CN212136662U - 一种超宽带雷达天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超宽带雷达天线，包括金属反射背腔、天线基板、天线馈电点及平板天线，所述金属反射背腔内设有收发天线隔离板，所述金属反射背腔的内部具有吸波层和非吸波层作为填充介质，所述非吸波层紧贴平板天线的下表面或者所述非吸波层紧贴平板天线朝向金属反射背腔的一面。本实用新型具有结构简单、易实现、能够提升天线的辐射效率与能力、优化雷达探测性能等优点。

Description

一种超宽带雷达天线

技术领域

本实用新型主要涉及到超宽带雷达技术领域，特指一种超宽带雷达天线。

背景技术

在丛林穿透、隐蔽目标及杂波、视线遮挡环境等场景下，超宽带雷达系统在高分辨测绘、雷达成像、掩埋或隐蔽目标探测等方面，具有较好的探测感知能力，相较于其他类型、体制的探测设备具有较好的优势，在障碍物遮挡场景下的生命探测与搜索、穿墙侦查、地质结构反演等方面，应用广泛。

超宽带雷达天线是超宽带雷达系统关键组成部分之一，承担着辐射电磁信号及接收目标区域反射回波的功能，超宽带雷达天线的性能直接影响到雷达系统各项性能指标的发挥。在具有介质穿透能力的超宽带雷达系统中，工作频段一般较低，天线单元尺寸较大，为增强其定向辐射与接收能力，一般设计有金属反射背腔，金属反射背腔的深度与天线工作频段的波长相关，其深度一般按照中心工作频率对应波长的四分之一设计。为减小腔体深度，反射腔体内部一般有微波吸波材料。微波吸收材料，也称吸波材料，是一种能吸收微波、电磁能而反射与散射较小的材料，又称雷达吸收材料或雷达隐身材料。吸收微波的基本原理是通过某种物理作用机制将微波能转化为其他形式运动的能量，并通过该运动的耗散作用而转化为热能。微波激发的一切形式的有耗运动皆可成为吸收机制。常见的机制有电感应、磁感应、电磁感应，以及电磁散射等。实际应用的微波吸收材料常常可能有多种机制起作用。吸波材料的存在既可以减小雷达尺寸、还可以起到匹配的作用。

通常情况下，吸波材料会填充整个反射腔体(除雷达发射机、接收机等射频组件外)，对于脉冲体制的雷达设备，吸波材料的存在会吸收电磁波能量，导致雷达的辐射能力变弱，同时接收信号也会变弱，从而使得接收的回波信号变弱，影响雷达性能的正常发挥。即，当吸波材料填充整个金属反射背腔，在吸收天线反向辐射信号的同时，也会吸收正向辐射的电磁信号和能量，造成辐射、接收的电磁信号和能量减弱；如果金属反射背腔内部不填充吸波材料，则反向辐射的电磁波将会在金属反射背腔内多次反射，导致发射和接收的脉冲波形振铃增大、脉冲拖尾增强、波形失真，影响雷达的性能。

而反射背腔加载吸波材料的目的，是减小天线向反射腔这边的辐射、形成定向单边辐射的效果，增强天线的定向辐射性能。吸波材料吸收电磁能量，反射腔深度为雷达工作中心频率对应波长的四分之一，电磁波到达金属反射腔底部时会被反射而改变传播方向，此时相位翻转180°，四分之一波长路径对应的相位变化为90°，两个四分之一的路径变化两次相位合计180°，这样两个180°合计360°相位变化，到达天线表面的电磁波相位与其正向辐射的相位达到一致，从而形成定向辐射的效果。

当吸波材料与天线尤其是平板天线下表面(朝向金属反射背腔的平板天线面)直接接触时，不但吸收反向辐射能量，还会吸收正向辐射的电磁波能量，并且当吸波材料与天线馈电点附近区域接触时，由于馈电点附近区域的感应电流强度大，所以被吸波材料吸收的也越强，会大大减弱感应电流的强度，感应电流的强弱与天线辐射强弱直接相关，天线辐射强弱会直接影响到雷达的性能，因而金属反射背腔填充吸波材料的方式会降低、减弱雷达性能。

