專利名稱：一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及探地雷達天線的設計領域，特別涉及一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線。
背景技術：
隨著國內外高速鐵路建設的飛速發(fā)展，以及鐵路舊有線路的不斷提速，對鐵路路基安全隱患的及時探查，已成為了鐵道部門關注的重點。因此，近年來，鐵路無損探查技術 發(fā)展迅速，特別是探地雷達方面。國外鐵路探地雷達測試主要用于道碴厚度(土與道碴界面)和道碴污染程度的測試。天線頻率高，探測深度較淺；并且在現有的探地雷達系統(tǒng)中，天線為單頻天線，探測不同 的目標需要更換相應的天線，天線系統(tǒng)相對過于龐大。國內鐵路探地雷達正處于起步階段，針對高速鐵路對3米左右深度鐵路路基的應力性影響，需要研究出具有更好的探測深度和精度的鐵路探地雷達天線。發(fā)明人認為國內 優(yōu)異的鐵路探地雷達天線應具有如下特性1、超寬帶特性優(yōu)。探地雷達的天線只有具有超寬帶的特性，才能很好輻射信號，提 高脈沖信號的保真度。2、空氣耦合性好。由于鐵路鋼軌和道枕的影響，鐵路探地雷達系統(tǒng)天線不能與地 面接觸，必須屬于空氣耦合型天線，以適應于移動式探地雷達。3、工作頻率能兼顧低頻和高頻段。天線工作頻率越低，天線探測越深，但精度差； 天線工作頻率越高，探測越淺，但精度高，為了兼顧深度和精度，天線應具有高低頻段同時 工作的能力。4、小型化，輕型化。受機車空間等因素影響，對天線系統(tǒng)的體積和重量有一定的限 制，要求天線結構簡單，緊湊。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線，該天線具有雙頻帶 工作能力，能夠兼顧探測的深度和精度，減少雷達系統(tǒng)天線數量及采樣盒等相關設備，節(jié)省 成本；同時具有體積小，重量輕，結構簡單的特點。為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現。一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線，其特征在于，包括上下對稱設置的平板、 加載直板和指數漸變的主輻射面，所述平板、主輻射面和加載直板依次連接，指數漸變的兩 個主輻射面的兩側邊先通過對稱斜線切割、再通過對稱直線切割形成前端小、后端大的張 開狀。本發(fā)明的進一步特點在于所述雙頻帶分別為300M和IGHz ；所述主輻射面的指數漸變曲線為士 Z = 3. 2*exp(0. 03*Χ)-2· 2，0< X < 113. 8mm，其斜線切割參數為 X < 93. 8mm，β =18° ；其直線切割參數為93. 8 ≤ X≤113. 8mm, 士Y = 38mm ；其中原點為位于主輻射區(qū)的前端面的中心點，X軸水平指向主輻射區(qū)的后端面的中心點，Z軸同時垂直X軸和平板，Y軸同時垂 直Z軸和X軸；加載直板的高度為55mm。本發(fā)明通過未端加載直板和指數漸變的主輻射面的兩側邊先通過斜線切割、再通 過直線切割形成前端小、后端大的張開狀，實現天線工作在兩個高低不同的超寬帶頻帶上。 未端加載直板主要是提供一個低頻帶寬；主輻射面切割與未端加載一起，使天線工作于高 低雙頻帶上。天線主輻射面采用指數漸變結構，主要是為了在較小的天線長度下，實現阻抗 的較好匹配和提高低頻輻射能力。同時，本發(fā)明提供了一種具體的空氣耦合雙頻帶(300M和IGHz)脈沖探地雷達天 線，其參數明顯表征結構簡單、體積小，為一種實用性強的空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天 線，可高低雙頻帶復用，能夠很好地節(jié)省雷達系統(tǒng)的成本和空間，在車載探地雷達方面有很 好的應用前景。


下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。圖1為本發(fā)明的空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線的三維立體視圖；圖2為圖1的主視圖；圖3為圖1的俯視圖；圖4，為本實施例的天線的Sll實測曲線圖；圖5為IG源饋電時的時域信號波形圖；圖6為300M源饋電時本實施例的天線的時域信號波形圖。