本發(fā)明屬于超寬帶成像雷達(dá)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電阻加載超寬帶平面半橢圓天線。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外各種重大自然災(zāi)害和人為事故時(shí)有發(fā)生，造成了大量人員傷亡。尤其是在高樓密布、管道及線路交錯(cuò)縱橫的人口密集城市，如何在災(zāi)后有效開(kāi)展生命救助探測(cè)與定位，提高救援效率一直是一個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題。超寬帶雷達(dá)作為一種非接觸式實(shí)時(shí)成像雷達(dá)系統(tǒng)，可以穿透鋼筋混凝土磚墻、柏油層、泥石流和雪崩造成的積雪等障礙物進(jìn)行探測(cè)及成像，因而受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

天線作為雷達(dá)系統(tǒng)中一個(gè)至關(guān)重要的組成部分，其性能的好壞直接影響著整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。由于災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，目標(biāo)不可觸及，同時(shí)受限于背景噪音和障礙物對(duì)電磁波的衰減與散射影響，超寬帶探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)天線的性能要求較高。為了抑制輻射波形拖尾以及減小直耦波對(duì)淺層目標(biāo)的掩蓋，需要研制出時(shí)域輻射特性良好的天線以滿足系統(tǒng)要求。

目前應(yīng)用于超寬帶探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的天線主要是平面偶極子天線，尤以蝶形天線及其變形結(jié)構(gòu)為主。雖然蝶形天線具有頻帶寬、輻射特性好、制作簡(jiǎn)單和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但采用矩形屏蔽腔和電阻加載設(shè)計(jì)的蝶形天線輸入阻抗一般在200Ω左右，這對(duì)于工作在高頻段上的超寬帶蝶形天線與發(fā)射機(jī)之間的阻抗匹配是比較困難的，其體積尺寸不利于系統(tǒng)集成，帶寬以及阻抗變換比均成為饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)一種既具有平面偶極子天線特性，又具有比較低且平滑的輸入阻抗和較小橫向尺寸的天線十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊且饋電方式簡(jiǎn)單的能夠應(yīng)用于生命探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的電阻加載超寬帶平面半橢圓天線。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，一種電阻加載超寬帶平面半橢圓天線，其特征在于包括絕緣介質(zhì)板、兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂、金屬屏蔽腔、六個(gè)加載電阻、吸波材料、饋電單元和同軸連接器，其中金屬屏蔽腔為前端開(kāi)口的長(zhǎng)方形低反射腔，用于屏蔽后向輻射和抑制外界干擾，絕緣介質(zhì)板固定于金屬屏蔽腔的前端開(kāi)口處，兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂通過(guò)電路板印制技術(shù)對(duì)稱(chēng)印制于絕緣介質(zhì)板的正面構(gòu)成平面偶極子超寬帶天線，該兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂的橢圓端相對(duì)并且半橢圓金屬輻射臂的底邊與絕緣介質(zhì)板的側(cè)邊平行，半橢圓金屬輻射臂的長(zhǎng)度l取值遵循如下關(guān)系：其中λ_l為低頻截止頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)，ε_eff為所采用的絕緣介質(zhì)板有效相對(duì)介電常數(shù)，兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂之間預(yù)設(shè)有間隔，鄰近間隔的兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，六個(gè)加載電阻對(duì)稱(chēng)焊接于半橢圓金屬輻射臂底邊與金屬屏蔽腔側(cè)板之間，且同一側(cè)的三個(gè)加載電阻等間距排列，饋電單元為搭載商用傳輸線變壓器的FR4介質(zhì)板，用于實(shí)現(xiàn)1:2阻抗變換及不平衡到平衡轉(zhuǎn)換，該饋電單元中傳輸線變壓器平衡輸出端分別與兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂相連接，用于實(shí)現(xiàn)100Ω阻抗匹配，同軸連接器的一端與饋電單元中傳輸線變壓器微帶輸入端相焊接，同軸連接器的另一端與生命探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)直接相連接，吸波材料填充于整個(gè)金屬屏蔽腔內(nèi)部，用于削弱金屬屏蔽腔的諧振效應(yīng)。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述半橢圓金屬輻射臂之間預(yù)設(shè)的間隔距離為2mm。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述絕緣介質(zhì)板為環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維布層壓板，其介電常數(shù)為4.4，厚度為1mm，尺寸為400mm×200mm。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述金屬屏蔽腔的材質(zhì)為鋁制材料，其高度為51mm。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述吸波材料為多層聚氨酯泡沫，相對(duì)介電常數(shù)為2.2，電導(dǎo)率為0.125S/m。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述饋電單元為搭載有1:2阻抗變換以及不平衡到平衡轉(zhuǎn)換的商用傳輸線變壓器的FR4介質(zhì)板，其尺寸由選擇的商用傳輸線變壓器所決定，所述FR4介質(zhì)板按照雙面印刷電路板技術(shù)印制，傳輸線變壓器印制于FR4介質(zhì)板上，該傳輸線變壓器平衡輸出端印制有100Ω的平行雙線，用于匹配連接兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂，傳輸線變壓器微帶輸入端印制有50Ω的微帶線，用于焊接同軸連接器。

