車載超寬帶離散式加載半橢圓天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，發(fā)射天線單元和接收天線單元分別由兩個(gè)完全相同的半橢圓天線臂組成，半橢圓天線臂兩兩并列對(duì)應(yīng)安裝于由擋板平均分隔開(kāi)的反射腔內(nèi)，同列的兩個(gè)半橢圓天線臂對(duì)稱地印制于絕緣介質(zhì)板的正面構(gòu)成一組超寬帶偶極子天線，鄰近間隔的兩個(gè)半橢圓天線臂上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，半橢圓天線臂上沿長(zhǎng)半軸方向均布有多條縫隙，每條縫隙內(nèi)均勻焊接有多個(gè)離散式加載電阻，半橢圓天線臂的底側(cè)兩端分別通過(guò)連接電阻與金屬帶連接，反射腔的開(kāi)口面與絕緣介質(zhì)板的邊緣通過(guò)螺母固定。本實(shí)用新型工作帶寬大、時(shí)域輻射特性好、結(jié)構(gòu)緊湊、天線反射腔高度低且易于雷達(dá)小型化，能夠滿足車載超寬帶探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的工程需求。
【專利說(shuō)明】
車載超寬帶離散式加載半橢圓天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于超寬帶天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車載超寬帶離散式加載半橢 圓天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 天線作為輻射和接收電磁波的部件，是雷達(dá)系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵部分，它直接 影響著雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)分辨率、定位精度以及目標(biāo)識(shí)別能力。沒(méi)有天線就不可能建立起任 何雷達(dá)系統(tǒng)。一般來(lái)講，超寬帶探測(cè)雷達(dá)天線系統(tǒng)應(yīng)該直接放置在地面上或安裝在近地面 附近，其電磁特性很容易受到近地面環(huán)境的影響，過(guò)高的離地高度會(huì)降低天線與地下介質(zhì) 的耦合，增加自由空間損耗。在車載超寬帶探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)中，天線安裝在探測(cè)車上，由于經(jīng) 過(guò)發(fā)射天線輻射的電磁波需兩次穿透媒質(zhì)才能被接收天線接收，受限于媒質(zhì)散射干擾與衰 減的影響，天線探測(cè)距離較短，分辨率差，因此要求天線具有良好的時(shí)域保真性、超帶寬特 性、高增益和小體積輕量化，并且要盡量減少天線形狀對(duì)探測(cè)車的影響。
[0003] 目前，超寬帶探測(cè)雷達(dá)常用的天線形式主要有TEM喇叭天線、Vivaldi天線和偶極 子天線。對(duì)于探地雷達(dá)和穿墻雷達(dá)等脈沖探測(cè)雷達(dá)來(lái)說(shuō)，為了良好地與介質(zhì)耦合，獲得更好 的探測(cè)效果，在工作過(guò)程中，要求天線盡量靠近地面或墻體，因此TEM喇叭天線和Vivaldi天 線等常用的空氣耦合天線并不適合應(yīng)用在此類雷達(dá)系統(tǒng)中，并且TEM喇叭天線和Vivaldi天 線尺寸也比較大，不利于車載以及系統(tǒng)的集成化，所以具有平面偶極子形式的天線對(duì)車載 超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)是比較合理的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種頻帶寬、時(shí)域輻射特性好、增益高且易 于安裝的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線。
