本發(fā)明涉及機載探地雷達的設計領域，特別涉及一種用于機載探地雷達的阿基米德螺旋天線裝置。

背景技術：

探地雷達是用頻率介于100mhz～4000mhz的高頻帶電磁波來確定地下介質(zhì)分布的一種高效地球物理方法。其主要應用領域在環(huán)境評價、工程地質(zhì)、巖土工程、考古、水文地質(zhì)和高放射性廢料儲存場所選址等方面的研究上。機載探地雷達作為探地雷達的一個重要分支，它具有高分辨率，無損性，高效性，抗干擾能力強，探測目標廣泛，特別是在環(huán)境惡劣、交通不便地面人員無法到達的地區(qū)擁有其他探查方法無法比擬的優(yōu)勢。

天線是雷達系統(tǒng)最重要的部件之一，作為探地雷達的一個特殊分支，機載探地雷達系統(tǒng)在采用步進頻域工作方式時不僅需要天線擁有低重量、小尺寸，低風阻還需要滿足其他的一些特定要求，如良好的輻射波形、定向性及阻抗匹配等，尤其在要求天線小尺寸的情況下，產(chǎn)生一個定向波束是很難實現(xiàn)的，因此機載探地雷達定向天線的設計是整個雷達系統(tǒng)設計的難點所在。

阿基米德螺旋天線是平面寬帶天線的一種，具有結(jié)構(gòu)簡單、寬頻帶、輻射性能好等特點，是探地雷達系統(tǒng)中常見的天線。但由于機載探地雷達的工作頻率為100mhz～1500mhz，這樣常規(guī)的阿基米德天線尺寸會比較大，因此研制一種小型化、寬頻帶、高定向性、適合于機載探地雷達的天線是機載探地雷達系統(tǒng)開發(fā)中亟需解決問題?，F(xiàn)今在實現(xiàn)阿基米德螺旋天線小型化上主要采用兩種方法：第一就是改進天線的結(jié)構(gòu)使天線實現(xiàn)小型化，第二就是采用高介電常數(shù)介質(zhì)使天線實現(xiàn)小型化，但是相對介電常數(shù)過高會激發(fā)高次模式，影響天線性能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述問題，提供一種用于機載探地雷達的小型化、寬頻帶、高定向性、波形良好的阿基米德螺旋天線裝置。

本發(fā)明基于阿基米德螺旋天線的輻射特性(不同區(qū)域輻射不同頻率的電磁波，由內(nèi)而外頻率從高到低)得出：天線基板的相對介電常數(shù)與天線工作頻率成反比，即天線基板相對介電常數(shù)越高，同一尺寸下的天線工作頻率會向低偏移，但是板材的相對介電常數(shù)過高會激發(fā)高次模式，故對阿基米德螺旋天線不同輻射區(qū)域采用不同相對介電常數(shù)的介質(zhì)基片，天線背部使用吸收腔體來實現(xiàn)天線的單向輻射，從而設計出小型化、寬頻帶、高定向性、波形良好的阿基米德螺旋天線裝置。

本發(fā)明的一種用于機載探地雷達的阿基米德螺旋天線裝置，包括天線、吸收腔和饋電結(jié)構(gòu)，其中天線設置在吸收腔上，饋電結(jié)構(gòu)用于天線的電連接；

所述天線包括雙臂阿基米德螺旋天線片和天線基板，雙臂阿基米德螺旋天線片設置在天線基板上，天線基板為內(nèi)基板與外基板組合的回字形結(jié)構(gòu)，且內(nèi)基板的相對介電常數(shù)小于外基板的相對介電常數(shù)，優(yōu)選的，內(nèi)基板的相對介電常數(shù)為2～3，外基板的相對介電常數(shù)為8-13；

所述吸收腔包括相對介電常數(shù)接近于空氣的填充物(例如泡沫)、吸收層和金屬背腔，吸收層設置于金屬背腔內(nèi)，用于吸收所述天線的的后向輻射，使本發(fā)明的天線實現(xiàn)單向輻射，填充物用于填充所述吸收腔，對天線、吸收層5起支撐作用，以達到不影響天線性能同時又滿足天線輕質(zhì)量的要求。

本發(fā)明對不同輻射區(qū)采用不同的介質(zhì)基板(天線基板的內(nèi)外基板)，在工作的相對高頻區(qū)采用低相對介電常數(shù)的介質(zhì)基板(對應本發(fā)明的內(nèi)基板)，工作的相對低頻區(qū)采用高介電常數(shù)的介質(zhì)基板(對應本發(fā)明的外基板)，這樣既能避免在工作的相對高頻區(qū)產(chǎn)生高次模式得到一個滿意的輻射波形，也能實現(xiàn)天線的小型化；并通過吸收層將天線后向輻射能量吸收掉使天線實現(xiàn)單向輻射；同時本發(fā)明的吸收腔優(yōu)于傳統(tǒng)的金屬反射腔不影響前向的能量輻射能得到滿意輻射方向圖，天線縱向尺寸能遠遠小于一般傳統(tǒng)反射腔，常規(guī)的金屬反射腔(厚度)縱向尺寸一般為工作頻率的1/4波長，例如對于工作頻率為100mhz，波長為3米的金屬反射腔，其縱向尺寸為750毫米，本發(fā)明在滿足該工作頻率及波長的前提下，其吸收腔的縱向尺寸能達到20到50毫米之間。