本發(fā)明的電阻加載超寬帶平面半橢圓天線集成于一個(gè)生命探測(cè)成像雷達(dá)系統(tǒng)中，該天線由一個(gè)對(duì)稱(chēng)半橢圓偶極子組成，末端采用電阻加載的方式，具有良好的寬頻帶特性，其橫向尺寸較小且饋電方式緊湊，有利于滿足天線帶寬內(nèi)的阻抗匹配要求和天線的集成以及規(guī)?；a(chǎn)，天線安裝于長(zhǎng)方形金屬低屏蔽腔的開(kāi)口處，并填充有吸波材料，達(dá)到了屏蔽后向輻射與抑制外界干擾的目的，能夠滿足生命探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的定向性要求和工程需要。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中搭載1:2傳輸線變壓器的FR4介質(zhì)板印制圖；

圖4是本發(fā)明的輸入阻抗曲線；

圖5是本發(fā)明應(yīng)用于墻體后人體呼吸頻率探測(cè)測(cè)試的B-scan圖。

圖中：1、絕緣介質(zhì)板，2、半橢圓金屬輻射臂，3、金屬屏蔽腔，4、加載電阻，5、搭載商用傳輸線變壓器的FR4介質(zhì)板，6、傳輸線變壓器平衡輸出端，7、傳輸線變壓器微帶輸入端。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體內(nèi)容。圖1為一種電阻加載超寬帶平面半橢圓天線平面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該電阻加載超寬帶平面半橢圓天線包括絕緣介質(zhì)板1、兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2、金屬屏蔽腔3、六個(gè)加載電阻4、吸波材料、饋電單元和同軸連接器，其中金屬屏蔽腔3為前端開(kāi)口的長(zhǎng)方形低反射腔，用于屏蔽后向輻射和抑制外界干擾，絕緣介質(zhì)板1固定于金屬屏蔽腔3的前端開(kāi)口處，兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2通過(guò)電路板印制技術(shù)對(duì)稱(chēng)印制于絕緣介質(zhì)板1的正面構(gòu)成平面偶極子超寬帶天線，該兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2的橢圓端相對(duì)并且半橢圓金屬輻射臂2的底邊與絕緣介質(zhì)板1的側(cè)邊平行，半橢圓金屬輻射臂2的長(zhǎng)度l取值遵循如下關(guān)系：其中λ_l為低頻截止頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)，ε_eff為所采用的絕緣介質(zhì)板1有效相對(duì)介電常數(shù)，兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2之間預(yù)設(shè)有間隔，鄰近間隔的兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，六個(gè)加載電阻4對(duì)稱(chēng)焊接于半橢圓金屬輻射臂2底邊與金屬屏蔽腔3側(cè)板之間，且同一側(cè)的三個(gè)加載電阻4等間距排列，饋電單元為搭載商用傳輸線變壓器的FR4介質(zhì)板5，用于實(shí)現(xiàn)1:2阻抗變換及不平衡到平衡轉(zhuǎn)換，該饋電單元中傳輸線變壓器平衡輸出端6分別與兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2相連接，用于實(shí)現(xiàn)100Ω阻抗匹配，同軸連接器的一端與饋電單元中傳輸線變壓器微帶輸入端7相焊接，同軸連接器的另一端與生命探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)直接相連接，吸波材料填充于整個(gè)金屬屏蔽腔3內(nèi)部，用于削弱金屬屏蔽腔3的諧振效應(yīng)。

