专利名称：一种空气耦合双频带脉冲探地雷达天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及探地雷达天线的设计领域，特别涉及一种空气耦合双频带脉冲探地雷达天线。
背景技术：
随着国内外高速铁路建设的飞速发展，以及铁路旧有线路的不断提速，对铁路路基安全隐患的及时探查，已成为了铁道部门关注的重点。因此，近年来，铁路无损探查技术 发展迅速，特别是探地雷达方面。国外铁路探地雷达测试主要用于道碴厚度(土与道碴界面)和道碴污染程度的测试。天线频率高，探测深度较浅；并且在现有的探地雷达系统中，天线为单频天线，探测不同 的目标需要更换相应的天线，天线系统相对过于庞大。国内铁路探地雷达正处于起步阶段，针对高速铁路对3米左右深度铁路路基的应力性影响，需要研究出具有更好的探测深度和精度的铁路探地雷达天线。发明人认为国内 优异的铁路探地雷达天线应具有如下特性1、超宽带特性优。探地雷达的天线只有具有超宽带的特性，才能很好辐射信号，提 高脉冲信号的保真度。2、空气耦合性好。由于铁路钢轨和道枕的影响，铁路探地雷达系统天线不能与地 面接触，必须属于空气耦合型天线，以适应于移动式探地雷达。3、工作频率能兼顾低频和高频段。天线工作频率越低，天线探测越深，但精度差； 天线工作频率越高，探测越浅，但精度高，为了兼顾深度和精度，天线应具有高低频段同时 工作的能力。4、小型化，轻型化。受机车空间等因素影响，对天线系统的体积和重量有一定的限 制，要求天线结构简单，紧凑。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气耦合双频带脉冲探地雷达天线，该天线具有双频带 工作能力，能够兼顾探测的深度和精度，减少雷达系统天线数量及采样盒等相关设备，节省 成本；同时具有体积小，重量轻，结构简单的特点。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。一种空气耦合双频带脉冲探地雷达天线，其特征在于，包括上下对称设置的平板、 加载直板和指数渐变的主辐射面，所述平板、主辐射面和加载直板依次连接，指数渐变的两 个主辐射面的两侧边先通过对称斜线切割、再通过对称直线切割形成前端小、后端大的张 开状。本发明的进一步特点在于所述双频带分别为300M和IGHz ；所述主辐射面的指数渐变曲线为士 Z = 3. 2*exp(0. 03*Χ)-2· 2，0< X < 113. 8mm，其斜线切割参数为 X < 93. 8mm，β =18° ；其直线切割参数为93. 8 ≤ X≤113. 8mm, 士Y = 38mm ；其中原点为位于主辐射区的前端面的中心点，X轴水平指向主辐射区的后端面的中心点，Z轴同时垂直X轴和平板，Y轴同时垂 直Z轴和X轴；加载直板的高度为55mm。本发明通过未端加载直板和指数渐变的主辐射面的两侧边先通过斜线切割、再通 过直线切割形成前端小、后端大的张开状，实现天线工作在两个高低不同的超宽带频带上。 未端加载直板主要是提供一个低频带宽；主辐射面切割与未端加载一起，使天线工作于高 低双频带上。天线主辐射面采用指数渐变结构，主要是为了在较小的天线长度下，实现阻抗 的较好匹配和提高低频辐射能力。同时，本发明提供了一种具体的空气耦合双频带(300M和IGHz)脉冲探地雷达天 线，其参数明显表征结构简单、体积小，为一种实用性强的空气耦合双频带脉冲探地雷达天 线，可高低双频带复用，能够很好地节省雷达系统的成本和空间，在车载探地雷达方面有很 好的应用前景。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。图1为本发明的空气耦合双频带脉冲探地雷达天线的三维立体视图；图2为图1的主视图；图3为图1的俯视图；图4，为本实施例的天线的Sll实测曲线图；图5为IG源馈电时的时域信号波形图；图6为300M源馈电时本实施例的天线的时域信号波形图。