蝶形變形雷達天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種蝶形變形雷達天線，輻射臂對稱印制于絕緣介質板的正面構成平面偶極子天線，該輻射臂的上部為三角形結構，下部為矩形結構，三角形結構與矩形結構的連接處呈圓弧過渡，兩個輻射臂之間留有間隔，鄰近間隔的兩個輻射臂上分別設有輸入端口作為天線的饋電端，兩個輻射臂的矩形結構底邊兩側分別連接有加載電阻，該加載電阻的另一端與矩形屏蔽腔相連接構成加載回路，矩形屏蔽腔的四邊與絕緣介質板的邊沿通過螺母固定。本實用新型通過縮短輻射臂橫向尺寸、加載電阻以及金屬矩形屏蔽腔實現了寬頻特性和良好的時域輻射特性，并且天線體積較小，易于雷達的小型化，滿足車載超寬帶雷達系統的安裝要求。
【專利說明】
蝶形變形雷達天線
技術領域
[0001] 本實用新型屬于寬頻帶成像雷達天線技術領域，具體涉及一種蝶形變形雷達天 線。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著老城區改造、城市道路以及地下管網等基礎設施建設的不斷開展，超 寬帶雷達探測技術開始在地球物理學研究、市政工程以及道路病害檢測等行業獲得廣泛應 用。超寬帶雷達探測技術具有高分辨率、強穿透能力、低截獲率和強抗干擾性等優點，能夠 實現對城市道路地下空洞、金屬管網、排水系統等非均勻介質結構的非接觸探測，并且具有 對被探測介質無損傷等特性。這些特點使得超寬帶雷達在市政建設和城市道路安全隱患的 日常探測監察應用方面越來越普遍。
[0003] 超寬帶雷達系統一般由天線、發射機和接收機三部分構成。作為發射與接收電磁 波的關鍵部件，超寬帶天線的設計是一個十分重要的環節，天線性能的好壞直接影響雷達 成像和定位的質量。由于地表物質屬性的影響，不同介質的散射干擾、目標位置的不確定性 以及來自離地面越深的目標回波越弱等因素的存在，這就要求天線具有時域保真性、高增 益、超帶寬、定向性好等特點，同時還要求天線易制作、小尺寸以滿足實際工程應用。
[0004] 目前，超寬帶雷達中普遍使用的寬帶天線有電阻電容加載的bow-tie天線、橫向電 磁波喇叭天線以及Vivaldi天線等，加載的bow-tie天線端口匹配良好、輻射波形尾部振蕩 較小，但天線輻射效率較差，一般在30%以下，由于發射機產生的發射信號幅值有限，會影響 雷達的實際探測距離。橫向電磁波喇叭天線和Vivaldi天線方向性良好，增益較高，但近地 耦合特性較差，并且這些天線的橫向尺寸和縱向尺寸均比較大，不利于系統的小型化和車 載需要。
【發明內容】
[0005] 本實用新型解決的技術問題是提供了一種能夠滿足城市道路車載超寬帶雷達需 求的蝶形變形雷達天線。
[0006] 本實用新型為解決上述技術問題采用如下技術方案，蝶形變形雷達天線，其特征 在于包括一個矩形屏蔽腔、一個絕緣介質板、兩個輻射臂、四個加載電阻和輸入端口，其中 兩個輻射臂對稱印制于絕緣介質板的正面構成平面偶極子天線，該輻射臂的上部為三角形 結構，輻射臂的下部為矩形結構，三角形結構與矩形結構的連接處呈圓弧過渡，三角形結構 的頂部張角不小于90°，兩個輻射臂之間留有間隔，鄰近間隔的兩個輻射臂上分別設有輸入 端口作為天線的饋電端，該輸入端口與外界激勵信號源相連接，信號通過輸入端口傳輸到 兩個輻射臂上并通過輻射臂向空間輻射，兩個輻射臂的矩形結構底邊兩側分別連接有加載 電阻，該加載電阻的另一端與矩形屏蔽腔相連接構成加載回路，矩形屏蔽腔為一側開口的 長方形腔體，該矩形屏蔽腔的四邊與絕緣介質板的邊沿通過螺母固定。
[0007] 進一步優選，所述的輻射臂的材質為黃銅、金、鋁或鐵。
[0008] 進一步優選，所述的絕緣介質板的材質為環氧樹脂玻璃纖維布層壓板，其厚度為 l-2mm〇
[0009] 進一步優選，所述的矩形屏蔽腔的材質為鋁制材料，厚度為1mm，高度為天線中心 頻率對應的自由空間波長的0.315倍。
[0010] 進一步優選，所述的輻射臂的三角形結構的頂部張角介于90°-100°之間。
