CN111106424A - 可调节螺旋探地雷达天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调节螺旋探地雷达天线，包括上端板和下端板，所述上端板和下端板之间设置有伸缩杆和折叠结构，所述伸缩杆穿过折叠结构连接上端板和下端板，所述折叠结构螺旋缠绕天线。本发明可折叠结构中的圆管状折叠结构形式，可以实现不同工况下，探地雷达天线的探测频带宽度的可调节，满足更多种工况的需求。

Description

可调节螺旋探地雷达天线

技术领域

本发明涉及雷达天线，具体涉及一种可调节螺旋探地雷达天线。

背景技术

近年来，隧道取得了长足的进步和发展，然而由于隧道是修建在地下岩土介质中的半隐蔽工程，而且我国隧道是在不同时期、不同地质条件和不同技术水平下修建的，经过多年的运营，许多隧道已出现多种病害。其中，隧道衬砌背后空洞是最为常见的隧道病害之一。隧道衬砌背后空洞有可能是在施工过程中形成的，也有可能是在运营过程中形成的。衬砌背后一旦产生空洞，会使衬砌结构的受力状态发生变化，在局部地区产生应力集中等现象，另外由于空洞的存在，衬砌与围岩丧失接触，围岩内部产生应力重分布，部分围岩也可能由于受力超过自身的承载能力而发生破坏，跌落到衬砌结构上，从而导致结构的损伤或者破坏。

探地雷达使用脉冲电磁波进行浅层地质勘探，探地雷达的基本理论电磁理论的完善使得探地雷达在交通、考古、军事、岩土勘察、无损检测等众多领域得到应用，具有高分辨率、高效率、实时、无损检测的优点。由于隧道的半隐蔽特性，人工进行隧道衬砌空洞检测费时费力，而探地雷达可有效解决这一问题。探地雷达的天线是探地雷达系统研制的关键部件之一，天线的性能将直接影响整个雷达系统的探测分辨率、定位精度以及目标识别水平等各个方面。由于雷达体制和工作区域的不同，探地雷达天线除了要求具有宽带特性之外，对辐射波形保真度、辐射波尾拖尾、天线方向性和辐射有效区域、收发天线隔离度以及受工作环境影响等方面也提出了一定的要求，因此探底雷达天线的设计比一般的超宽带天线要复杂、困难的多。

螺旋天线具有良好的定向性、宽频带、高增益等特性，目前已是探地雷达天线中常用的雷达天线形式之一。单臂螺旋探地雷达天线是螺旋天线的一种最基本的形式，而影响单臂螺旋天线性能的主要影响因素有螺旋天线的圈数、节距、频率、螺旋导体的直径等，当圈数给定时，由波束宽度、增益、阻抗和轴比的性态确定其可用的频带宽度。传统的单臂螺旋探地雷达天线的圈数、节距、螺旋导体的直径参数固定，因此其可用的频带宽度相对固定。而在探地雷达实际的检测过程中，不同的隧道的地质条件、现场状况等均有所不同，针对不同的探测条件下的频带宽度要求会有差异，传统固定的单臂螺旋探地雷达天线无法满足变频带宽度的要求。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种可调节螺旋探地雷达天线，解决现有螺旋天线可用频带宽度固定，不能满足需求的问题。

技术方案：本发明所述的可调节螺旋探地雷达天线，包括上端板和下端板，所述上端板和下端板之间设置有伸缩杆和折叠结构，所述伸缩杆穿过折叠结构连接上端板和下端板，所述折叠结构螺旋缠绕天线。

所述折叠结构包括多层折叠单元，每层折叠单元由平行四边形板折叠而成，所述平行四边形板上设置有与竖边和横边平行的若干峰线折痕，所述平行四边形板上设置有与对角线平行的若干条谷线折痕，所述平行四边形板沿峰线折痕向外折叠及沿谷线折痕向内折叠。

所述折叠结构为管状折叠结构。

所述平行四边形板上通过与竖边平行的峰线折痕分成宽度相同的四列，所述天线设置在与竖边或峰线折痕重叠的位置上。

所述平行四边形板上通过与横边平行的峰线折痕分成高度相同的多行。

所述伸缩杆与上端板通过可转动连接装置连接。

所述可转动连接装置包括焊接于伸缩杆上部的圆板和焊接于上端板的圆筒，所述圆筒上端设置有开有通孔的封板，所述伸缩杆穿过封板通过圆板安装在圆筒内。

有益效果：本发明可折叠结构中的圆管状折叠结构形式，可以实现不同工况下，探地雷达天线的探测频带宽度的可调节，满足更多种工况的需求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是折叠基层材料的折痕分布以及天线材料的布置图；

