CN115764311A - 一种可屏蔽周向辐射的超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可屏蔽周向辐射的超宽带天线，属于天线技术领域。天线，其包括：天线本体和吸波组件，天线本体包括第一介质板、第二介质板和微带贴片天线组件，第一介质板和第二介质板相对弯折连接，微带贴片天线组件呈翼状贴设于第一介质板和第二介质板表面，第一介质板表面和第二介质板表面所成夹角为钝角，二者相接处开设有安装孔，天线馈电结构一端插入安装孔内，两组并排设置的天线本体两端设置有第一吸波蜂窝结构，两组天线本体之间设置有第二吸波蜂窝结构，天线底部用泡沫板支撑。本发明两介质板呈一定角度可有效抑制天线后向辐射，并且增加天线前向增益，且利用吸波材料可抑制天线后向及侧向辐射，提高天线方向性。

Description

一种可屏蔽周向辐射的超宽带天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种可屏蔽周向辐射的超宽带天线。

背景技术

探地雷达具有无损探测、高效率、高分辨率、结果直观等优点。探地雷达早期应用主要是来探测低介电损耗的物质，例如对极地冰层和对煤矿的探测，随着对探地雷达技术和设备的不断深入研究，逐渐发展到对高介电损耗物质的探测，例如对复杂岩层的探测。由于探地雷达应用领域的扩展，已经远远超出了“探地”的范畴，在地质勘探、考古、搜救以及军事排查等领域都有广泛应用。到目前为止，探地雷达已经成为解决地下探测问题的最优解决方案，获得了各领域专家的关注与研究。

天线作为探地雷达系统中收发信号的关键组成部分，对于整个系统的探测性能起到关键性作用。高频电磁波对应较高的分辨率，但探测深度浅；反之，低频电磁波虽然探测分辨率较低，但能获得较大的探测深度。因此，探地雷达天线一般工作在较低的频段，且工作频率和探测深度成反比；其次，不同于其他天线的工作环境，由于探测范围在地下，探地雷达天线还需要考虑与地面耦合等因素；探地雷达天线还要求超宽带，低振铃响应等，有些情况下还要求天线要有方向特性，其中低振铃响应是探地雷达天线特有的性能指标，能保证脉冲信号的有效辐射以及回波信号的提取分析；最后，在一些应用场景例如钻孔雷达测试中还对天线尺寸有非常严格的要求。

同时，探地雷达通常使用两个天线分别作为发射天线以及接收天线，在实际应用中还必须考虑双天线带来的问题。天线耦合过强则直达波幅度过大，会掩盖掉微弱的有用信号导致系统探测性能不足；其次，我们希望探测到天线口面正前方的目标，若天线的后向以及侧向辐射过强则会对探测造成干扰，使侧向或后向的假目标叠加在真实目标上难以分辨，因此天线系统的隔离以及屏蔽对于整个探地雷达系统的性能也具有非常重要的影响。

因此，有必要结合各种不同种天线的优势，提出一种可屏蔽周向辐射的超宽带天线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可屏蔽周向辐射的超宽带天线，用以解决现有的探地雷达天线存在的技术问题。

本发明提供一种可屏蔽周向辐射的超宽带天线，包括：天线本体和吸波组件，所述天线本体包括第一介质板、第二介质板和微带贴片天线组件，所述第一介质板和所述第二介质板相对弯折连接，所述微带贴片天线组件呈翼状贴设于所述第一介质板和所述第二介质板表面，所述第一介质板表面和所述第二介质板表面所成夹角为钝角，且二者相接处开设有安装孔，天线馈电结构的一端插入所述安装孔内。

优选地，所述微带贴片天线组件的角部预留有缝隙，缝隙处安装有加载电阻，所述加载电阻的阻值为100Ω～150Ω。

优选地，所述第一介质板表面和所述第二介质板表面所成夹角为120°～150°。

优选地，所述天线馈电结构包括第三介质板，所述第三介质板的底面印制有金属基底，所述第三介质板的顶面印制有阶梯式阻抗变换微带结构，所述阶梯式阻抗变换微带结构的短边一端插入所述安装孔内，所述阶梯式阻抗变换微带结构的长边一端外接输入信号。

优选地，所述第一介质板、所述第二介质板和所述第三介质板均采用环氧树脂材料制成。

优选地，所述第三介质板的横截面呈矩形，所述安装孔为矩形通孔。

优选地，包括两组并排设置的天线本体，所述吸波组件包括第一吸波蜂窝结构和第二吸波蜂窝结构，所述第一吸波蜂窝结构设置于所述天线本体的两端，所述第二吸波蜂窝结构设置于两组所述天线本体之间。