[0011] 本實用新型的蝶形變形雷達天線集成在車載城市道路地下病害體超寬帶探測雷 達系統中，該天線通過縮短輻射臂橫向尺寸、加載電阻以及金屬矩形屏蔽腔實現了寬頻特 性和良好的時域輻射特性，并且天線體積較小，易于雷達的小型化，滿足車載超寬帶雷達系 統的安裝要求。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的結構不意圖；
[0013]圖2是本實用新型的電壓駐波比曲線；
[0014]圖3是本實用新型2m位置處時域輻射波形曲線。
[0015] 圖中：11、第一輻射臂，12、第二輻射臂，21、第一加載電阻，22、第二加載電阻，23、 第三加載電阻，24、第四加載電阻，3、矩形屏蔽腔，4、絕緣介質板，5、輸入端口。
【具體實施方式】
[0016] 為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并 參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。
[0017] 需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附 圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本 文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接 受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。實施例中提到的方向用語，例如"上"、"下"、 "前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用 來限制本實用新型的保護范圍。
[0018] 圖1為根據本實用新型蝶形變形雷達天線的結構示意圖，如圖1所示，該蝶形變形 雷達天線包括絕緣介質板4、第一輻射臂11、第二輻射臂12、輸入端口 5、第一加載電阻21、第 二加載電阻22、第三加載電阻23、第四加載電阻24以及一個矩形屏蔽腔3,其中：
[0019] 所述第一輻射臂11和第二輻射臂12的材質為金屬，優選為黃銅、金、鋁、鐵等金屬。 所述兩個輻射臂通過電路板印制技術對稱地印制于絕緣介質板4的正面構成平面偶極子天 線。第一輻射臂11和第二輻射臂12的下部呈矩形結構，上部呈三角形結構，三角形結構與矩 形結構的連接處呈圓弧過渡以縮小天線的橫向尺寸并且避免電流不連續點產生。兩個輻射 臂的寬度可根據天線尺寸要求進行調整，以達到系統整體性能要求，輻射臂的長度1和張角 Θ滿足：
[0021]其中，A1為天線低頻截止頻率對應自由空間波長，#為輻射臂張角，Zc為天線的特 性阻抗。
[0022]所述第一輻射臂11和第二輻射臂12構成平面偶極子天線，兩個輻射臂之間留有間 隔，鄰近間隔的兩個輻射臂上分別設有輸入端口5作為天線的饋電端，兩個輻射臂之間隔開 第一預設距離2mm。本領域技術人員可根據輸入阻抗等天線技術指標要求對兩輻射臂之間 的距離進行調整。
[0023]所述的第一加載電阻21、第二加載電阻22、第三加載電阻23和第四加載電阻24的 阻值均為220Ω左右，也可根據實際需要進行阻值調整以及電阻個數調整。第一加載電阻21 和第二加載電阻22-端焊接于所述第一輻射臂11底邊的兩側，另一端與所述矩形屏蔽腔3 的側壁相連接;第三加載電阻23和第四加載電阻24與所述第二輻射臂12的底邊和所述矩形 屏蔽腔3的側壁相連接，構成加載回路，可以有效減小輻射臂上的截斷反射電流，進而抑制 脈沖拖尾。
[0024]所述絕緣介質板4的材質為環氧樹脂玻璃纖維布層壓板，其厚度約為l-2mm，長度 和寬度由天線本體尺寸確定。
[0025] 所述矩形屏蔽腔3材質為金屬，優選為鋁制材料。該屏蔽腔為一端開口的長方形腔 體，開口面用于安裝所述絕緣介質板4并與金屬屏蔽腔的底面平行，所述絕緣介質板4的邊 緣通過螺母與所述矩形屏蔽腔3的開口面進行固定。所述矩形屏蔽腔3的厚度約為1mm，其高 度H約為天線中心頻率對應的自由空間波長的0.315倍，長度和寬度技術人員可根據絕緣介 質板尺寸進行適當調整，以保證天線具有較輕的重量、良好的定向輻射能力以及較強的抗 外界各種復雜的電磁干擾能力。