[0005] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，車載超寬帶離散式加載半橢 圓天線，其特征在于包括發(fā)射天線單元、接收天線單元、絕緣介質(zhì)板、反射腔、離散式加載電 阻、金屬帶和連接電阻，其中發(fā)射天線單元和接收天線單元分別由兩個(gè)完全相同的半橢圓 天線臂組成，半橢圓天線臂兩兩并列對(duì)應(yīng)安裝于由擋板平均分隔開(kāi)的反射腔內(nèi)，同列的兩 個(gè)半橢圓天線臂對(duì)稱地印制于絕緣介質(zhì)板的正面構(gòu)成一組超寬帶偶極子天線，同列的兩個(gè) 半橢圓天線臂的長(zhǎng)半軸方向與擋板平行并且在同列的兩個(gè)半橢圓天線臂之間設(shè)有間隔，鄰 近間隔的兩個(gè)半橢圓天線臂上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，半橢圓天線臂上沿長(zhǎng) 半軸方向均布有多條縫隙，每條縫隙內(nèi)均勻焊接有多個(gè)離散式加載電阻，半橢圓天線臂的 底側(cè)兩端分別通過(guò)連接電阻與金屬帶連接構(gòu)成加載回路，反射腔為具有一開(kāi)口面的矩形金 屬腔體，該反射腔的開(kāi)口面與絕緣介質(zhì)板的邊緣通過(guò)螺母固定。
[0006] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述半橢圓天線臂的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度為166mm，短軸長(zhǎng)度為120mm，半橢圓 天線臂的每條縫隙內(nèi)離散式加載電阻的總阻值按照Wu-king加載計(jì)算公式得出，具體如下：
[0011] 其中Ri為第i條縫隙內(nèi)的加載電阻總阻值，L為半橢圓天線臂的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度，Zl為半 橢圓天線臂饋電端與離散式加載電阻所在縫隙的垂直距離，k〇為自由空間波數(shù)，a為桿狀天 線的半徑，Wu-king加載主要應(yīng)用于桿狀天線中，因此在計(jì)算設(shè)計(jì)過(guò)程中基于面積相同做了 兩次等效變換，首先在長(zhǎng)半軸相同情況下將半橢圓偶極子天線等效為一個(gè)矩形，然后在側(cè) 面積相等的條件下將矩形等效為桿狀。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述半橢圓天線臂上沿長(zhǎng)半軸方向均布有6條縫隙，通過(guò)在這些縫隙 上焊接貼片電阻心實(shí)現(xiàn)加載，經(jīng)過(guò)計(jì)算和優(yōu)化并考慮到實(shí)際電阻值分布情況，所述每條縫 隙內(nèi)加載電阻心由5個(gè)均勻焊接的并行電阻組成，從半橢圓天線臂的饋電端開(kāi)始縫隙內(nèi)離 散式加載電阻的阻值依次為50Ω、60Ω、75Ω、1〇〇Ω、130Ω和220 Ω，同列的兩個(gè)半橢圓天 線臂之間間隔的距離為4_，連接電阻的阻值為300 Ω。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述絕緣介質(zhì)板為單面覆銅的環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維布介質(zhì)板，其介電 常數(shù)為4.4，長(zhǎng)度為336mm，寬度為300mm，厚度為0.5-2mm。
[0014] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述反射腔為鋁制矩形腔體，其高度為天線中心頻率對(duì)應(yīng)的自由空 間波長(zhǎng)的1/25,長(zhǎng)度為360mm，寬度為300mm。
[0015] 本實(shí)用新型安裝于探測(cè)車底部，具有工作帶寬大、時(shí)域輻射特性好、結(jié)構(gòu)緊湊、天 線反射腔高度低和易于雷達(dá)小型化的特點(diǎn)，能夠滿足車載超寬帶探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的工程需 求。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型的輸入阻抗曲線；
[0018]圖3是本實(shí)用新型的隔離度曲線；
[0019]圖4是本實(shí)用新型正下方lm位置處時(shí)域輻射波形曲線。