综上所述，现有技术的雷达天线存在以下缺点：

1)当前的带有金属反射背腔的超宽带雷达天线，反射背腔内一般全部填充微波吸收材料(简称吸波材料)或填充高介电常数的材料，其作用包括天线馈电阻抗匹配、减小腔体深度、减小辐射拖尾抑制脉冲振铃、波形保真等。

2)反射背腔全部填充吸波材料时，由于天线馈电点处也被吸波材料填充，对馈电点处的电磁波及其感应电流的吸收较大，导致其辐射能量偏低，使得雷达的发射能量减弱、接收信号的能力也减弱。

3)反射背腔全部填充高介电常数介质材料的情况，相同长度/深度尺寸的情况下，高介电常数材料的等效波长长，从而可以减小反射背腔的深度尺寸，但一般重量偏大，且馈电匹配难、脉冲拖尾幅度大，实际辐射、接收电磁波的效果差，会影响雷达性能。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现存的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、易实现、能够提升天线的辐射效率与能力、优化雷达探测性能的超宽带雷达天线。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种超宽带雷达天线，包括金属反射背腔、天线基板、天线馈电点及平板天线，所述金属反射背腔内设有收发天线隔离板，所述金属反射背腔的内部具有吸波层和非吸波层作为填充介质，所述非吸波层紧贴平板天线的下表面或者所述非吸波层紧贴平板天线朝向金属反射背腔的一面。

作为本实用新型的进一步改进：所述非吸波层的下方为吸波层。

作为本实用新型的进一步改进：所述天线馈电点及周围的区域下方全为非吸波层，除所述天线馈电点及周围区域外的部分，用吸波层填充。

作为本实用新型的进一步改进：在所述金属反射背腔内增加两种或一种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层。

作为本实用新型的进一步改进：当采用两种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层时，两种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层的电磁参数一致或不一致。

作为本实用新型的进一步改进：所述金属反射背腔为金属腔，或表面涂敷金属粉末层，或贴有金属箔。

作为本实用新型的进一步改进：所述非吸波层采用泡沫或珍珠棉。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的超宽带雷达天线，针对反射腔体内吸波材料影响雷达性能发挥的问题，采用反射腔内吸波层与非吸波层混合的布局方式，可以在不增大反射腔尺寸的前提下，提升天线的辐射效率与能力，优化雷达的探测性能。

2、本实用新型的超宽带雷达天线，在紧贴天线下表面(朝向金属反射背腔的表面)、馈电点附近区域内填充非吸波层，大大减弱吸波材料对电磁能量的吸收，使得天线辐射效率增高，同时，在紧贴天线下表面、天线末端区域内填充吸波层，保持对天线末端的匹配(脉冲振铃抑制、拖尾减弱)，不影响雷达辐射和接收微弱信号的能力。本实用新型对天线高效率辐射、良好匹配具有很好的实用价值。

附图说明

图1是本实用新型的超宽带雷达天线的结构原理示意图。

图2是本实用新型在具体应用实例1中的结构原理示意图。

图3是本实用新型在具体应用实例1中的立体组装结构原理示意图。

图4是本实用新型在具体应用实例2中的结构原理示意图。

图5是本实用新型在具体应用实例2中的立体组装结构原理示意图。

图6是本实用新型在具体应用实例3中的结构原理示意图。

图7是本实用新型在具体应用实例3中的立体组装结构原理示意图。

图8是本实用新型在具体应用实例4中的结构原理示意图。

图9是本实用新型在具体应用实例4中的立体组装结构原理示意图。

图10是本实用新型在具体应用实例5中的结构原理示意图。

图11是本实用新型在具体应用实例5中的立体组装结构原理示意图。

图12是本实用新型在具体应用实例中对脉冲波形振铃的抑制的示意图。

图例说明：

1、金属反射背腔；2、收发天线隔离板；3、天线基板；4、天线馈电点；5、平板天线；6、吸波层；7、非吸波层；8、高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1-图3所示，本实用新型的一种超宽带雷达天线，为一种带有金属反射背腔1的超宽带雷达收发天线，其基本结构与传统的超宽带雷达天线相同，即包括金属反射背腔1、收发天线隔离板2、天线基板3、天线馈电点4、平板天线5(天线金属辐射片)及吸波层6，在此就不再赘述。本实用新型的创新之处就在于，在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波层6与非吸波层7。即可以采用以下两种布局方式，但不仅限于以下两种布局方式：