具休實施方式參見圖1 圖2，本實例為一種空氣耦合雙頻帶(300M和IGHz)脈沖探地雷達天 線，它的組成包括三部分上下對稱并平行設置的兩個平板a、上下對稱設置的兩個加載直 板c和兩個指數漸變的主輻射面b，平板、主輻射面和加載直板依次連接，指數漸變的兩個 主輻射面的兩側邊先通過斜線切割、再通過直線切割形成前端小、后端大的張開狀，具體如 圖3所示，端口寬邊長為d，從端口后端開始，沿端口寬邊兩端采用角度β進行對稱斜線切 害!]，總長(沿χ軸方向)為e ;f段主輻射面采用對稱直線切割，其寬度保持恒定不變；f段主 輻射面未端連接加載直板，加載直板的寬度(Y軸方向)與f段主輻射面的寬度保持相同。本實例天線的具體尺寸如下(1)主輻射面的指數漸變曲線為士<formula>formula see original document page 4</formula>， 其斜線切割參數為0彡X彡93. 8mm，β = 18°，其直線切割參數為93. 8彡X彡113. 8mm, 士Y = 38mm，其中原點為位于主輻射區(qū)的前端面的中心點，X軸水平指向主輻射區(qū)的后端面 (即天線的輻射口面)的中心點，Z軸同時垂直X軸和平板，Y軸同時垂直Z軸和X軸；加載 直板的高度為55mm。(2)天線的平行平板端口的阻抗計算近似公式為<formula>formula see original document page 4</formula>其中，D為平板間的距離，W為平板的寬度，、為傳輸介質的相對介電常數，Z。為端口的特性阻抗。本天線的Z。設計為50歐。天線端口尺寸為15(y方向)*2(z方向)*10(x 方向)mm(3)天線的最大寬度76mm(Y方向)，高300mm(Z方向)。總體而言，天線三維尺寸為125 女 76 女 300。參照圖4，本實施例的天線的Sll實測曲線圖，本實施例的天線有兩個工作頻帶， 分別是工作在中心為360MHz，帶寬約為IlOMHz的低頻帶和工作在中心為1020MHz，帶寬約 為260MHz的高頻帶。兩個工作頻帶均達到了超寬帶天線的要求(天線的相對帶寬大于 20% )。參照圖5，用3G的示波器測量IG源饋電時天線的時域信號，信號的保真度高，拖尾 ??；參照圖6，用300M的示波器測量300M源饋電時天線的時域信號，信號的保真度相對較 好，拖尾小。本發(fā)明設計的天線采用TEM喇叭變形結構，通過末端設置加載直板和主輻射板的 一定的切割，實現了高低雙頻帶輻射，具有較好的輻射效率和超寬帶特性。本發(fā)明設計的空 氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線不僅很好的實現了單個天線雙頻帶工作，工作于300M和 IGHz頻帶，兼顧探地雷達對探測深度和精度的要求，減少雷達系統(tǒng)的天線數量及相關設備， 節(jié)省成本，而且結構簡單，體積小，易于制作，能很好的滿足車載設備對天線的空間和重量 的要求。
權利要求
一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線，其特征在于，包括上下對稱設置的平板、加載直板和指數漸變的主輻射面，所述平板、主輻射面和加載直板依次連接，指數漸變的兩個主輻射面的兩側邊先通過對稱斜線切割、再通過對稱直線切割形成前端小、后端大的張開狀。
2.根據權利要求1所述的一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線，其特征 在于，所述雙頻帶分別為300M和IGHz ；所述主輻射面的指數漸變曲線為士 Z = 3. 2*exp(0. 03*Χ)-2· 2，0< X < 113. 8mm，其斜線切割參數為 X < 93. 8mm，β =18°， 其直線切割參數為93. 8 < X彡113. 8mm, 士Y = 38mm，其中原點為位于主輻射區(qū)的前端面 的中心點，X軸水平指向主輻射區(qū)的后端面的中心點，Z軸同時垂直X軸和平板，Y軸同時垂 直Z軸和X軸；加載直板的高度為55mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及探地雷達天線的設計領域，公開了一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線，它包括上下對稱設置的平板、加載直板和指數漸變的主輻射面，所述平板、主輻射面和加載直板依次連接，指數漸變的兩個主輻射面的兩側邊先通過對稱斜線切割、再通過對稱直線切割形成前端小、后端大的張開狀。
文檔編號H01Q5/00GK101807743SQ20101014045
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權日2010年4月7日
發(fā)明者盧偉, 張安學, 王苑瑾, 田勝昔, 盛甫, 蔣延生 申請人:西安交通大學