[0020]圖中：1、發(fā)射天線單元，2、接收天線單元，3、絕緣介質(zhì)板，4、反射腔，5、離散式加載 電阻，6、金屬帶，7、連接電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0021]結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的具體內(nèi)容。如圖1所示，車載超寬帶離散式加載半 橢圓天線，包括發(fā)射天線單元1、接收天線單元2、絕緣介質(zhì)板3、反射腔4、離散式加載電阻5、 金屬帶6和連接電阻7,其中發(fā)射天線單元1和接收天線單元2分別由兩個(gè)完全相同的半橢圓 天線臂組成，半橢圓天線臂兩兩并列對(duì)應(yīng)安裝于由擋板平均分隔開(kāi)的反射腔4內(nèi)，同列的兩 個(gè)半橢圓天線臂對(duì)稱地印制于絕緣介質(zhì)板3的正面構(gòu)成一組超寬帶偶極子天線，同列的兩 個(gè)半橢圓天線臂的長(zhǎng)半軸方向與擋板平行并且在同列的兩個(gè)半橢圓天線臂之間設(shè)有間隔， 鄰近間隔的兩個(gè)半橢圓天線臂上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，半橢圓天線臂上沿 長(zhǎng)半軸方向均布有多條縫隙，每條縫隙內(nèi)均勻焊接有多個(gè)離散式加載電阻5,可以有效減小 天線末端的電流反射，抑制脈沖拖尾，半橢圓天線臂的底側(cè)兩端分別通過(guò)連接電阻7與金屬 帶6連接構(gòu)成加載回路，反射腔4為具有一開(kāi)口面的矩形金屬腔體，該反射腔4的開(kāi)口面與絕 緣介質(zhì)板3的邊緣通過(guò)螺母固定。
[0022] 所述半橢圓天線臂的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度為166mm，短軸長(zhǎng)度為120mm，半橢圓天線臂的每 條縫隙內(nèi)離散式加載電阻5的總阻值按照Wu-king加載計(jì)算公式得出，具體如下：
[0027] 其中R,為第i條縫隙內(nèi)的加載電阻總阻值，L為半橢圓天線臂的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度，Zl為半 橢圓天線臂饋電端與離散式加載電阻5所在縫隙的垂直距離，ko為自由空間波數(shù)，a為桿狀 天線的半徑。Wu-king加載主要應(yīng)用于桿狀天線中，因此在計(jì)算設(shè)計(jì)過(guò)程中基于面積相同做 了兩次等效變換，首先在長(zhǎng)半軸相同情況下將半橢圓偶極子天線等效為一個(gè)矩形，然后在 側(cè)面積相等的條件下將矩形等效為桿狀。
[0028] 所述半橢圓天線臂上沿長(zhǎng)半軸方向均布有6條縫隙，通過(guò)在這些縫隙上焊接貼片 電阻心實(shí)現(xiàn)加載。經(jīng)過(guò)計(jì)算和優(yōu)化并考慮到實(shí)際電阻值分布情況，所述每條縫隙內(nèi)加載電 阻心由5個(gè)均勻焊接的并行電阻5組成，從半橢圓天線臂的饋電端開(kāi)始縫隙內(nèi)離散式加載電 阻5的阻值依次為50Ω、60Ω、75Ω、1〇〇Ω、130Ω和220Ω，同列的兩個(gè)半橢圓天線臂之間間 隔的距離為4mm，可根據(jù)輸入阻抗等天線技術(shù)指標(biāo)要求對(duì)兩個(gè)半橢圓天線臂之間間隔的距 離進(jìn)行調(diào)整，連接電阻7的阻值為300Ω。
[0029]所述絕緣介質(zhì)板3為單面覆銅的環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維布介質(zhì)板，其介電常數(shù)為4.4， 長(zhǎng)度為336mm，寬度為300mm，厚度為0.5_2mm。
[0030] 所述反射腔4為鋁制矩形腔體，根據(jù)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，考慮到天線安裝環(huán)境的限 制以及時(shí)域輻射特性的要求，該反射腔4采用矮背腔設(shè)計(jì)，其高度為天線中心頻率對(duì)應(yīng)的自 由空間波長(zhǎng)的1/25,長(zhǎng)度為360mm，寬度為300mm。
[0031] 如圖2所示，為車載超寬帶離散式加載半橢圓天線的輸入阻抗曲線，在頻率范圍 內(nèi)，可以看出天線的輸入阻抗曲線比較平坦，實(shí)部保持在100 Ω左右，同時(shí)虛部值較小，表明 天線端口反射很小。
[0032] 如圖3所示，為車載超寬帶離散式加載半橢圓天線之間的隔離度曲線，從圖中可以 看出在250-750MHZ頻帶范圍內(nèi)隔離度均不小于35dB。
[0033] 如圖4所示，為車載超寬帶離散式加載半橢圓天線正下方lm位置處時(shí)域輻射波形 曲線，此時(shí)天線安裝在探測(cè)車底部，圖中，橫坐標(biāo)表示單位為ns的時(shí)間變量，縱坐標(biāo)為歸一 化的輻射脈沖幅值。從圖中可知，當(dāng)天線安裝在探測(cè)車底部時(shí)，其輻射波形振蕩拖尾依舊非 常小，振蕩水平低于10%，表明該天線具有良好的時(shí)域輻射特性。