优选地，所述天线本体的底部设有用于对其支撑的泡沫板，所述泡沫板的底部设有金属反射板。

优选地，所述泡沫板和所述金属反射板上开设有用于插入所述天线馈电结构的通孔。

优选地，所述泡沫板为EPE泡沫板，所述通孔为矩形孔。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

1.通过将天线本体的两个介质板呈一定角度放置，可以有效抑制天线后向辐射，并且增加天线的前向增益；

2.将两组天线本体并排布置，并在天线本体之间和两端设置吸波组件，可以有效吸收天线直接耦合信号，减小天线耦合从而减小直达波幅度，以及抑制天线的侧向辐射，起到侧向屏蔽作用，减小侧向目标的干扰；

3.天线馈电结构可直接插入天线上的安装孔内，起到馈电作用，方便拆装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中天线本体的平面结构示意图；

图2为本发明实施例中天线馈电结构的平面结构示意图；

图3为本发明实施例中天线本体的立体结构示意图；

图4为本发明实施例天线整体结构的立体示意图；

图5为本发明实施例天线整体结构的俯视示意图；

图6为本发明实施例天线整体结构的仰视示意图；

图7为本发明实施例的回波损耗仿真结果图；

图8为本发明实施例天线在600MHz，

时的辐射方向图；

图9为本发明实施例天线在600MHz，

时的辐射方向图。

附图标记说明：

1：天线本体；11：缝隙；12：微带贴片天线组件；13：第一介质板；14：第二介质板，15：安装孔；16：加载电阻；2：天线馈电结构；21：第三介质板；22：阶梯式阻抗变换微带结构；23：金属基底；3：第一吸波蜂窝结构；4：泡沫板；5：第二吸波蜂窝结构；6：金属反射板；7：通孔。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种可屏蔽周向辐射的超宽带天线，如图1-6所示，其包括：天线本体1以及设于天线本体1外侧的吸波组件，天线本体1包括第一介质板13、第二介质板14和微带贴片天线组件12，其中，第一介质板13和第二介质板14均为薄板件，二者呈相对弯折连接，微带贴片天线组件12呈翼状贴设于第一介质板13和第二介质板14表面，且第一介质板13表面和第二介质板14表面所在平面所成夹角为钝角，第一介质板13和第二介质板14相接处设有安装孔15，天线馈电结构2的一端插入安装孔15内，天线馈电结构2的另一端外接输入信号，用于为天线本体1提供馈电。

在本实施例中，第一介质板13表面和第二介质板14表面所成夹角为120°～150°，将天线本体1的两个介质板呈一定角度放置可以有效抑制天线的后向辐射，并且增加天线的前向增益。

微带贴片天线组件12的四角处分别预留有用于进行电阻加载的缝隙11，缝隙11的宽度为2mm，各缝隙11处分别安装有加载电阻16，各加载电阻16的阻值相同，均为100Ω～150Ω。通过在的微带贴片天线组件12四角对称处设置缝隙11用于加载电阻，能够有效吸收天线末端的电流反射，从而能够极大地拓展天线的工作带宽，能够进一步提高雷达系统的探测精度。

在本实施例中，第一介质板13及第二介质板14均选用尺寸为180mm×135mm，厚度1.6mm，介电常数4.4的环氧树脂材料(FR-4)薄板，安装孔15为截面尺寸5mm×1.6mm的矩形通孔。

天线馈电结构2包括第三介质板21，第三介质板21的底面印制有金属基底23，第三介质板21的顶面印制有阶梯式阻抗变换微带结构22，阶梯式阻抗变换微带结构22的短边一端插入安装孔15内，阶梯式阻抗变换微带结构22的长边一端外接输入信号。

在本实施例中，第三介质板21尺寸为38.14mm×5mm，采用厚度1.6mm，介电常数4.4的环氧树脂材料(FR-4)，直接插入安装孔15内为天线馈电。阶梯式阻抗变换微带结构22由三段逐渐变窄的长方形阶梯分布的微带结构构成，三个长方形阶梯分布的微带结构尺寸分别为2.49mm×26.85mm、1.59mm×26.75mm、0.93mm×27.94mm，依次水平排列，较宽一边阻抗为50Ω，外接输入信号，短边为100Ω，通过安装孔15连接天线能够实现阻抗变换功能，从而实现标准同轴50Ω的输入阻抗到天线100Ω的输入阻抗之间的阻抗变换，保证信号有效传输。