所述半橢圓金屬輻射臂2之間預(yù)設(shè)的間隔距離為2mm，可根據(jù)輸入阻抗等天線技術(shù)指標(biāo)要求對(duì)兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2之間的間隔進(jìn)行調(diào)整。

所述絕緣介質(zhì)板1為環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維布層壓板，其介電常數(shù)為4.4，厚度為1mm，尺寸為400mm×200mm。

所述金屬屏蔽腔3的材質(zhì)為鋁制材料，綜合帶寬與最小低頻反射特點(diǎn)，其高度值為51mm。

所述吸波材料為多層聚氨酯泡沫，相對(duì)介電常數(shù)為2.2，電導(dǎo)率為0.125S/m。

所述饋電單元為搭載有1:2阻抗變換及不平衡到平衡轉(zhuǎn)換的商用傳輸線變壓器的FR4介質(zhì)板，其尺寸由選擇的商用傳輸線變壓器所決定。所述FR4介質(zhì)板按照雙面印刷電路板技術(shù)印制，傳輸線變壓器印制于FR4介質(zhì)板上，其傳輸線變壓器平衡輸出端6印制有100Ω的平行雙線，用于匹配連接所述兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2，傳輸線變壓器微帶輸入端7印制有50Ω的微帶線，用于焊接所述同軸連接器。

所述六個(gè)加載電阻4遵循半橢圓金屬輻射臂2上的電流分布特點(diǎn)，均勻加載于兩個(gè)半橢圓金屬天線臂2底邊與金屬屏蔽腔3的側(cè)板之間。具體方式為：其中的三個(gè)加載電阻4引腳的一端與一側(cè)的半橢圓金屬輻射臂2的底邊焊接，該三個(gè)加載電阻4引腳的另一端與金屬屏蔽腔3的側(cè)板相焊接；另外的三個(gè)加載電阻4引腳的一端與另一側(cè)的半橢圓金屬輻射臂2的底邊焊接，該三個(gè)加載電阻4引腳的另一端與金屬屏蔽腔3的側(cè)邊相焊接，同一側(cè)的三個(gè)加載電阻4等間距排列。

如圖2所示，為電阻加載超寬帶平面半橢圓天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2通過(guò)電路板印制技術(shù)對(duì)稱(chēng)印制在絕緣介質(zhì)板1的正面，所述金屬屏蔽腔3的高度為51mm，其開(kāi)口面的尺寸與印制有兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2的絕緣介質(zhì)板1的尺寸一致，絕緣介質(zhì)板1固定于金屬屏蔽腔3前端開(kāi)口處，吸波材料填充于金屬屏蔽腔3與絕緣介質(zhì)板1之間。

如圖3所示，為搭載1:2傳輸線變壓器的FR4介質(zhì)板印制圖。圖中，所述FR4介質(zhì)板5按照雙面印刷電路板技術(shù)印制，黑色部分為FR4介質(zhì)板頂層電路布局，灰色部分為FR4介質(zhì)板底層電路布局。傳輸線變壓器的PCB元件封裝圖印制于FR4介質(zhì)板5上，該傳輸線變壓器平衡輸出端6印制有100Ω的平行雙線，用于匹配連接所述兩個(gè)半橢圓金屬輻射臂2，傳輸線變壓器微帶輸入端7印制有50Ω的微帶線，用于焊接所述同軸連接器。

如圖4所示，為電阻加載超寬帶平面半橢圓天線的輸入阻抗曲線，可以看出在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)天線的輸入阻抗曲線圍繞100Ω左右變化，同時(shí)虛部值較小，說(shuō)明天線端口反射較小。

如圖5所示，為電阻加載超寬帶平面半橢圓天線與發(fā)射機(jī)及接收機(jī)集成后用于檢測(cè)25cm厚度混凝土墻體后人體呼吸頻率探測(cè)測(cè)試的B-scan圖。從圖中可以看到，在墻體后約3m位置處存在一個(gè)具有微動(dòng)特征的目標(biāo)，成像結(jié)果明顯，分辨率高。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種電阻加載超寬帶平面半橢圓天線具有良好的寬頻帶特性和時(shí)域輻射特性，并且結(jié)構(gòu)緊湊、饋電方式簡(jiǎn)單，能夠滿足生命探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用要求，具有很好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理，主要特征和優(yōu)點(diǎn)，在不脫離本發(fā)明新型精神和范圍的前提下，本發(fā)明還有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都要求落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。