超寬帶微帶偶極子天線陣及其脈沖超寬帶探測成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于脈沖超寬帶雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種超寬帶微帶偶極子天線 陣及其脈沖超寬帶探測成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖超寬帶雷達(dá)是一種基于亞納秒級(jí)脈沖的時(shí)域成像探測系統(tǒng)，其具有良好的穿 透性、高分辨率、高功率效率、高檢測率等特點(diǎn)，可對(duì)非金屬障礙物后或介質(zhì)中目標(biāo)進(jìn)行非 侵入式探測、定位、跟蹤和狀態(tài)分析，在反恐、救援、生物醫(yī)學(xué)、無損探測等領(lǐng)域獲得廣泛關(guān) 注。
[0003] 現(xiàn)有的一些脈沖超寬帶雷達(dá)雖然一定程度上實(shí)現(xiàn)了超寬帶探測定位，但在系統(tǒng)探 測精度、實(shí)現(xiàn)成本及難易程度上仍有待提高，究其原因主要是因?yàn)槊}沖超寬帶雷達(dá)天線時(shí) 域特性和相應(yīng)探測方法直接影響了整個(gè)系統(tǒng)的性能，并且特殊環(huán)境下手持式設(shè)備除了要求 脈沖超寬帶雷達(dá)具有較高分辨率，還要求系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)緊湊方便攜帶及展開，所W天線尺 寸不能過大。目前超寬帶雷達(dá)常用的天線形式主要有卿趴天線、Vivaldi天線和偶極子天 線，單個(gè)天線尺寸都比較大，孔徑相對(duì)較小，系統(tǒng)雖然可實(shí)現(xiàn)良好的距離分辨率，但由于天 線孔徑的限制，方位分辨率難W盡如人意。采用合成孔徑的方法，通過移動(dòng)天線分時(shí)采集不 同方位上的回波信息，雖然可W提高方位分辨率，但卻無法合成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波，并且要求天 線移動(dòng)位置精確控制，整個(gè)過程復(fù)雜費(fèi)時(shí)，特別是在特殊環(huán)境下難W實(shí)現(xiàn)。通過增加收發(fā)天 線數(shù)量擴(kuò)展孔徑的方法，雖然在一定程度上可W提高方位分辨率，同時(shí)具備探測運(yùn)動(dòng)目標(biāo) 的能力，但是天線數(shù)量增加帶來的直接后果是系統(tǒng)龐大笨重，難W手持式應(yīng)用。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有脈沖超寬帶探測成像裝置的探測精度、實(shí) 現(xiàn)成本及難易程度的不足，提供一種超寬帶微帶偶極子天線陣及其脈沖超寬帶探測成像裝 置。
[0005] 為解決上述問題，本實(shí)用新型是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 超寬帶微帶偶極子天線陣，主要由介質(zhì)板和金屬反射板構(gòu)成。介質(zhì)板通過螺栓固 定于金屬反射板的正上方，且兩者之間存在一定的間隙。上述介質(zhì)板的上表面印制有多個(gè) 微帶天線單元，該些微帶天線單元在介質(zhì)板的上表面環(huán)繞一個(gè)虛擬原點(diǎn)呈中屯、對(duì)稱分布， 每3個(gè)相鄰的微帶天線單元的中屯、連線構(gòu)成一個(gè)虛擬等腰=角形，且每個(gè)虛擬等腰=角形 的大小形狀完全一致。每個(gè)微帶天線單元整體呈花瓣形，即每個(gè)微帶天線單元均由4個(gè)中 屯、對(duì)稱且相互獨(dú)立的天線瓣所構(gòu)成，其中2個(gè)水平相對(duì)設(shè)置的天線瓣形成水平偶極子天 線，另外2個(gè)垂直相對(duì)設(shè)置的天線瓣形成垂直偶極子天線。每個(gè)天線瓣的向內(nèi)一側(cè)即靠近 對(duì)稱中屯、一側(cè)設(shè)有饋電點(diǎn)，且每個(gè)饋電點(diǎn)上均接有一同軸線。每個(gè)微帶天線單元上的4條 同軸線的下端均穿過介質(zhì)板延伸至介質(zhì)板和金屬反射板之間，其中連接水平偶極子天線的 2條同軸線的下端相連在一起形成水平偶極子天線己倫，連接垂直偶極子天線的2根同軸 線的下端相連在一起形成垂直偶極子天線己倫。水平偶極子天線己倫的下端接有一條水平 偶極子天線饋線，該水平偶極子天線饋線的下端穿過金屬反射板向下引出。垂直偶極子天 線己倫的下端接有一條垂直偶極子天線饋線，該垂直偶極子天線饋線的下端同樣穿過金屬 反射板向下引出。
[0007] 上述方案中，介質(zhì)板和金屬反射板之間的距離為A/4,其中A為天線中屯、頻點(diǎn)波 長。
[000引上述方案中，構(gòu)成水平偶極子天線己倫的2根同軸線在距離介質(zhì)板A/4位置處 將2根同軸線的外導(dǎo)體焊接在一起，構(gòu)成垂直偶極子天線己倫的2根同軸線在距離介質(zhì)板 入/4位置處將2根同軸線的外導(dǎo)體焊接在一起，其中A為天線中屯、頻點(diǎn)波長。
[0009] 上述方案中，每個(gè)天線瓣均采用楠圓形和領(lǐng)結(jié)形混合的幾何形狀，其中天線瓣的 向外一側(cè)為楠圓形，天線瓣的向內(nèi)一側(cè)為領(lǐng)結(jié)形。