[0026] 所述蝶形變形雷達天線工作時，輸入端口 5與外界激勵信號源相連接，信號通過輸 入端口傳輸到第一輻射臂11和第二輻射臂12上，并通過兩個輻射臂向空間輻射出去，實現 城市道路地下病害體探測成像的功能。
[0027] 制作所述金屬輻射臂11和金屬輻射臂12時首先選取蝶形天線臂的張角為不小于 90°的大張角，其取值介于90°-100°之間，在靠近輸入端口 5的一段距離內保持三角形結構 不變，通過切掉三角形結構兩側頂角，從而有效縮小了天線橫向尺寸。通過對出現的棱角進 行圓弧化處理，避免了電流不連續點的產生。經過處理后所述輻射臂形成了下部為矩形結 構、上部為三角形結構、三角形結構與矩形結構連接處呈圓弧過渡的蝶形變形天線。
[0028] 如圖2所示，為根據本實用新型蝶形變形雷達天線的電壓駐波比曲線圖。圖中，橫 坐標表示頻率變量，單位為MHz ;縱坐標表示幅度變量。在該實施例中，天線在10ΜΗζ-200ΜΗζ 頻帶范圍內，電壓駐波系數均小于1.8。按照一般城市道路車載超寬帶雷達天線應用駐波比 系數小于2,可知在10MHz-200MHz頻帶范圍內本實用新型天線均可以很好地滿足使用要求。
[0029] 如圖3所示，為根據本實用新型蝶形變形雷達天線2m位置處時域輻射波形曲線圖。 圖中，橫坐標表示時間變量，單位為ns;縱坐標表示電場強度，單位為V/m。從圖中可以看到， 蝶形變形雷達天線的時域輻射波形振蕩拖尾非常小，持續時間小于半個脈寬，振蕩水平低 于10%，具有良好的時域輻射特性。
[0030] 綜上所述，本實用新型提供一種蝶形變形雷達天線，具有良好的時域保真性，較小 的振蕩拖尾、簡單的饋電方式，緊湊的天線尺寸，易于雷達的小型化集成和車輛裝載，滿足 城市道路地下病害體雷達系統的探測距離和精度要求，同時也便于產業化生產。
[0031] 以上顯示和描述了本實用新型的基本原理，主要特征和優點，在不脫離本實用新 型精神和范圍的前提下，本實用新型還有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保 護的本實用新型的范圍。
【主權項】
1. 蝶形變形雷達天線，其特征在于包括一個矩形屏蔽腔、一個絕緣介質板、兩個輻射 臂、四個加載電阻和輸入端口，其中兩個輻射臂對稱印制于絕緣介質板的正面構成平面偶 極子天線，該輻射臂的上部為三角形結構，輻射臂的下部為矩形結構，三角形結構與矩形結 構的連接處呈圓弧過渡，三角形結構的頂部張角不小于90°，兩個輻射臂之間留有間隔，鄰 近間隔的兩個輻射臂上分別設有輸入端口作為天線的饋電端，該輸入端口與外界激勵信號 源相連接，信號通過輸入端口傳輸到兩個輻射臂上并通過輻射臂向空間輻射，兩個輻射臂 的矩形結構底邊兩側分別連接有加載電阻，該加載電阻的另一端與矩形屏蔽腔相連接構成 加載回路，矩形屏蔽腔為一側開口的長方形腔體，該矩形屏蔽腔的四邊與絕緣介質板的邊 沿通過螺母固定。2. 根據權利要求1所述的蝶形變形雷達天線，其特征在于：所述的輻射臂的材質為黃 銅、金、錯或鐵。3. 根據權利要求1所述的蝶形變形雷達天線，其特征在于:所述的絕緣介質板的材質為 環氧樹脂玻璃纖維布層壓板，其厚度為l_2mm。4. 根據權利要求1所述的蝶形變形雷達天線，其特征在于:所述的矩形屏蔽腔的材質為 鋁制材料，厚度為1mm，高度為天線中心頻率對應的自由空間波長的〇. 315倍。5. 根據權利要求1所述的蝶形變形雷達天線，其特征在于:所述的輻射臂的三角形結構 的頂部張角介于90° -100°之間。
【文檔編號】H01Q1/36GK205488517SQ201620098243
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月1日
【發明人】李雪萍, 李喬飛, 陳凱建, 冉振威
【申請人】河南師范大學