁波，只以检测单一样品。然而市场上的爆炸物和毒品越来越多样化，单一样品的核四极矩共振检测系统已满足不了市场需求。若要实现多种样品的检测，不得不定制多个核四极矩共振检测系统，并且要隔绝系统之间的干扰，造价昂贵，占地面积大，稳定性、可操作都非常差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，可检测并定性多种爆炸物和毒品。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，所述的宽带天线包括四块金属平板构成四边形的腔体，腔体内设有发射天线组和接收天线组；发射天线组包括形成门框型的两块L型金属板，两块L型金属板与腔体之间设有金属夹板，且两块L型金属板的中间连接有一个用于发射天线阻抗匹配的电阻R，R值远小于50欧；

所述的宽带天线还包括平衡-不平衡变换器巴伦，该巴伦输入端的两个引线端，一端连接NQR受激辐射检测系统的信号发射系统，另一端连接腔体；巴伦输出端的两个引线端分别连接两块L型金属板；巴伦的阻抗比为NQR受激辐射检测系统特性阻抗/发射天线阻抗；

接收天线组包括多个开口的接收天线，其相互独立并行，并沿着两块L型金属板内侧的宽度方向排布，每个接收天线阻抗匹配50欧，且一端连接腔体，另一端连接NQR受激辐射检测系统的信号接收系统。因NQR受激辐射检测系统的特性阻抗为50欧，所以要将每个接收天线阻抗匹配50欧。

进一步的，所述的用于发射天线阻抗匹配的电阻R,R值为12.5欧；巴伦的阻抗比为4：1。因NQR受激辐射检测系统的特性阻抗为50欧，在计算巴伦的阻抗比时，将用于发射天线阻抗匹配的电阻R替代发射天线阻抗，所以巴伦的阻抗比为50/12.5=4：1。

进一步的，所述的两块L型金属板的中间连接有一个用于发射天线阻抗匹配的电阻R，以及一个高精度的滑动变阻器，通过滑动变阻器调整电阻R值为12.5欧；巴伦的阻抗比为4：1。同理，因NQR受激辐射检测系统的特性阻抗为50欧，在计算巴伦的阻抗比时，将用于发射天线阻抗匹配的电阻R替代发射天线阻抗，所以巴伦的阻抗比为50/12.5=4：1。

进一步的，所述的宽带天线还包括两个铜箔带，其一端分别绞成圆股与巴伦输出端的两个引线端相连，另一端分别与两块L型金属板等宽相连。

进一步的，所述的多个接收天线，均为反向接收天线，其每个接收天线是由一个接收天线反向绕制而成，其相位相反。

进一步的，所述的巴伦主要由一根同轴线作为绕组，在双孔磁芯上绕制而成。

进一步的，所述的金属夹板厚度可调整，用来调节发射天线的分布电容。

进一步的，所述的两个L型金属板为薄板。

进一步的，所述的腔体、发射天线或金属夹板由铝、铜等常见金属，或者各种合金类金属制成。

由上述技术方案可知，本发明将发射天线设成较宽的带宽，以及与发射天线位置相对应的多个接收天线，实现多个频点的发射和接收，实现了多种毒品或炸药的多样品定性检测。同时，当发射天线激发毒品或炸药等样品，样品受激辐射出相同频率的电磁波，由各个接收天线接收，由于各个接收天线与样品的相对位置不同，接收信号的强度也不同，由此可大致判断样品的位置。

附图说明

图1是本发明的实物示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的等效原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1、2，一种应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，包括由四块金属平板制成四边形的腔体1，腔体1内设有发射天线22，其由两块薄的L型金属板2形成门框型，且两块L型金属板2之间连接有一个用于发射天线22阻抗匹配的电阻R，R在理论上值为12.5欧，但是实际情况中，电阻R值不会那么精准，所以此实施例中采用连接一个固定阻值的电阻R和一个高精度的滑动变阻器，通过调整滑动变阻器使电阻R值达到12.5欧。腔体1与发射天线22之间设有金属夹板5，金属夹板的5厚度可调整。