進一步的，所述饋電結(jié)構(gòu)包括饋電巴倫和同軸接頭，饋電巴倫的平衡端與雙臂阿基米德螺旋天線片的天線臂相連，饋電巴倫的非平衡端穿過吸收層與設置于金屬背腔底端的同軸接頭相連。

優(yōu)選的，天線基板為正方形，邊長為450～550mm；內(nèi)基板(1)也為正方形，邊長為200～300mm。

優(yōu)選的，所述雙臂阿基米德螺旋天線片(3)的內(nèi)徑為：3mm、外邊長為：480mm、臂寬：4mm。

綜上所述，由于采用了以上技術方案，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明對不同輻射區(qū)采用不同的介質(zhì)基板(天線基板的內(nèi)外基板)，在工作的相對高頻區(qū)采用低相對介電常數(shù)的介質(zhì)基板(對應本發(fā)明的內(nèi)基板)，工作的相對低頻區(qū)采用高介電常數(shù)的介質(zhì)基板(對應本發(fā)明的外基板)，這樣既能避免在工作的相對高頻區(qū)產(chǎn)生高次模式得到一個滿意的輻射波形，也能實現(xiàn)天線的小型化，天線的尺寸可以設置在500mm×500mm左右。

2)本發(fā)明通過吸收層實現(xiàn)天線單向輻射，同時能不影響前向輻射得到滿意輻射方向圖，天線縱向尺寸遠遠小于一般傳統(tǒng)反射腔。

4)本發(fā)明在天線吸收腔內(nèi)使用泡沫填充即支撐了天線又不影響天線的性能同時又滿足天線質(zhì)量輕的要求。

5)具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的天線的工作頻帶寬，在100mhz～1600mhz的頻帶范圍內(nèi)回波損耗小于-10db，擁有超寬的帶寬。

附圖說明

圖1是本發(fā)明天線在具體實施方式中天線裝置側(cè)視剖面圖；

圖2是本發(fā)明天線在具體實施方式中的天線基板俯視圖；

圖3是本發(fā)明天線在具體實施方式中的天線裝置俯視圖；

圖4是本發(fā)明天線在具體實施方式中仿真運行的回波損耗(s11)曲線坐標圖；

附圖標記：1——arlonad250介質(zhì)或相似電參數(shù)介質(zhì)材料基板i，2——arlonar1000介質(zhì)或相似電參數(shù)介質(zhì)材料基板ii，3——雙臂阿基米德螺旋天線片，4——泡沫，5——吸收層，6——金屬背腔，7——饋電巴倫，8——同軸接頭。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細描述。

實施例

參見圖1，本發(fā)明用于機載探地雷達的阿基米德螺旋天線裝置，包括arlonad250介質(zhì)基板i1(即相對介電常數(shù)為2.5的內(nèi)基板)、arlonar1000介質(zhì)材料基板ii2(即相對介電常數(shù)為10的外基板)、雙臂阿基米德螺旋天線片3、泡沫4、吸波材料構(gòu)成的吸收層5、金屬背腔6、饋電巴倫7、同軸接頭8。

其中，基板i1的尺寸設置為300mm×300mm；基板ii2為中空的回字形，其外邊長為500mm、內(nèi)邊長為300mm，將基板i1與基板ii2進行組合，得到一塊介質(zhì)基板，即回字形結(jié)構(gòu)的天線基板，如圖2所示，其中天線基板的尺寸為500mm×500mm。

然后將雙臂阿基米德螺旋天線片3印制在天線基板上，如圖3所示，其中雙臂阿基米德螺旋天線片3的內(nèi)徑為：3mm、外邊長為：480mm、臂寬：4mm。

上述基板i1、基板ii2和雙臂阿基米德螺旋天線片3構(gòu)成本發(fā)明的天線。由泡沫4、吸收層5和金屬背腔6構(gòu)成本發(fā)明的吸收內(nèi)腔，所述天線位于吸收內(nèi)腔上。其中吸收層5設置于金屬背腔6內(nèi)，用于吸收天線的后向輻射，從而實現(xiàn)天線的單向輻射，同時能得到滿意輻射方向圖，吸收腔由泡沫4填充，用于支撐天線、吸收層5，以達到不影響天線性能同時又滿足天線輕質(zhì)量的要求。

最后，通過非平衡--平衡轉(zhuǎn)換的饋電巴倫7將雙臂阿基米德螺旋天線片3的天線臂與同軸接頭8連接起來實現(xiàn)同軸接頭與天線片的電連接，即饋電巴倫7的平衡端與雙臂阿基米德螺旋天線片3的天線臂相連，非平衡端穿過吸收層5與設置于金屬背腔底端的同軸接頭8相連。

本實施例中的用于機載探地雷達的阿基米德螺旋天線裝置的仿真結(jié)果如圖4所示，通過饋電巴倫7的匹配回波損耗(s11)全頻段小于-10db，匹配良好。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。