一種用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線，金屬輻射臂對稱印制于絕緣介質(zhì)板的正面，金屬輻射臂之間預(yù)設(shè)有間隔，鄰近間隔的兩個(gè)金屬輻射臂上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，阻抗變換器輸出端分別與兩個(gè)金屬輻射臂的饋電端電性連接，阻抗變換器輸入端與同軸連接器的一端相連，該同軸連接器的另一端與超寬帶穿墻雷達(dá)的發(fā)射機(jī)或接收機(jī)相連，金屬屏蔽腔位于絕緣介質(zhì)板的正上方，該金屬屏蔽腔的內(nèi)部填充有吸波材料。本實(shí)用新型具有工作帶寬大、時(shí)域輻射特性好、天線體積小、結(jié)構(gòu)緊湊以及輪廓平滑等特點(diǎn)，其饋電方式簡單，易于加工和維護(hù)，能夠滿足超寬帶便攜式小型化雷達(dá)系統(tǒng)的工程需求。
【專利說明】
一種用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于超寬帶穿墻雷達(dá)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于穿墻雷達(dá)的超 寬帶水滴形天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 超寬帶穿墻雷達(dá)是一種能夠隔墻實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測與定位的新型實(shí)時(shí)成像雷達(dá)系統(tǒng)， 它通過發(fā)射一種持續(xù)時(shí)間極短的脈沖穿透混凝土、木、磚、土坯等非金屬障礙物對建筑物內(nèi) 的人員及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行非入侵式成像及跟蹤探測，并且具有不損害被探測墻體、高探測分 辨率和高工作效率等優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷推進(jìn)，我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城 市房屋建設(shè)、工業(yè)與能源基地建設(shè)以及交通設(shè)施建設(shè)也得到了迅猛發(fā)展，利用超寬帶雷達(dá) 探測技術(shù)對工程隱患進(jìn)行排查開始獲得廣泛應(yīng)用。
[0003] 天線是超寬帶穿墻雷達(dá)系統(tǒng)中一個(gè)至關(guān)重要的組成部分，發(fā)揮著向外發(fā)射雷達(dá)信 號(hào)和接收被探測目標(biāo)回波信號(hào)的雙重作用，其性能的好壞直接影響整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的探測精 度和探測距離。受限于雷達(dá)信號(hào)在墻面散射干擾與墻體介質(zhì)中的衰減以及被探測目標(biāo)雷達(dá) 散射截面的不確定性，考慮到實(shí)際工程應(yīng)用中的便攜式小型化需求，因此要求天線具有良 好的輻射特性、超帶寬特性、輕量化和低輪廓特性。
[0004] 目前用于超寬帶穿墻雷達(dá)的天線主要有電阻電容加載的蝶形天線、喇叭天線以及 Vivaldi天線，其中尤以阻抗加載的蝶形天線為主。雖然阻抗加載的蝶形天線具有較好的介 質(zhì)耦合特性和時(shí)域輻射波形，但是輻射效率較差，影響雷達(dá)實(shí)際探測距離；喇叭天線和 Vivaldi天線近地耦合性較差，并且具有較大的橫向與縱向尺寸，不利于系統(tǒng)的小型化與集 成化，影響穿墻雷達(dá)系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。因此，研制一種既具有小尺寸，又具有比較 好增益的超寬帶天線，對于小型化便攜式超寬帶穿墻雷達(dá)系統(tǒng)有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是提供了一種能夠應(yīng)用于地面、墻體等掩蔽下目標(biāo)探 測的超寬帶水滴形天線。
[0006] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種用于穿墻雷達(dá)的超寬帶 水滴形天線，其特征在于包括金屬輻射臂、絕緣介質(zhì)板、金屬屏蔽腔、吸波材料、阻抗變換器 和同軸連接器，其中金屬輻射臂對稱印制于絕緣介質(zhì)板的正面，該金屬輻射臂為水滴形，其