发射天线22的内侧设有多个开口的接收天线，如图2中标注3为每个接收天线，每个接收天线3相互独立并行，并沿着两块L型金属板2内侧的宽度方向排布，每个接收天线3可以是单股接收天线，也可以由单股接收天线绕制成方向相反的反向接天线，其相位相反。双股天线即为反向接收天线，反向接收天线能够消除其与发射天线间的耦合，且每个接收天线3阻抗匹配50欧后，一端连接腔体，因腔体连接地面，所以连接腔体可理解为接地；另一端连接NQR受激辐射检测系统的信号接收系统。因NQR受激辐射检测系统的特性阻抗为50欧，所以要将每个接收天线3阻抗匹配50欧后，再连接NQR受激辐射检测系统的信号接收系统。

该宽带天线还包括一个平衡-不平衡变换器巴伦4。巴伦4的阻抗比为NQR受激辐射检测系统特性阻抗/发射天线阻抗，因NQR受激辐射检测系统的特性阻抗为50欧，在计算巴伦4的阻抗比时，将用于发射天线22阻抗匹配的电阻R替代发射天线阻抗，所以巴伦4的阻抗比为50/12.5=4：1。

巴伦4是由一根同轴线作为绕组，沿着双孔磁芯绕制而成。该巴伦4输入端的两个引线端，一端连接腔体1，因腔体1连接地面，所以连接腔体1可理解为接地；另一端连接NQR受激辐射检测系统的信号发射系统。巴伦4输出端的两个引线端分别连接有两块铜箔带，两块铜箔带再分别与发射天线22的两块L型金属板2等宽连接。其中，两块铜箔带与巴伦4输出端的两个引线端相连的一端被绞成圆股，使通过巴伦4阻抗变换后的输出电流能够均匀的输入到发射天线22。

发射天线22有较宽的带宽，就可实现多个频点的发射，而实现多种毒品和炸药等样品的检测。因NQR受激辐射检测系统的特性阻抗为50欧，为使发射天线达到最大的功率输出状态，必须对发射天线22进行阻抗匹配，使其与NQR受激辐射检测系统的阻抗匹配。但是发射天线22的内阻越大，由NQR受激辐射检测系统的信号发射系统向发射天线22传输的能量就越多的用于发射天线22内阻发热，而发射天线22辐射出的电磁能就会减小。

由上述可知，我们应将发射天线22的阻抗匹配成一个较小值，使发射天线22的内阻变小，此例中，我们将发射天线22的匹配电阻R值选定在12.5欧，并利用有阻抗变换作用的平衡-不平衡变换器巴伦4，并选定一个阻抗比为4:1的巴伦4。

一般情况下，巴伦都是由一根同轴线绕为绕组，在双孔磁芯上绕制而成，这使得它工作频率的范围很宽，同时拥有相当宽的相对带宽。且同轴线传输线特性阻抗不受外界影响，具有阻抗低，下限频率高的特点，且双孔磁芯每绕一圈就有相对较大的电感量，用相对较短的同轴传输线就可以获得合适的巴伦。那设计巴伦的绕法，可实现成n^2:m^2（其中，n为巴伦输入端圈数，m为巴伦输出端圈数）的阻抗变换，考虑到系统的简易性，可以选择阻抗比为4:1或9:1的巴伦，对于阻抗比为9:1的巴伦，发射天线22的阻抗最多匹配到5.5欧，这与估算的发射天线22的内阻太过接近，不易实现良好的匹配，故选用阻抗比为4:1的巴伦，图2中巴伦4的阻抗比为4：1。

发射天线22由两L型薄金属板2组成门框型，其厚度由金属板的材料和发射天线的工作频带决定，比如2mm厚的薄铝板。L型金属板2相对于被测样品可以看做无限大，计算其中一块L型金属板2的磁感应强度为B=uj/2（其与被测样品到L型金属板2的距离无关），因此两块L型金属板2组成的发射天线22内部磁感应强度B=uj，因此这种结构的发射天线22其内部磁场是均匀的。