(a)非吸波层7紧贴平板天线5的下表面(朝向金属反射背腔1的面)，非吸波层7的下方(朝向金属反射背腔1的方向)为吸波层6。

(b)非吸波层7紧贴平板天线5的下表面，天线馈电点4及周围的区域下方全为非吸波层7，除天线馈电点4及周围区域外的部分，用吸波层6或其他电磁波吸收层填充。

在上述结构的基础上，作为优化方案本实用新型还可以进一步在金属反射背腔1增加两种或一种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8，当采用两种时，两种介质材料的电磁参数可以一致或不一致。

在具体应用实例中，金属反射背腔1一般为金属腔，或表面涂敷金属粉末层，或贴有金属箔。

在具体应用实例中，收发天线隔离板2一般为金属板，或表面涂敷金属粉末层，或贴有金属箔。

在具体应用实例中，非吸波层7可以根据实际需要采用泡沫或珍珠棉，或其他等效介电常数与空气近似，其值介于1-1.5的介质材料。

本实用新型用几个实例作为具体应用进行说明，但是本实用新型的保护范围并不局限于以下几个实例。本实用新型的实施例，其核心在于：在天线馈电点附近区域、紧贴天线下表面填充非吸波层7(其等效介电常数接近于1)，天线基板3的下表面、金属反射背腔1内的其他空间区域填充吸波层6和/或高介电常数的其他介质材料层；天线基板3的下表面、金属反射背腔1内的其他空间区域填充材料的变化原则是天线馈电点4的阻抗匹配良好、指定方向的辐射能量高、辐射效率高。

实施例1：如图2和图3所示，本实用新型的超宽带雷达收发天线，带有金属反射背腔1，在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波层6和非吸波层7。其中，非吸波层7紧贴收发平板天线5的下表面，天线馈电点4及周围的区域下方全为非吸波层7；非吸波层7的下方及其他区域填充吸波层6。本实施例的主要作用在于：分布在天线馈电点周围的非吸波层7，减弱微波吸波层6对天线辐射的电磁能量的吸收能力，提升其对外辐射电磁信号的能力和接收电磁信号转化为电信号的强度，同时天线末端下方的微波吸波层6具有抑制脉冲波形拖尾与振铃、使得脉冲波形保真的能力。

实施例2：如图4和图5所示，本实用新型的超宽带雷达收发天线，带有金属反射背腔1，在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波层6和非吸波层7；非吸波层7紧贴收发平板天线5的下表面(朝向金属反射背腔方向的面)，紧贴收发平板天线5的下方区域全为非吸波层7；非吸波层7的下方填充吸波层6。本实施例的主要作用在于：分布在天线下方的非吸波层7，减弱微波吸波层6对天线辐射的电磁能量的吸收能力，提升其对外辐射电磁信号的能力和接收电磁信号转化为电信号的强度；由于线末端下方也为非吸波层7，使得其抑制脉冲波形拖尾与振铃、脉冲波形保真的能力弱于实施例1。

实施例3：如图6和图7所示，本实用新型的超宽带雷达收发天线，带有金属反射背腔1，在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波层6、非吸波层7、高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8；非吸波层7紧贴收发平板天线5的下表面，紧贴收发平板天线5下方馈电点附近区域全为非吸波层7，在天线的两端紧贴天线下方区域填充高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8；金属反射背腔1的其余空间填充吸波层6。

本实施例的主要作用在于：分布在天线下方的非吸波层7，减弱微波吸波层6对天线辐射的电磁能量的吸收能力，提升其对外辐射电磁信号的能力和接收电磁信号转化为电信号的强度；由于线末端下方为高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8，使得其抑制脉冲波形拖尾与振铃、脉冲波形保真的能力弱于实施例1，但强于实施例2。

实施例4：如图8和图9所示，本实用新型的超宽带雷达收发天线，带有金属反射背腔1，在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波层6、非吸波层7、两种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8；非吸波层7紧贴收发平板天线5的下表面，紧贴收发平板天线5下方的馈电点附近区域全为非吸波层7，在天线的两端紧贴收发平板天线5的下方区域填充高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8；金属反射背腔1的底层空间填充吸波层6；在金属反射背腔1的其他区域填充同类或不同类的高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8。

