[發(fā)明專利]一種用于探地雷達(dá)的寬帶定向偶極子天線

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• 申請日: 2021-01-23
• 公開（公告）號: CN112909568A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嵇成高;柴細(xì)元;郭成;李衛(wèi)強(qiáng);趙麗群;李國英;劉先平;竇如勝;郭佶玙;張艷龍;張崇軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團(tuán)有限公司;中國石油集團(tuán)測井有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q17/00;H01Q15/14;H01Q1/38;H01Q1/50;G01V3/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明公開的一種用于探地雷達(dá)的寬帶定向偶極子天線，包括偶極子天線本體和半包圍的吸波結(jié)構(gòu)；所述吸波結(jié)構(gòu)具有一開口側(cè)，偶極子天線本體設(shè)置在吸波結(jié)構(gòu)中并位于開口側(cè)，偶極子天線本體通過同軸饋電線與吸波結(jié)構(gòu)連接；所述吸波結(jié)構(gòu)由內(nèi)而外依次包括微結(jié)構(gòu)金屬單元、吸波層和發(fā)射板，微結(jié)構(gòu)金屬單元的頻率選擇表面位于靠近偶極子天線本體的一側(cè)，微金屬塊鋪設(shè)與吸波層的表面，吸波層粘接在發(fā)射板上，該寬帶定向偶極子天線結(jié)構(gòu)緊湊，整體厚度不超過130mm，寬度不超過350mm，長度不超過900m。可用于地表探地雷達(dá)系統(tǒng)，也可用于機(jī)載探地雷達(dá)系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及探地雷達(dá)的設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種用于探地雷達(dá)的寬帶定向偶極子天線。

背景技術(shù)

探地雷達(dá)是用頻率介于25MHz～4000MHz的高頻電磁波來對地下媒質(zhì)的幾何結(jié)構(gòu)、空間位置以及埋藏深度進(jìn)行合理評估和推測的地球物理方法。探地雷達(dá)具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保、高效無損、可以實(shí)現(xiàn)高分辨率成像等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工程檢測、環(huán)境保護(hù)、文物考古、災(zāi)害救援、資源探測、水文水利等領(lǐng)域。探地雷達(dá)工作于地表，需要向地下發(fā)射探測信號，如果采用全向天線，不僅向地下發(fā)射的信號能量較小，且探測過程中探地雷達(dá)周圍的地表環(huán)境也會對接收信號產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重影響探地雷達(dá)的探測精度，因此探地雷達(dá)天線設(shè)計的重心已經(jīng)向著定向天線轉(zhuǎn)移。

天線是雷達(dá)系統(tǒng)最重要的部件之一，天線在雷達(dá)系統(tǒng)中主要有兩個方面的作用：一是實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)中的導(dǎo)行波與自由空間波的自由轉(zhuǎn)換；二是實(shí)現(xiàn)自由空間波的定向發(fā)射與接收。由于探地雷達(dá)的工作頻率一般為100MHz～1GHz，而適合此頻段的傳統(tǒng)定向天線如喇叭天線、Vivaldi天線等往往具有較大的尺寸和重量；并且探地雷達(dá)天線還要滿足特定的要求，如良好的輻射波形、時域方向圖、阻抗匹配等，因此定向天線的設(shè)計是整個探地雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計的難點(diǎn)所在。

偶極子天線具有結(jié)構(gòu)簡單、輻射性能好等特點(diǎn)，是雷達(dá)系統(tǒng)中常見的天線。但由于偶極子天線工作帶寬較窄且不具有定向輻射的特性，使得常規(guī)偶極子天線無法滿足探地雷達(dá)對天線性能的要求，因此研制一種寬頻帶、高定向性、適合于探地雷達(dá)系統(tǒng)的偶極子天線是探地雷達(dá)系統(tǒng)開發(fā)中亟需解決問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對偶極子天線工作帶寬較窄且不具有定向輻射的特性，使得常規(guī)偶極子天線無法滿足探地雷達(dá)對天線性能的要求的問題，本發(fā)明提供一種用于探地雷達(dá)的寬帶定向偶極子天線，天線工作頻率為140MHz～250MHz，中心頻點(diǎn)為195MHz，時域波形保真度高，前后向輻射波形幅度比大于10dB，且厚度不大于13cm。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于探地雷達(dá)的寬帶定向偶極子天線，包括偶極子天線本體和半包圍的吸波結(jié)構(gòu)；

所述吸波結(jié)構(gòu)具有一開口側(cè)，偶極子天線本體設(shè)置在吸波結(jié)構(gòu)中并位于開口側(cè)，偶極子天線本體通過同軸饋電線與吸波結(jié)構(gòu)連接；

所述吸波結(jié)構(gòu)由內(nèi)而外依次包括微結(jié)構(gòu)金屬單元、吸波層和發(fā)射板，微結(jié)構(gòu)金屬單元的頻率選擇表面位于靠近偶極子天線本體的一側(cè)，微金屬塊鋪設(shè)與吸波層的表面，吸波層粘接在發(fā)射板上。

優(yōu)選的，所述微結(jié)構(gòu)金屬單元由若干微金屬塊呈陣列排布形成。

優(yōu)選的，所述吸波層為鎳鋅磁性制成的吸波板。

優(yōu)選的，所述吸波結(jié)構(gòu)的橫截面為喇叭狀。

優(yōu)選的，所述吸波結(jié)構(gòu)包括頂部反射板，以及設(shè)置在其兩側(cè)并向下延伸的側(cè)反射板，兩個側(cè)反射板傾斜設(shè)置。

優(yōu)選的，所述偶極子天線本體包括天線基板，以及設(shè)置在其頂面和底面的天線片，兩個天線片分別位于天線基板的兩端，并且兩個天線片相互靠近的一端的垂直投影相互重合。