分析该NQR受激辐射检测系统的阻抗匹配，根据传输线理论，高频信号流过发射天线时，沿发射天线22各点存在串联分布电感，串联分布电阻，以及与腔体1之间的并联分布电容，并联分布电导。可以调整发射天线22和腔体1之间金属夹板5的厚度来调节其分布电容，以及调节发射天线22的匹配阻抗，使发射天线22达到最大的功率输出状态。

腔体1由金属材料制成，能起到电磁屏蔽的作用，能够屏蔽外界这四个方向对系统的电磁干扰。腔体1，两个L型金属板2，以及金属夹板5都可以由铝、铜等常见金属，或者各种合金类金属制成。

发射天线22有较宽的带宽，就可实现多个频点的发射，既而实现多样品的检测。当发射天线22激发样品，样品受激辐射出相同频率的电磁波，由接收天线接收3，由于各个接收天线3与样品的相对位置不同，接收信号的强度也不相同，由此还可大致判断样品的位置。

图3为本发明的等效原理图，Z为NQR受激辐射检测系统的特性阻抗，值为50欧，C1和C3为其中一块L型金属板2与腔体1之间的等效电容，以及R1，L1分别为此块L型金属板2的等效电阻、等效电感。同理，C2和C4为另一块L型金属板2与腔体1之间的等效电容，R2、L2分别为此块L型金属板2等效电阻、等效电感。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，本发明不限于上述实施例，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都属于本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，其特征在于：所述的宽带天线包括四块金属平板构成四边形的腔体，腔体内设有发射天线组和接收天线组；发射天线组包括形成门框型的两块L型金属板，两块L型金属板与腔体之间设有金属夹板，且两块L型金属板的中间连接有一个用于发射天线阻抗匹配的电阻R，R值远小于50欧；

所述的宽带天线还包括平衡-不平衡变换器巴伦，该巴伦输入端的两个引线端，一端连接NQR受激辐射检测系统的信号发射系统，另一端连接腔体；巴伦输出端的两个引线端分别连接两块L型金属板；巴伦的阻抗比为NQR受激辐射检测系统特性阻抗/发射天线阻抗；

接收天线组包括多个开口的接收天线，其相互独立并行，并沿着两块L型金属板内侧的宽度方向排布，每个接收天线阻抗匹配50欧，且一端连接腔体，另一端连接NQR受激辐射检测系统的信号接收系统。

2.根据权利要求1所述的应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，其特征在于：所述的用于发射天线阻抗匹配的电阻R,R值为12.5欧；巴伦的阻抗比为4：1。

3.根据权利要求1所述的应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，其特征在于：所述的两块L型金属板的中间连接有一个用于发射天线阻抗匹配的电阻R，以及一个高精度的滑动变阻器，通过滑动变阻器调整电阻R值为12.5欧；巴伦的阻抗比为4：1。

4.根据权利要求2或3所述的应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，其特征在于：所述的宽带天线还包括两个铜箔带，其一端分别绞成圆股与巴伦输出端的两个引线端相连，另一端分别与两块L型金属板等宽相连。

5.根据权利要求4所述的应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，其特征在于：所述的多个接收天线，均为反向接收天线，其每个接收天线是由一个接收天线反向绕制而成，其相位相反。

6.根据权利要求5所述的应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，其特征在于：所述的巴伦主要由一根同轴线作为绕组，在双孔磁芯上绕制而成。

7.根据权利要求6所述的应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，其特征在于：所述的金属夹板厚度可调整，用来调节发射天线的分布电容。

8.根据权利要求7所述应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，其特征在于:所述的两个L型金属板为薄板。

9.根据权利要求8所述的应用于NQR受激辐射检测系统的宽带天线，其特征在于：所述的腔体、发射天线或金属夹板由铝、铜等常见金属，或者各种合金类金属制成。