本發(fā)明涉及雷達技術領域，尤其涉及一種用于探地雷達的時域超寬帶tem喇叭天線。

背景技術：

探地雷達(gpr)是一種快速、高效、無損探測的物理方法。探地雷達利用一個發(fā)射天線發(fā)射高頻電磁波，另一個天線接收來自地下目標介質界面的反射波，然后對獲取的數據進行分析處理，進而得到地下目標的分布狀態(tài)。其中雷達天線是探地雷達系統(tǒng)中最為關鍵的部件，天線的性能在很大程度上影響探地雷達的性能及目標探測的深度和探測精度。當前探地雷達天線主要以蝶形天線為主，這種天線帶寬窄、中心頻率低、發(fā)射能量有限、效率低，難于滿足更大距離范圍內精細探測需求，且?guī)捰邢?，信號分辨能力較差，具有相對較低的信噪比，同時尺寸較大，這不利于雷達系統(tǒng)的工程化應用。

為了協(xié)調好探測深度和分辨率，需要開發(fā)新型的探地雷達天線。tem喇叭天線具有高增益、超寬帶、無色散、饋電結構簡單、脈沖失真小等優(yōu)點，在探地雷達領域中得到了廣泛的研究。

技術實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發(fā)明提供了一種用于探地雷達的時域超寬帶tem喇叭天線，天線整體尺寸較小，增益高，波形保真性好，帶寬達到0.9—12.6ghz，具有良好的寬帶特性，具有超寬帶特點，滿足系統(tǒng)對探測距離和精度的要求。

(二)技術方案

根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于探地雷達的時域超寬帶tem喇叭天線，包括：

輻射臂，其包括上輻射臂及與該上輻射臂對稱設置的下輻射臂；所述上、下輻射臂的輪廓呈拋物線型或指數函數曲線型；

多個延展面，分別設于所述上輻射臂和下輻射臂的一端；

饋電巴倫，設于所述上輻射臂和下輻射臂的另一端，用于同軸饋電。

在一些實施例中，所述指數函數為指數漸近函數，滿足下式：

式中，a、b、c均為常數；x，y分別表示橫坐標、縱坐標。

在一些實施例中，所述饋電巴倫包括：

同軸線結構；

第一輻射片，與所述同軸線結構連接；所述第一輻射片包括第一上輻射片及第一下輻射片；以及

第二輻射片，包括第二上輻射片及第二下輻射片；

其中，所述第一上輻射片末端與所述第二上輻射片連接，第一下輻射片末端與所述第二下輻射片連接；第二上輻射片末端與所述上輻射臂連接，第二下輻射片末端與所述下輻射臂連接。

在一些實施例中，第一上輻射片與第一下輻射片平行，所述第一上輻射片與同軸線內端饋電處連接，用于輻射電磁波，所述第一下輻射片與同軸線外端連接，用于接地，實現(xiàn)從同軸線到天線的不平衡到平衡的轉換。

在一些實施例中，所述延展面為三角形，用于延長輻射臂的電流分布路徑。

在一些實施例中，還包括：屏蔽腔，其為三面開口的中空梯形臺結構；其中，所述屏蔽腔包括底面及分別與該底面兩端連接的兩側面；所述饋電巴倫容納于所述屏蔽腔內，所述輻射臂至少部分容納于所述屏蔽腔內。

在一些實施例中，所述輻射臂與延展面共同構成天線的輻射體，該輻射體和屏蔽腔之間采用多孔泡沫填充。

在一些實施例中，還包括：多個加載電阻，分別設于所述延展面的末端，連接所述天線的延展面與所述屏蔽腔的側面。

在一些實施例中，所述多個延展面包括第一延展面、第二延展面、第三延展面以及第四延展面；所述第一延展面、第二延展面并行設置在天線上輻射臂的末端處，第三延展面、第四延展面并行設置在天線下輻射臂末端處，所述上、下輻射臂結構相同，所述四個延展面的結構相同。