$ 橫向剖面形狀可由如下曲線表示： ，0<t<0.5，x為金屬輻射臂的 長軸方向，y為金屬輻射臂的短軸方向，金屬輻射臂之間預(yù)設(shè)有間隔，鄰近間隔的兩個(gè)金屬 輻射臂上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，阻抗變換器為具有1:2阻抗變換功能以及 不平衡50 Ω到1〇〇 Ω平衡轉(zhuǎn)換的商用傳輸線變壓器，優(yōu)選為ADTL2-18+，并設(shè)計(jì)一塊FR4介質(zhì) 板用以搭載固定，該阻抗變換器輸出端分別與兩個(gè)金屬輻射臂的饋電端電性連接，用于阻 抗匹配，阻抗變換器輸入端與同軸連接器的一端相連，該同軸連接器的另一端與超寬帶穿 墻雷達(dá)的發(fā)射機(jī)或接收機(jī)相連，金屬屏蔽腔位于絕緣介質(zhì)板的正上方，該金屬屏蔽腔的內(nèi) 部填充有吸波材料。
[0007] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述的金屬輻射臂之間預(yù)設(shè)的間隔距離為1.5-2.5mm。
[0008] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述的絕緣介質(zhì)板為單面覆銅的環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介質(zhì)板，其厚 度為1mm，介電常數(shù)為4.4,該絕緣介質(zhì)板固定于金屬屏蔽腔的底端開口處。
[0009] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述的金屬屏蔽腔為底面開口的矩形腔體，其高度為天線中心頻率 對應(yīng)的自由空間波長的1/8。
[0010] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述的吸波材料與金屬屏蔽腔和絕緣介質(zhì)板緊密接觸，該吸波材料 的材質(zhì)為多層聚氨酯泡沫，相對介電常數(shù)為2.2，電導(dǎo)率為0.125S/m。
[0011 ] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述的FR4介質(zhì)板的尺寸為16mmX 18mmX 1.6mm。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述的同軸連接器安裝于絕緣介質(zhì)板的背面。
[0013] 本實(shí)用新型具有工作帶寬大、時(shí)域輻射特性好、天線體積小、結(jié)構(gòu)緊湊以及輪廓平 滑等特點(diǎn)，該用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線饋電方式簡單，易于加工和維護(hù)，能夠滿足 超寬帶便攜式小型化雷達(dá)系統(tǒng)的工程需求。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015] 圖2是本實(shí)用新型中印制有1:2阻抗變換器的FR4介質(zhì)板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3是本實(shí)用新型的電壓駐波比曲線；
[0017]圖4是本實(shí)用新型的增益曲線；
[0018]圖5是本實(shí)用新型系統(tǒng)軸線方向上0.5m位置接收到的前后輻射波形曲線。
[0019]圖中：1、金屬輻射臂，2、絕緣介質(zhì)板，3、金屬屏蔽腔，4、吸波材料，5、FR4介質(zhì)板，6、 阻抗變換器輸入端，7、傳輸線變壓器，8、阻抗變換器輸出端。
【具體實(shí)施方式】
[0020]結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的具體內(nèi)容。圖1為用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形 天線的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線包括金屬輻射臂1、絕 緣介質(zhì)板2、金屬屏蔽腔3、吸波材料4、阻抗變換器和同軸連接器，其中金屬輻射臂1對稱印 制于絕緣介質(zhì)板2的正面，該金屬輻射臂1為水滴形，其橫向剖面形狀可由如下曲線表示：
