[發明專利]一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線

無效

• 申請號: 201010140453.6
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101807743A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 張安學;田勝昔;蔣延生;盛甫;王苑瑾;盧偉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q5/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明涉及探地雷達天線的設計領域，特別涉及一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線。

背景技術

隨著國內外高速鐵路建設的飛速發展，以及鐵路舊有線路的不斷提速，對鐵路路基安全隱患的及時探查，已成為了鐵道部門關注的重點。因此，近年來，鐵路無損探查技術發展迅速，特別是探地雷達方面。

國外鐵路探地雷達測試主要用于道碴厚度(土與道碴界面)和道碴污染程度的測試。天線頻率高，探測深度較淺；并且在現有的探地雷達系統中，天線為單頻天線，探測不同的目標需要更換相應的天線，天線系統相對過于龐大。

國內鐵路探地雷達正處于起步階段，針對高速鐵路對3米左右深度鐵路路基的應力性影響，需要研究出具有更好的探測深度和精度的鐵路探地雷達天線。發明人認為國內優異的鐵路探地雷達天線應具有如下特性：

1、超寬帶特性優。探地雷達的天線只有具有超寬帶的特性，才能很好輻射信號，提高脈沖信號的保真度。

2、空氣耦合性好。由于鐵路鋼軌和道枕的影響，鐵路探地雷達系統天線不能與地面接觸，必須屬于空氣耦合型天線，以適應于移動式探地雷達。

3、工作頻率能兼顧低頻和高頻段。天線工作頻率越低，天線探測越深，但精度差；天線工作頻率越高，探測越淺，但精度高，為了兼顧深度和精度，天線應具有高低頻段同時工作的能力。

4、小型化，輕型化。受機車空間等因素影響，對天線系統的體積和重量有一定的限制，要求天線結構簡單，緊湊。

發明內容

本發明的目的是提供一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線，該天線具有雙頻帶工作能力，能夠兼顧探測的深度和精度，減少雷達系統天線數量及采樣盒等相關設備，節省成本；同時具有體積小，重量輕，結構簡單的特點。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

一種空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線，其特征在于，包括上下對稱設置的平板、加載直板和指數漸變的主輻射面，所述平板、主輻射面和加載直板依次連接，指數漸變的兩個主輻射面的兩側邊先通過對稱斜線切割、再通過對稱直線切割形成前端小、后端大的張開狀。

本發明的進一步特點在于：

所述雙頻帶分別為300M和1GHz；所述主輻射面的指數漸變曲線為±Z＝3.2*exp(0.03*X)-2.2，0≤X≤113.8mm，其斜線切割參數為0≤X≤93.8mm，β＝18°；其直線切割參數為93.8≤X≤113.8mm，±Y＝38mm；其中原點為位于主輻射區的前端面的中心點，X軸水平指向主輻射區的后端面的中心點，Z軸同時垂直X軸和平板，Y軸同時垂直Z軸和X軸；加載直板的高度為55mm。

本發明通過未端加載直板和指數漸變的主輻射面的兩側邊先通過斜線切割、再通過直線切割形成前端小、后端大的張開狀，實現天線工作在兩個高低不同的超寬帶頻帶上。未端加載直板主要是提供一個低頻帶寬；主輻射面切割與未端加載一起，使天線工作于高低雙頻帶上。天線主輻射面采用指數漸變結構，主要是為了在較小的天線長度下，實現阻抗的較好匹配和提高低頻輻射能力。

同時，本發明提供了一種具體的空氣耦合雙頻帶(300M和1GHz)脈沖探地雷達天線，其參數明顯表征結構簡單、體積小，為一種實用性強的空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線，可高低雙頻帶復用，能夠很好地節省雷達系統的成本和空間，在車載探地雷達方面有很好的應用前景。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。

圖1為本發明的空氣耦合雙頻帶脈沖探地雷達天線的三維立體視圖；

圖2為圖1的主視圖；

圖3為圖1的俯視圖；

圖4，為本實施例的天線的S11實測曲線圖；

圖5為1G源饋電時的時域信號波形圖；

圖6為300M源饋電時本實施例的天線的時域信號波形圖。

具休實施方式

參見圖1～圖2，本實例為一種空氣耦合雙頻帶(300M和1GHz)脈沖探地雷達天線，它的組成包括三部分：上下對稱并平行設置的兩個平板a、上下對稱設置的兩個加載直板c和兩個指數漸變的主輻射面b，平板、主輻射面和加載直板依次連接，指數漸變的兩個主輻射面的兩側邊先通過斜線切割、再通過直線切割形成前端小、后端大的張開狀，具體如圖3所示，端口寬邊長為d，從端口后端開始，沿端口寬邊兩端采用角度β進行對稱斜線切割，總長(沿x軸方向)為e；f段主輻射面采用對稱直線切割，其寬度保持恒定不變；f段主輻射面未端連接加載直板，加載直板的寬度(Y軸方向)與f段主輻射面的寬度保持相同。

本實例天線的具體尺寸如下：