在一些實施例中，所述多個加載電阻包括第一加載電阻、第二加載電阻、第三加載電阻、以及第四加載電阻；所述第一加載電阻和第二加載電阻并行設置在天線的第一延展面、第二延展面末端處，第一加載電阻連接第一延展面與屏蔽腔的側面，第二加載電阻連接第二延展面與屏蔽腔的側面；第三加載電阻和第四加載電阻并行設置在天線的第三延展面、第四延展面處，第三加載電阻連接第三延展面與屏蔽腔的側面，第四加載電阻連接第四延展面與屏蔽腔的側面；所述四個加載電阻的結構相同。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發(fā)明用于探地雷達的時域超寬帶tem喇叭天線至少具有以下有益效果其中之一：

(1)采用拋物線或指數函數曲線型天線輻射臂，天線整體尺寸較小，增益高，波形保真性好，具有良好的寬帶特性，具有超寬帶特點，滿足系統(tǒng)對探測距離和精度的要求。

(2)在天線末端加載三角形延展面，可延長輻射片的電流分布路徑，同時通過對延展面的末端進行銳化，從而更好地集中天線臂末端殘余電流。

(3)采用饋電巴倫結構，第一上輻射片及第一下輻射片平行，第一下輻射片與同軸線外端連接，用于接地，以實現(xiàn)從同軸線到天線的不平衡到平衡的轉換，第一上輻射片與同軸線內端饋電處連接，用來輻射電磁波。

(4)由天線臂和延展面構成輻射體，通過加載電阻和屏蔽腔連接起來，天線和屏蔽腔間用多孔泡沫進行填充，方便固定。

附圖說明

圖1為依據本發(fā)明實施例天線結構示意圖。

圖2為依據本發(fā)明實施例天線輻射臂結構示意圖。

圖3(a)為依據本發(fā)明實施例天線輻射臂俯視圖。

圖3(b)為依據本發(fā)明實施例天線輻射臂側視圖。

圖4為依據本發(fā)明實施例天線饋電巴倫結構示意圖。

圖5為依據本發(fā)明實施例天線仿真與實測結果示意圖。

圖6為依據本發(fā)明實施例天線實測波形圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。此外，以下實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。

在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種用于探地雷達的時域超寬帶tem喇叭天線。圖1為依據本發(fā)明實施例天線結構示意圖。如圖1所示，本實施例用于探地雷達的時域超寬帶tem喇叭天線，包括：

輻射臂，包括上輻射臂2；下輻射臂3，與所述上輻射臂對稱設置；所述上、下輻射臂的輪廓呈拋物線型或指數函數曲線型；

多個延展面4a、4b、5a、5b，分別設于所述輻射臂的一端；

饋電巴倫1，設于所述上輻射臂和下輻射臂的另一端，用于同軸饋電。其中，輻射臂與延展面共同構成天線的輻射體；輻射體和屏蔽腔間采用多孔泡沫進行填充，方便固定。

所述延展面優(yōu)選為三角形，用于延長輻射臂的電流分布路徑，同時通過對延展面的末端進行銳化，從而更好地集中天線臂末端殘余電流。請繼續(xù)參照圖1，所述天線還可進一步包括：

屏蔽腔8，其為三面開口的中空梯形臺結構；以及

多個加載電阻6a、6b、7a、7b，分別設于所述延展面的末端，連接天線的延展面與所述屏蔽腔；

其中，所述屏蔽腔8包括底面及分別與底面兩端連接的兩側面；所述饋電巴倫和天線主體容納于所述屏蔽腔內。

采用屏蔽腔結構，可以屏蔽外界電磁場對天線的干擾，改善天線的性能。

優(yōu)選的，所述延展面可為四個，分別為第一延展面4a、第二延展面4b、第三延展面5a以及第四延展面5b；其中第一延展面、第二延展面并行設置在天線上輻射臂2末端處，第三延展面、第四延展面并行設置在天線下輻射臂3末端處。所述上、下輻射臂結構相同；所述四個延展面的結構相同。