具休实施方式参见图1 图2，本实例为一种空气耦合双频带(300M和IGHz)脉冲探地雷达天 线，它的组成包括三部分上下对称并平行设置的两个平板a、上下对称设置的两个加载直 板c和两个指数渐变的主辐射面b，平板、主辐射面和加载直板依次连接，指数渐变的两个 主辐射面的两侧边先通过斜线切割、再通过直线切割形成前端小、后端大的张开状，具体如 图3所示，端口宽边长为d，从端口后端开始，沿端口宽边两端采用角度β进行对称斜线切 害!]，总长(沿χ轴方向)为e ;f段主辐射面采用对称直线切割，其宽度保持恒定不变；f段主 辐射面未端连接加载直板，加载直板的宽度(Y轴方向)与f段主辐射面的宽度保持相同。本实例天线的具体尺寸如下(1)主辐射面的指数渐变曲线为士<formula>formula see original document page 4</formula>， 其斜线切割参数为0彡X彡93. 8mm，β = 18°，其直线切割参数为93. 8彡X彡113. 8mm, 士Y = 38mm，其中原点为位于主辐射区的前端面的中心点，X轴水平指向主辐射区的后端面 (即天线的辐射口面)的中心点，Z轴同时垂直X轴和平板，Y轴同时垂直Z轴和X轴；加载 直板的高度为55mm。(2)天线的平行平板端口的阻抗计算近似公式为<formula>formula see original document page 4</formula>其中，D为平板间的距离，W为平板的宽度，、为传输介质的相对介电常数，Z。为端口的特性阻抗。本天线的Z。设计为50欧。天线端口尺寸为15(y方向)*2(z方向)*10(x 方向)mm(3)天线的最大宽度76mm(Y方向)，高300mm(Z方向)。总体而言，天线三维尺寸为125 女 76 女 300。参照图4，本实施例的天线的Sll实测曲线图，本实施例的天线有两个工作频带， 分别是工作在中心为360MHz，带宽约为IlOMHz的低频带和工作在中心为1020MHz，带宽约 为260MHz的高频带。两个工作频带均达到了超宽带天线的要求(天线的相对带宽大于 20% )。参照图5，用3G的示波器测量IG源馈电时天线的时域信号，信号的保真度高，拖尾 小；参照图6，用300M的示波器测量300M源馈电时天线的时域信号，信号的保真度相对较 好，拖尾小。本发明设计的天线采用TEM喇叭变形结构，通过末端设置加载直板和主辐射板的 一定的切割，实现了高低双频带辐射，具有较好的辐射效率和超宽带特性。本发明设计的空 气耦合双频带脉冲探地雷达天线不仅很好的实现了单个天线双频带工作，工作于300M和 IGHz频带，兼顾探地雷达对探测深度和精度的要求，减少雷达系统的天线数量及相关设备， 节省成本，而且结构简单，体积小，易于制作，能很好的满足车载设备对天线的空间和重量 的要求。
权利要求
一种空气耦合双频带脉冲探地雷达天线，其特征在于，包括上下对称设置的平板、加载直板和指数渐变的主辐射面，所述平板、主辐射面和加载直板依次连接，指数渐变的两个主辐射面的两侧边先通过对称斜线切割、再通过对称直线切割形成前端小、后端大的张开状。
2.根据权利要求1所述的一种空气耦合双频带脉冲探地雷达天线，其特征 在于，所述双频带分别为300M和IGHz ；所述主辐射面的指数渐变曲线为士 Z = 3. 2*exp(0. 03*Χ)-2· 2，0< X < 113. 8mm，其斜线切割参数为 X < 93. 8mm，β =18°， 其直线切割参数为93. 8 < X彡113. 8mm, 士Y = 38mm，其中原点为位于主辐射区的前端面 的中心点，X轴水平指向主辐射区的后端面的中心点，Z轴同时垂直X轴和平板，Y轴同时垂 直Z轴和X轴；加载直板的高度为55mm。
全文摘要
本发明涉及探地雷达天线的设计领域，公开了一种空气耦合双频带脉冲探地雷达天线，它包括上下对称设置的平板、加载直板和指数渐变的主辐射面，所述平板、主辐射面和加载直板依次连接，指数渐变的两个主辐射面的两侧边先通过对称斜线切割、再通过对称直线切割形成前端小、后端大的张开状。
文档编号H01Q5/00GK101807743SQ20101014045
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月7日 优先权日2010年4月7日
发明者卢伟, 张安学, 王苑瑾, 田胜昔, 盛甫, 蒋延生 申请人:西安交通大学