<t<0.5，x為金屬輻射臂1的長軸方向，y為金屬輻射臂1的短軸 方向，金屬輻射臂1之間預(yù)設(shè)有間隔，鄰近間隔的兩個(gè)金屬輻射臂1上分別設(shè)有輸入端口作 為各自的饋電端，阻抗變換器為具有1:2阻抗變換功能以及不平衡到平衡輸出特性的微帶 饋電結(jié)構(gòu)，該阻抗變換器輸出端8分別與兩個(gè)金屬輻射臂1的饋電端電性連接，用于阻抗匹 配，阻抗變換器輸入端6與同軸連接器的一端相連，該同軸連接器的另一端與超寬帶穿墻雷 達(dá)的發(fā)射機(jī)或接收機(jī)相連，金屬屏蔽腔3位于絕緣介質(zhì)板2的正上方，該金屬屏蔽腔3的內(nèi)部 填充有吸波材料4。
[0021] 所述的金屬輻射臂1之間預(yù)設(shè)的間隔距離為1.5-2.5mm，鄰近間隔的兩個(gè)金屬輻射 臂1上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，可根據(jù)輸入阻抗等天線技術(shù)指標(biāo)要求對兩個(gè) 金屬輻射臂1之間的間隔進(jìn)行調(diào)整。
[0022] 所述的絕緣介質(zhì)板2為單面覆銅的環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介質(zhì)板，其厚度為1mm，介 電常數(shù)為4.4，該絕緣介質(zhì)板2固定于金屬屏蔽腔3的底端開口處。
[0023] 所述的金屬屏蔽腔3為底面開口的矩形腔體，其高度為天線中心頻率對應(yīng)的自由 空間波長的1/8,根據(jù)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，所述金屬屏蔽腔3的尺寸為：長度100mm，寬度 60mm，高度 20mm。
[0024] 所述的吸波材料4與金屬屏蔽腔3和絕緣介質(zhì)板2緊密接觸，該吸波材料4的材質(zhì)為 多層聚氨酯泡沫，相對介電常數(shù)為2.2，電導(dǎo)率為0.125S/m。
[0025] 所述的阻抗變換器為具有1: 2阻抗變換功能以及從不平衡50 Ω到1〇〇 Ω平衡輸出 的轉(zhuǎn)換功能，其平衡輸出端分別與兩個(gè)水滴形金屬輻射臂饋電端相連，用于天線阻抗匹配， 輸入端與同軸連接器相連。
[0026] 所述的同軸連接器安裝于絕緣介質(zhì)板2的背面，其一端與阻抗變換器的不平衡輸 入端6電性相連，另一端與超寬帶雷達(dá)的發(fā)射機(jī)或接收機(jī)相連。
[0027]如圖2所示，為印制有1:2阻抗變換器的FR4介質(zhì)板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，阻抗變換 器包括一個(gè)商用的具有1: 2阻抗變換功能以及不平衡50 Ω到1〇〇 Ω平衡轉(zhuǎn)換的傳輸線變壓 器7和一個(gè)自己設(shè)計(jì)的用來搭載固定傳輸線變壓器7的FR4介質(zhì)板5,該傳輸線變壓器7優(yōu)選 為ADTL2-18+;所述FR4介質(zhì)板5的尺寸為16mmX 18mmX 1.6mm，其上通過電路板印制技術(shù)印 制有傳輸線變壓器7;所述阻抗變換器輸入端6印制有用于連接所述同軸連接器的微帶線， 其值為50 Ω ;所述阻抗變換器輸出端8印制有用于焊接兩個(gè)水滴形金屬輻射臂的平行雙線， 依據(jù)微帶線和平行雙線的阻抗公式，輸入端若采用50 Ω微帶輸入，則輸出端為1〇〇 Ω平行雙 線。
[0028] 如圖3所示，為用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線的電壓駐波比曲線圖。圖中，橫 坐標(biāo)表示頻率變量，單位為GHz，縱坐標(biāo)表示幅度變量。由圖可知，在0.7-4GHz頻率范圍內(nèi)， 電壓駐波系數(shù)均小于2,能夠很好地滿足超寬帶穿墻雷達(dá)系統(tǒng)的分辨率要求。
[0029] 如圖4所示，為用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線的增益曲線圖。圖中，橫坐標(biāo)表 示頻率變量，單位為GHz，縱坐標(biāo)表示增益，單位為dB。由圖可知，通頻帶內(nèi)天線的增益變化 比較平坦，基本維持在OdB左右，可以滿足超寬帶穿墻雷達(dá)探測距離的要求。