图3是单层折叠单元结构示意图；

图4是多层折叠单元形成的管状折叠结构示意图；

图5是端板示意图；

图6是伸缩杆及两端板装配示意图；

图7是伸缩杆的每一小段示意图；

图8是伸缩杆上部与上端板连接装置示意图；

图9是伸缩杆上部与上端板连接装置仰视图；

图10是伸缩杆上部与上端板连接装置中的圆筒示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1所示，本发明可调节螺旋探地雷达天线，包括折叠结构3、上端板1、下端板2、上下端板之间的伸缩杆5及上端板1与伸缩杆5之间的连接装置等部件，伸缩杆穿过折叠结构连接上端板和下端板，折叠结构上螺旋缠绕天线，可通过调节伸缩杆5的长度来控制管状折叠材料3的形状，调节螺旋天线的节距，进而控制螺旋天线的频带宽度。

图2所示，折叠结构包括多层折叠单元，折叠单元的层数可根据螺旋天线缠绕圈数的实际需求来确定，每层折叠单元由平行四边形板折叠而成，将平行四边形板基层材料3分为四列，按照图2所示折痕布置来进行折叠，其中实线11为峰线，表示相邻两平行四边形板向外折叠，即相邻两平行四边形板的外法线方向夹角增大，虚线12为谷线，表示相邻两平行四边形板向内折叠，即相邻两平行四边形板的外法线方向夹角减小，折叠基层材料3的两边外侧边缘13胶接在一起，通过上述方式折叠一层折叠基层材料3时形成图4所示的单层折叠管状结构，继续按照上述方式折叠更多层折叠基层材料之后，完成整个折叠结构的折叠，形成图3所示的管状折叠结构3。

折叠结构3可进行压缩和伸展变形，天线可以设置在与竖边或与竖边平行的峰线折痕重叠的位置上，折叠结构3变形的同时带动其上的天线材料4的形状发生改变，主要是螺旋天线的节距发生改变，从而达到调节频带宽度的效果。对折叠管状结构3的压缩和伸展变形控制通过图6所示的伸缩杆5进行调节，上端板1和下端板2分别与折叠管状结构3的上下表面进行胶接，通过改变图中的伸缩杆5的长度，带动折叠管状结构3的形状的改变。

伸缩杆5是由多段杆首尾之间相互连接构成，每段杆如图7所示，每段杆上端有一个小凹槽6，下端有一个弹簧凸起7，伸缩杆5进行压缩时，弹簧凸起7被压进杆内部，上部的杆的直径均略小于下部杆的直径，上部杆可被套进下部的杆之中，而当伸缩杆5进行伸长时，弹簧凸起7弹出杆外，卡进上部杆的凹槽6之内，从而实现伸缩杆5长度的暂时固定。

如图8-9所示，伸缩杆5上部焊接圆板9，位于伸缩杆5与上端板1的连接装置之中，伸缩杆5下部与下端板2焊接，伸缩杆5与上端板1的连接装置包括圆筒8以及圆筒8下部开圆孔的封板10，封板10开圆孔的直径略大于伸缩杆5直径且小于伸缩杆5上部圆板9直径，保证上端板1可绕伸缩杆5自由转动。

采用本发明在一种频带宽度下工作完成后，直接拉伸或者压缩伸缩杆5的长度，折叠管状结构3的形状随即发生改变，其上的螺旋天线的节距发生改变，从而导致单臂螺旋探地雷达天线的频带宽度发生改变，探地雷达进入下一种工况的探测进程中。

Claims (7)

1.一种可调节螺旋探地雷达天线，其特征在于，包括上端板(1)和下端板(2)，所述上端板(1)和下端板(2)之间设置有伸缩杆(5)和折叠结构(3)，所述伸缩杆(5)穿过折叠结构(3)连接上端板(1)和下端板(2)，所述折叠结构(3)上螺旋缠绕天线(4)。

2.根据权利要求1所述的可调节螺旋探地雷达天线，其特征在于，所述折叠结构(3)包括多层折叠单元，每层折叠单元由平行四边形板折叠而成，所述平行四边形板上设置有与竖边和横边平行的若干峰线折痕(11)，所述平行四边形板上设置有与对角线平行的若干条谷线折痕(12)，所述平行四边形板沿峰线折痕(11)向外折叠及沿谷线折痕(12)向内折叠。

3.根据权利要求1所述的可调节螺旋探地雷达天线，其特征在于，所述折叠结构(3)为管状折叠结构。

4.根据权利要求2所述的可调节螺旋探地雷达天线，其特征在于，所述平行四边形板上通过与竖边平行的峰线折痕(11)分成宽度相同的四列，所述天线设置在与竖边或峰线折痕(11)重叠的位置上。

5.根据权利要求2所述的可调节螺旋探地雷达天线，其特征在于，所述平行四边形板上通过与横边平行的峰线折痕(11)分成高度相同的多行。

6.根据权利要求1所述的可调节螺旋探地雷达天线，其特征在于，所述伸缩杆(5)与上端板(1)通过可转动连接装置连接。

7.根据权利要求1所述的可调节螺旋探地雷达天线，其特征在于，所述可转动连接装置包括焊接于伸缩杆上部的圆板(9)和焊接于上端板的圆筒(8)，所述圆筒(8)上端设置有开有通孔的封板(10)，所述伸缩杆(5)穿过封板的通孔后通过圆板(9)安装在圆筒(8)内。

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