[发明专利]背腔蝶形探地雷达天线装置

说明书

技术领域

本发明涉及探地雷达技术领域，具体涉及一种背腔蝶形探地雷达天线装置。

背景技术

探地雷达主要应用于公路、桥梁、隧道以及矿井的无损探测、地质勘探和研究，以及地下管线等各种金属和非金属目标的检测、定位、成像等。探地雷达(GPR)是利用超高频电磁波探测地下介质电性分布的一种地球物理仪器。高频电磁波以宽带短脉冲的形式，在地面通过发射天线将信号传入地下，经过层界面或目标体的反射后返回地面，由接收天线接收，通过对电磁波反射信号的时域特征和振幅特征进行分析，即可得到探测区域内的地质信息。

天线是探地雷达系统中至关重要的一个组成部分，它直接影响着整个系统的性能。探地雷达系统普遍采用超宽带窄脉冲信号，并且探地雷达系统的中心工作频率一般在10MHz～2500MHz之间。因此要求天线应该具有良好的辐射特性和宽带特性，以及良好的时域特性，并且中心工作频率在10MHz～2500MHz之间。传统探地雷达天线的电尺寸相对较大不便于集成在复杂系统上；带宽也不是足够的宽；辐射性能低，不能满足高增益要求；而且造价非常昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背腔蝶形探地雷达天线装置，该天线通过设计蝶形天线的蝶形天线贴片和微带馈电线来有效改善天线的输入阻抗，并且拓宽了天线的带宽。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种背腔蝶形探地雷达天线装置，其特征在于：它包括玻纤板、第一蝶形天线贴片、第二蝶形天线贴片、第一微带馈电线和第二微带馈电线，其中，玻纤板正面的中部至下端边缘之间设置第一微带馈电线，玻纤板背面的中部至下端边缘之间设置第二微带馈电线，所述第一蝶形天线贴片的左侧为第一梯形贴片区域，第一蝶形天线贴片的右侧为第一矩形贴片区域，所述第一蝶形天线贴片刻蚀在玻纤板的正面，且第一蝶形天线贴片位于第一微带馈电线的右侧，所述第一蝶形天线贴片中第一梯形贴片区域的上底边与第一微带馈电线一端连接；

所述第二蝶形天线贴片的右侧为第二梯形贴片区域，第二蝶形天线贴片的左侧为第二矩形贴片区域，所述第二蝶形天线贴片刻蚀在玻纤板的背面，且第二蝶形天线贴片位于第二微带馈电线的左侧，所述第二蝶形天线贴片中第二梯形贴片区域的上底边与第二微带馈电线一端连接；

第一微带馈电线的另一端与第二微带馈电线的另一端连接。

背腔蝶形探地雷达天线装置还包括长方体金属背腔罩，所述长方体金属背腔罩罩在玻纤板的上方，所述长方体金属背腔罩用于实现蝶形探地雷达天线向地下辐射能量时进行定向。

本发明的有益效果：

本发明通过设计蝶形天线的蝶形天线贴片和微带馈电线来有效改善天线的输入阻抗，并且拓宽了天线的带宽。所设计的蝶形天线成本低，工作带宽在461MHz～1.3GHz频段之间，有着很好的阻抗匹配特性。加入的背腔能够有效地使蝶形天线的辐射方向指向地下，于是辐射模式满足探地雷达的要求。本发明有效的降低了天线的回波损耗，很好的满足了探地雷达天线的需求，比传统探地雷达天线具有更好的方向性，而且大大提高了天线的辐射增益。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的仰视结构示意图；

图4为本发明中长方体金属背腔罩的立体结构示意图；

图5为本发明中安装了腔罩的探地雷达天线俯视结构示意图；

图6为本发明中天线的测试和仿真的S11参数的结果图；

图7为本发明的电压驻波比的仿真结果；

图8为本发明在500MHz处归一化辐射方向图；

图9为本发明在700MHz处归一化辐射方向图；

图10为本发明在900MHz处归一化辐射方向图；

图11为本发明在1.1GHz处归一化辐射方向图；

图12为有背腔情况下的天线的仿真S11参数值和无背腔的天线的仿真S11参数值示意图；

图13为背腔加载天线的电压驻波比示意图。

图7中VSWR表示住波比，图8中PHI表示三维坐标系中的倾斜角。

图8～11中，左边的图是E面(xoz面)归一化辐射方向图；右边的图是H面(yoz面)归一化辐射方向图。

其中，1—玻纤板、2—第一蝶形天线贴片、2.1—第一梯形贴片区域、2.2—第一矩形贴片区域、3—第二蝶形天线贴片、3.1—第二梯形贴片区域、3.2—第二矩形贴片区域、4—第一微带馈电线、5—第二微带馈电线、6—长方体金属背腔罩

具体实施方式