[0034] 綜上所述，本實(shí)用新型提供的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線安裝于探測(cè)車底 部，具有工作帶寬大、時(shí)域輻射特性好、結(jié)構(gòu)緊湊、天線反射腔高度低和易于雷達(dá)的小型化 等特點(diǎn)，能夠滿足車載超寬帶探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)的工程需求。
[0035]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. 車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，其特征在于包括發(fā)射天線單元、接收天線單元、 絕緣介質(zhì)板、反射腔、離散式加載電阻、金屬帶和連接電阻，其中發(fā)射天線單元和接收天線 單元分別由兩個(gè)完全相同的半橢圓天線臂組成，半橢圓天線臂兩兩并列對(duì)應(yīng)安裝于由擋板 平均分隔開(kāi)的反射腔內(nèi)，同列的兩個(gè)半橢圓天線臂對(duì)稱地印制于絕緣介質(zhì)板的正面構(gòu)成一 組超寬帶偶極子天線，同列的兩個(gè)半橢圓天線臂的長(zhǎng)半軸方向與擋板平行并且在同列的兩 個(gè)半橢圓天線臂之間設(shè)有間隔，鄰近間隔的兩個(gè)半橢圓天線臂上分別設(shè)有輸入端口作為各 自的饋電端，半橢圓天線臂上沿長(zhǎng)半軸方向均布有多條縫隙，每條縫隙內(nèi)均勻焊接有多個(gè) 離散式加載電阻，半橢圓天線臂的底側(cè)兩端分別通過(guò)連接電阻與金屬帶連接構(gòu)成加載回 路，反射腔為具有一開(kāi)口面的矩形金屬腔體，該反射腔的開(kāi)口面與絕緣介質(zhì)板的邊緣通過(guò) 螺母固定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，其特征在于:所述半橢圓 天線臂的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度為166mm，短軸長(zhǎng)度為120mm，半橢圓天線臂的每條縫隙內(nèi)離散式加載 電阻的總阻值按照Wu-king加載計(jì)算公式得出，具體如下：其中R1為第i條縫隙內(nèi)的加載電阻總阻值，L為半橢圓天線臂的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度，21為半橢圓 天線臂饋電端與離散式加載電阻所在縫隙的垂直距離，k〇為自由空間波數(shù)，a為桿狀天線的 半徑，Wu-king加載主要應(yīng)用于桿狀天線中，因此在計(jì)算設(shè)計(jì)過(guò)程中基于面積相同做了兩次 等效變換，首先在長(zhǎng)半軸相同情況下將半橢圓偶極子天線等效為一個(gè)矩形，然后在側(cè)面積 相等的條件下將矩形等效為桿狀。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，其特征在于:所述半橢圓 天線臂上沿長(zhǎng)半軸方向均布有6條縫隙，通過(guò)在這些縫隙上焊接貼片電阻心實(shí)現(xiàn)加載，經(jīng)過(guò) 計(jì)算和優(yōu)化并考慮到實(shí)際電阻值分布情況，所述每條縫隙內(nèi)加載電阻心由5個(gè)均勻焊接的 并行電阻組成，從半橢圓天線臂的饋電端開(kāi)始縫隙內(nèi)離散式加載電阻的阻值依次為50 Ω、 60 Ω、75Ω、100 Ω、130 Ω和220 Ω，同列的兩個(gè)半橢圓天線臂之間間隔的距離為4mm，連接電 阻的阻值為300 Ω。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，其特征在于:所述絕緣介 質(zhì)板為單面覆銅的環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維布介質(zhì)板，其介電常數(shù)為4.4，長(zhǎng)度為336mm，寬度為 300mm，厚度為0.5_2mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，其特征在于:所述反射腔 為鋁制矩形腔體，其高度為天線中心頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的1/25，長(zhǎng)度為360mm，寬度
【文檔編號(hào)】H01Q1/36GK205646129SQ201620480809
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】李雪萍, 陳凱建, 施宇, 申衍柯, 曾凡鑫
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)