如图4-6所示，本发明可屏蔽周向辐射的超宽带天线包括两组并排设置的天线本体1，两组天线本体1长边相邻左右放置，间距为15mm，吸波组件包括设置于天线本体1两端处的第一吸波蜂窝结构3以及设于两组天线本体1之间的第二吸波蜂窝结构5。第一吸波蜂窝结构3和第二吸波蜂窝结构5均由蜂窝状的吸波材料制成，二者厚度均为15mm，具有优异的吸收电磁波的性能，通过在两天线本体1之间放置第二吸波蜂窝结构5，能够有效吸收天线直接耦合的信号，减小天线耦合，从而减小直达波幅度，并排的天线本体1两端(即侧后方)的第一吸波蜂窝结构3可以抑制天线的侧向辐射，起到侧向屏蔽作用，减小侧向目标的干扰。

天线本体1的底部设有用于对其支撑的泡沫板4，泡沫板4为EPE泡沫板4，泡沫板4的底部设有金属反射板6。泡沫板4和金属反射板6上对应开设有用于插入天线馈电结构2的通孔7，通孔7为矩形孔。金属反射板6位置设置于天线底部距离其约四分之一波长处，能够反射后向辐射信号，使信号反射后同向叠加，进而提高天线前向增益和方向性，同时抑制后向辐射，减小后向目标的干扰。

如附图7所示，本实施例中天线的回波损耗仿真结果图，可以看出，在370MHz-2500MHz频带内，回波的损耗小于-10dB，满足天线回波损耗的指标要求，实现了超宽带；附图8为本实施例中天线在600MHz，

时的辐射方向图，附图9为本实施例天线在600MHz，

时的辐射方向图；从附图8-9中可以看出，本实施例天线后向辐射得到有效抑制，且具有较好的前向辐射特性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可屏蔽周向辐射的超宽带天线，其特征在于，包括：天线本体和吸波组件，所述天线本体包括第一介质板、第二介质板和微带贴片天线组件，所述第一介质板和所述第二介质板相对弯折连接，所述微带贴片天线组件呈翼状贴设于所述第一介质板和所述第二介质板表面，所述第一介质板表面和所述第二介质板表面所成夹角为钝角，且二者相接处开设有安装孔，天线馈电结构的一端插入所述安装孔内。

2.根据权利要求1所述的可屏蔽周向辐射的超宽带天线，其特征在于，所述微带贴片天线组件的角部预留有缝隙，缝隙处安装有加载电阻，所述加载电阻的阻值为100Ω～150Ω。

3.根据权利要求1所述的可屏蔽周向辐射的超宽带天线，其特征在于，所述第一介质板表面和所述第二介质板表面所成夹角为120°～150°。

4.根据权利要求1所述的可屏蔽周向辐射的超宽带天线，其特征在于，所述天线馈电结构包括第三介质板，所述第三介质板的底面印制有金属基底，所述第三介质板的顶面印制有阶梯式阻抗变换微带结构，所述阶梯式阻抗变换微带结构的短边一端插入所述安装孔内，所述阶梯式阻抗变换微带结构的长边一端外接输入信号。

5.根据权利要求4所述的可屏蔽周向辐射的超宽带天线，其特征在于，所述第一介质板、所述第二介质板和所述第三介质板均采用环氧树脂材料制成。

6.根据权利要求4所述的可屏蔽周向辐射的超宽带天线，其特征在于，所述第三介质板的横截面呈矩形，所述安装孔为矩形通孔。

7.根据权利要求1所述的可屏蔽周向辐射的超宽带天线，其特征在于，包括两组并排设置的天线本体，所述吸波组件包括第一吸波蜂窝结构和第二吸波蜂窝结构，所述第一吸波蜂窝结构设置于所述天线本体的两端，所述第二吸波蜂窝结构设置于两组所述天线本体之间。

8.根据权利要求7所述的可屏蔽周向辐射的超宽带天线，其特征在于，所述天线本体的底部设有用于对其支撑的泡沫板，所述泡沫板的底部设有金属反射板。

9.根据权利要求8所述的可屏蔽周向辐射的超宽带天线，其特征在于，所述泡沫板和所述金属反射板上开设有用于插入所述天线馈电结构的通孔。

10.根据权利要求9所述的可屏蔽周向辐射的超宽带天线，其特征在于，所述泡沫板为EPE泡沫板，所述通孔为矩形孔。

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