所述加載電阻也可為四個，分別為第一加載電阻6a、第二加載電阻6b、第三加載電阻7a、以及第四加載電阻7b；其中，第一加載電阻和第二加載電阻并行設置在天線上輻射臂2端部延展面4a、4b處，第一加載電阻連接第一延展面與屏蔽腔的側面端部，第二加載電阻連接第二延展面與屏蔽腔的側面端部；第三加載電阻和第四加載電阻并行設置在天線下輻射臂3端部延展面5a、5b處，第三加載電阻連接第三延展面與屏蔽腔的側面端部，第四加載電阻連接第四延展面與屏蔽腔的側面端部；所述四個加載電阻的結構均相同。

以下結合圖2-3詳細介紹本發(fā)明實施例的天線臂。其中，圖2為依據本發(fā)明實施例天線臂結構示意圖。圖3(a)為依據本發(fā)明實施例天線臂俯視圖。圖3(b)為依據本發(fā)明實施例天線臂側視圖。如圖2-3所示，優(yōu)選的，天線的寬度尺寸為w1＝150mm；天線的長度尺寸為l2＝102mm；天線的高度尺寸為d1＝150mm；饋電處上天線臂和下天線臂間的高度尺寸為d2＝2.6mm；饋電巴倫下輻射片的起始最大寬度w2＝30mm；饋電巴倫上輻射片的起始最小寬度w3＝5mm；饋電巴倫終端最大寬度w4＝24mm；饋電巴倫中端寬度w5＝12mm；饋電巴倫中端高度d5＝2.6mm；饋電巴倫終端高度d4＝3.4mm；輻射臂整體呈指數函數曲線的形式逐漸展開，其前部變化平緩，后部變化較大，以減小由于阻抗?jié)u變引起的反射。

優(yōu)選的，所述指數函數為指數漸近函數，滿足如下式(1)：

式中，a、b、c均為常數；t是自變量，x，y是因變量，x，y表示橫坐標和縱坐標；具體的，可設置a＝46，b＝200，c＝-0.32。

圖4為依據本發(fā)明實施例饋電巴倫結構示意圖。如圖4所示，天線饋電巴倫包括：

同軸線結構；

第一輻射片，與所述同軸線結構連接；所述第一輻射片包括平行設置的第一上輻射片及第一下輻射片；

第二輻射片，包括張開設置的第二上輻射片及第二下輻射片；

其中，所述第一上輻射片末端與所述第二上輻射片連接，第一下輻射片末端與所述第二下輻射片連接；第二上輻射片與上輻射臂連接，第二下輻射片與下輻射臂連接。

所述第一上輻射片及第一下輻射片盡量平行，類似于微帶漸變，所述第一下輻射片與同軸線外端連接，用于接地，以實現(xiàn)從同軸線到天線的不平衡到平衡的轉換，所述第一上輻射片與同軸線內端饋電處連接，用來輻射電磁波。

圖5為依據本發(fā)明實施例超寬帶tem喇叭天線的電壓駐波比實測與仿真曲線圖。如圖5所示，在頻帶為0.9～12.6ghz時，電壓駐波比<2。其中，電壓駐波比換算成回波損耗，即駐波系數為2時，回波損耗約為-9.6db。按照一般高速公路探測探地雷達天線應用s11<-10，可以看出天線在0.9～12.6ghz頻帶范圍內都能非常好地滿足要求。

圖6為依據本發(fā)明實施例天線實測波形圖，具體的，是采用信號發(fā)生器、geozondas2ghz脈沖源、tektronix示波器對tem喇叭天線進行時域波形測量得到的波形結果圖。如圖6所示，接收回波信號具有較小的振鈴，波形保真性好，能夠滿足用于高速公路探測探地雷達的系統(tǒng)要求。

綜上，本發(fā)明一種用于探地雷達的時域超寬帶tem喇叭天線，整體尺寸較小，增益高，波形保真性好，帶寬達到0.9—12.6ghz，具有良好的寬帶特性，具有超寬帶特點，滿足系統(tǒng)對探測距離和精度的要求。

至此，已經結合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發(fā)明用于探地雷達的時域超寬帶tem喇叭天線有了清楚的認識。

此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換：

所述延展面除了三角形之外，還可以為矩形、半圓形等其它形狀，同樣可以實現(xiàn)本發(fā)明。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。