[0030] 如圖5所示，為用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線系統(tǒng)軸線方向上0.5m位置接收 到的前后輻射波形圖。圖中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間變量，單位為ns，縱坐標(biāo)表示幅度變量，單位為 V。由圖可知，天線的輻射波形比較干凈，緊隨主輻射波后面的振蕩比較小，瞬時(shí)前后輻射波 形比值為12.5dB，天線具有較強(qiáng)的定向輻射特性和避免外界微弱信號(hào)干擾的能力，滿足超 寬帶穿墻雷達(dá)天線的探測精度和分辨率要求。
[0031] 綜上所述，本實(shí)用新型提供的用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線具有工作帶寬 大、時(shí)域輻射特性好、天線體積小、結(jié)構(gòu)緊湊以及輪廓平滑等特點(diǎn)，饋電方式簡單，易加工和 維護(hù)，能夠滿足超寬帶小型化便攜式雷達(dá)系統(tǒng)的工程需求。
[0032]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理，主要特征和優(yōu)點(diǎn)，在不脫離本實(shí)用新 型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保 護(hù)的本實(shí)用新型的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線，其特征在于包括金屬福射臂、絕緣介質(zhì)板、 金屬屏蔽腔、吸波材料、阻抗變換器和同軸連接器，其中金屬福射臂對*皮的正面，該金屬福射臂為水滴形，其橫向剖面形狀可由如下曲線表示 ，0《t《0.5，x為金屬福射臂的長軸方向，y為金屬福射臂的短軸方向，金屬福射臂之間預(yù)設(shè) 有間隔，鄰近間隔的兩個(gè)金屬福射臂上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，阻抗變換器 為具有1: 2阻抗變換功能W及不平衡50 Q到100 Q平衡轉(zhuǎn)換的商用傳輸線變壓器，優(yōu)選為 八0化2-18+，并設(shè)計(jì)一塊FR4介質(zhì)板用W搭載固定，該阻抗變換器輸出端分別與兩個(gè)金屬福 射臂的饋電端電性連接，用于阻抗匹配，阻抗變換器輸入端與同軸連接器的一端相連，該同 軸連接器的另一端與超寬帶穿墻雷達(dá)的發(fā)射機(jī)或接收機(jī)相連，金屬屏蔽腔位于絕緣介質(zhì)板 的正上方，該金屬屏蔽腔的內(nèi)部填充有吸波材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線，其特征在于:所述的金屬 福射臂之間預(yù)設(shè)的間隔距離為1.5-2.5mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線，其特征在于:所述的絕緣 介質(zhì)板為單面覆銅的環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介質(zhì)板，其厚度為1mm，介電常數(shù)為4.4,該絕緣介 質(zhì)板固定于金屬屏蔽腔的底端開口處。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線，其特征在于:所述的金屬 屏蔽腔為底面開口的矩形腔體，其高度為天線中屯、頻率對應(yīng)的自由空間波長的1/8。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線，其特征在于:所述的吸波 材料與金屬屏蔽腔和絕緣介質(zhì)板緊密接觸，該吸波材料的材質(zhì)為多層聚氨醋泡沫，相對介 電常數(shù)為2.2，電導(dǎo)率為0.125S/m。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線，其特征在于:所述的FR4 介質(zhì)板的尺寸為16mmX ISmmX 1.6mm。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穿墻雷達(dá)的超寬帶水滴形天線，其特征在于:所述的同軸 連接器安裝于絕緣介質(zhì)板的背面。
【文檔編號(hào)】H01Q1/50GK205621857SQ201620433105
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】李雪萍, 閆靜, 陳凱建, 李喬飛, 曾凡鑫
【申請人】河南師范大學(xué)