本实施例与实施例3的区别在于：将实施例3的微波吸波层6的一部分厚度更换为高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8，使得收发平板天线5对外辐射电磁信号的能力和接收电磁信号转化为电信号强度的能力，比实施例3要强；但其抑制脉冲波形拖尾与振铃、脉冲波形保真的能力比实施例3弱。

实施例5：如图10和图11所示，本实用新型的超宽带雷达收发天线，带有金属反射背腔1，在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波层6、非吸波层7、两种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8；非吸波层7紧贴收发平板天线5的下表面，紧贴收发平板天线5的下方馈电点附近区域全为非吸波层7，在天线的两端紧贴收发平板天线5的下方区域填充高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8；金属反射背腔1的底层空间填充同类或不同类的高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8；金属反射背腔1的其余空间填充吸波层6。

本实施例与实施例4的区别在于：将实施例4的微波吸波层6与高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层8的摆放顺序调换，使得微波吸波层6与收发平板天线5的距离更近，从而使得其对外辐射电磁信号的能力和接收电磁信号转化为电信号强度的能力比实施例4要弱；但其抑制脉冲波形拖尾与振铃、脉冲波形保真的能力比实施例4强。

由以上多个实施例可以知道，本实用新型致力于解决天线辐射性能与定向辐射及天线末端匹配之间的矛盾；天线高辐射性能要求天线表面的感应电流全部转化为向空间辐射的电磁波；对于超宽带天线而言，定向辐射希望把非定向辐射的电磁能量全部转化为指定方向的辐射，或被吸收掉以防止干扰指定方向的辐射与接收效果；当前的带有金属反射背腔1的超宽带雷达天线，金属反射背腔1的内部全部填充吸波层6，在使得天线末端达到一定匹配的情况下(脉冲振铃抑制、拖尾减弱)，对天线表面的电磁能量也有很大的吸收效果，导致天线辐射效率与能力减弱。而本实用新型在紧贴天线下表面(朝向金属反射背腔的面)、馈电点附近区域内填充非吸波层7(如泡沫或珍珠棉)的材料，大大减弱吸波材料对电磁能量的吸收，使得天线辐射效率提高，同时，在紧贴天线下表面、天线末端区域内填充吸波层6，保持对天线末端的匹配(脉冲振铃抑制、拖尾减弱)，不影响雷达辐射和接收微弱信号的能力。本实用新型的天线各部件构成具备保障天线性能最优发挥的能力，所提供的5种实施例对天线高效率辐射、良好匹配具有很好的实用价值。

试验结果表明，采用本实用新型所提供的实施例1，与金属反射背腔内部完全填充吸波材料的方案相比，天线的辐射效率提升不低于20％，对脉冲波形振铃的抑制提升50％以上，波形保真能力提升50％以上。如图12所示，脉冲拖尾、振铃得到较好的抑制，波形保真度高。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种超宽带雷达天线，包括金属反射背腔(1)、天线基板(3)、天线馈电点(4)及平板天线(5)，所述金属反射背腔(1)内设有收发天线隔离板(2)，其特征在于，所述金属反射背腔(1)的内部具有吸波层(6)和非吸波层(7)作为填充介质，所述非吸波层(7)紧贴平板天线(5)的下表面或者所述非吸波层(7)紧贴平板天线(5)朝向金属反射背腔(1)的一面。

2.根据权利要求1所述的超宽带雷达天线，其特征在于，所述非吸波层(7)的下方为吸波层(6)。

3.根据权利要求1所述的超宽带雷达天线，其特征在于，所述天线馈电点(4)及周围的区域下方全为非吸波层(7)，除所述天线馈电点(4)及周围区域外的部分，用吸波层(6)填充。

4.根据权利要求3所述的超宽带雷达天线，其特征在于，在所述金属反射背腔(1)内增加两种或一种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层(8)。

5.根据权利要求4所述的超宽带雷达天线，其特征在于，当采用两种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层(8)时，两种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料层(8)的电磁参数一致或不一致。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的超宽带雷达天线，其特征在于，所述金属反射背腔(1)为金属腔，或表面涂敷金属粉末层，或贴有金属箔。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的超宽带雷达天线，其特征在于，所述非吸波层(7)采用泡沫或珍珠棉。

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