[0010] 上述方案中，介質(zhì)板上印制的微帶天線單元的個(gè)數(shù)為12個(gè)，其中環(huán)繞虛擬原點(diǎn)的 第一圈為4個(gè)天線單元，環(huán)繞虛擬原點(diǎn)的第二圈為8個(gè)天線單元。
[0011] 基于上述超寬帶微帶偶極子天線陣的脈沖超寬帶探測成像裝置，其特征在于：主 要由超寬帶微帶偶極子天線陣、前端控制電路、高斯脈沖源、低噪聲小信號(hào)放大器、超寬帶 接收機(jī)和上位機(jī)組成。超寬帶微帶偶極子天線陣與前端控制電路相連接。前端控制電路的 輸入端接高斯脈沖源輸出端，高斯脈沖源的同步輸入端連接超寬帶接收機(jī)的數(shù)字輸出端。 前端控制電路的輸出端接低噪聲小信號(hào)放大器，低噪聲小信號(hào)放大器的輸出端連接超寬帶 接收機(jī)模擬輸入端。前端控制電路的控制輸入端通過并口線接超寬帶接收機(jī)。超寬帶接收 機(jī)連接上位機(jī)。
[0012] 上述方案中，超寬帶微帶偶極子天線陣包含12個(gè)微帶天線單元。此時(shí)，前端控制 電路主要由發(fā)射接收選擇模塊和單元選擇模塊組成。發(fā)射接收選擇模塊由24個(gè)射頻單刀 二擲開關(guān)構(gòu)成。單元選擇模塊由2個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的發(fā)射單元選擇部分和接收單元選擇部 分組成，每個(gè)部分均由1個(gè)射頻單刀六擲開關(guān)和6個(gè)射頻單刀四擲開關(guān)構(gòu)成。發(fā)射單元選 擇部分的射頻單刀六擲開關(guān)的1個(gè)合接線端與高斯脈沖源相連，射頻單刀六擲開關(guān)的6個(gè) 分接線端各與1個(gè)射頻單刀四擲開關(guān)的合接線端相連。6個(gè)射頻單刀四擲開關(guān)的共24個(gè) 分接線端各連接發(fā)射接收選擇模塊中的1個(gè)射頻單刀二擲開關(guān)的分接線端中的其中一個(gè)。 接收單元選擇部分的射頻單刀六擲開關(guān)的1個(gè)合接線端與低噪聲小信號(hào)放大器相連，射頻 單刀六擲開關(guān)的6個(gè)分接線端各與1個(gè)射頻單刀四擲開關(guān)的合接線端相連。6個(gè)射頻單 刀四擲開關(guān)的共24個(gè)分接線端各連接發(fā)射接收選擇模塊中的1個(gè)射頻單刀二擲開關(guān)的分 接線端中的另一個(gè)。發(fā)射接收選擇模塊中的24個(gè)射頻單刀二擲開關(guān)分為2組，其中一組共 12個(gè)合接線端連接12個(gè)微帶天線單元的水平偶極子天線饋線，另一組共12個(gè)合接線端連 接12個(gè)微帶天線單元的垂直偶極子天線饋線。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)簡單成本低，并且具有分辨率高、結(jié)構(gòu)簡單緊 湊、方便攜帶展開等特點(diǎn)，能夠快速獲得隱藏目標(biāo)位置信息。
【附圖說明】
[0014] 圖1為一種基于微帶偶極子天線陣的脈沖超寬帶探測成像裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0015] 圖2為超寬帶微帶偶極子天線陣的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖3為圖2的側(cè)視圖。
[0017] 圖4為微帶天線單元在介質(zhì)板上的分布示意圖。
[001引圖5為微帶天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖6為微帶天線單元的單個(gè)偶極子天線的幾何結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖7為前端控制電路的原理示意圖。
[0021] 圖8為超寬帶接收機(jī)的等效采樣原理圖。
[0022] 圖9為超寬帶接收機(jī)的數(shù)據(jù)重組原理圖。
[0023] 圖10為一種基于微帶偶極子天線陣的脈沖超寬帶探測成像方法流程圖。
[0024] 圖11為一種基于微帶偶極子天線陣的脈沖超寬帶探測成像裝置XFDTD實(shí)驗(yàn)場景 圖。
[0025] 圖12為一種基于微帶偶極子天線陣的脈沖超寬帶探測成像裝置的目標(biāo)成像圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 基于微帶偶極子天線陣的脈沖超寬帶探測成像裝置，如圖1所示，主要由超寬帶 微帶偶極子天線陣、前端控制電路、高斯脈沖源、低噪聲小信號(hào)放大器、超寬帶接收機(jī)和上 位機(jī)組成。超寬帶微帶偶極子天線陣通過饋線與前端控制電路連接。前端控制電路的輸入 端接高斯脈沖源，高斯脈沖源的同步輸入端連接超寬帶接收機(jī)的數(shù)字輸出端。前端控制電 路的輸出端接低噪聲小信號(hào)放大器，低噪聲小信號(hào)放大器的輸出端連接超寬帶接收機(jī)模擬 輸入端。前端控制電路的控制輸入端通過并口線接超寬帶接收機(jī)。超寬帶接收機(jī)通過超寬 帶接收機(jī)的USB2. 0接口連接上位機(jī)。
[0027] 上述超寬帶微帶偶極子天線陣為本實(shí)用新型的主要改進(jìn)點(diǎn)，如圖2和3所示，主要 由介質(zhì)板和金屬反射板構(gòu)成