单发双收雷达天线及包含其的雷达的制作方法

本发明涉及电子行业雷达技术领域，尤其涉及一种单发双收探地雷达天线，还涉及一种包含该单发双收探地雷达天线的雷达。

背景技术：

探地雷达(GPR)是一种快速、高效、无损探测的物理方法。探地雷达利用一个发射天线发射高频电磁波，另一个天线接收来自地下目标介质界面的反射波，然后对获取的数据进行分析处理，进而得到地下目标的分布状态。其中雷达天线是探地雷达系统中最为关键的部件，天线的性能在很大程度上影响探地雷达的性能及目标探测的深度和探测精度。

当前探地雷达天线以单频天线为主，其发射能量有限，大多数探测距离仅20米，难于满足更大距离范围内精细探测需求，且带宽有限，信号分辨能力较差，单频天线受探测周边环境的干扰较大，具有相对较低的信噪比，同时尺寸不够紧凑，这不利于雷达系统的工程化应用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种单发双收雷达天线以及包含该雷达天线的雷达。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种单发双收雷达天线，包括：发射天线组件，用于发射不同频率电磁波，可发射电磁波频率范围为150-800MHz；第一接收天线组件，用于接收第一频率的反射波；以及第二接收天线组件，用于接收第二频率的反射波；其中，所述第一频率和第二频率的值不相同。

优选的，雷达天线还包括屏蔽外壳，所述屏蔽外壳一面开口，所述发射天线组件、第一接收天线组件和第二接收天线组件均固定于所述屏蔽外壳开口的面上，与屏蔽外壳组成闭合中空结构。

优选的，所述闭合中空结构为闭合中空棱柱体；所述发射天线组件位于所述第一接收天线组件和第二接收天线组件之间。

优选的，所述发射天线组件包括发射天线上辐射臂、发射天线下辐射臂、发射天线支撑件和多个发射天线电阻元件，其中，所述发射天线上辐射臂和发射天线下辐射臂沿一轴对称设置，发射天线上辐射臂和发射天线下辐射臂呈蝶形固定于发射天线支撑件上；所述发射天线支撑件固定于所述屏蔽外壳上；所述发射天线电阻元件设置于发射天线上辐射臂和发射天线下辐射臂远离所述轴的远端的端线上。

优选的，所述第一接收天线组件包括第一接收天线上辐射臂、第一接收天线下辐射臂、第一接收天线支撑件和多个第一接收天线电阻元件，其中，所述第一接收天线上辐射臂和第一接收天线下辐射臂沿一轴对称设置，第一接收天线上辐射臂和第一接收天线下辐射臂呈蝶形固定于第一接收天线支撑件上；所述第一接收天线支撑件固定于所述屏蔽外壳上；所述第一接收天线电阻元件设置于第一接收天线上辐射臂和第一接收天线下辐射臂远离所述轴的远端的端线上。

优选的，所述第二接收天线组件包括第二接收天线上辐射臂、第二接收天线下辐射臂、第二接收天线支撑件和多个第二接收天线电阻元件，其中，所述第二接收天线上辐射臂和第二接收天线下辐射臂沿一轴对称设置，第二接收天线上辐射臂和第二接收天线下辐射臂呈蝶形固定于第二接收天线支撑件上；所述第二接收天线支撑件固定于所述屏蔽外壳上；所述第二接收天线电阻元件设置于第二接收天线上辐射臂和第二接收天线下辐射臂远离所述轴的远端的端线上。

优选的，所述第一接收天线上辐射臂长于所述第二接收天线上辐射臂的臂长；所述第一接收天线下辐射臂长于所述第二接收天线下辐射臂的臂长。

优选的，所述第一频率的取值范围为150-250MHz，所述第二频率的值为取值范围为200-800MHz。

优选的，所述第一频率的取值为200MHz，所述第二频率的取值为500MHz。

根据本发明的另一方面，提供一种雷达，包括以上任意一种单发双收雷达天线，所述雷达为探地雷达。

(三)有益效果

通过上述技术方案可以看出本发明的有益效果在于：

(1)通过采用单发双收探地雷达天线，采用两个异频信号叠加优势来增大探测的深度，以满足探测深度要求，同时两个异频信号的使用又具有信息量互补以及可增大天线带宽的特点，从而可有效提高探测目标体的分辨能力；

(2)通过采用电阻加载的蝶形辐射臂，天线整体尺寸紧凑、易于工装，并具有良好的宽带特性；

(3)该天线应用于探地雷达，提高了目标的探测深度和探测精度。

附图说明

图1为本发明实施例的单发双收探地雷达天线的平面结构示意图；

图2为本发明实施例的单发双收探地雷达天线的电压驻波比实测曲线图。

【主要元件符号说明】

1-发射天线上辐射臂；

2-发射天线下辐射臂；

3A、3B、4A、4B、-发射天线电阻元件；

8A、8B、9A、9B-第一接收天线电阻元件

5-发射天线支撑件，10-第一接收天线支撑件，15-第二接收天线支撑件；

6-第一接收天线上辐射臂；

7-第一接收天线下辐射臂；

11-第二接收天线上辐射臂；

12-第二接收天线下辐射臂；

13A、13B、13C、14A、14B、14C-第二接收天线电阻元件；

16-屏蔽外壳。

具体实施方式

以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式(比如馈电方式)，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，将不再详细说明。

下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。应该注意的是，本文中使用的“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分不同对象，而不意味着这些对象之间具有任何特定顺序关系。所述“上”和“下”仅仅表示静态的某一状态的相对关系，本领域技术人员完全可将雷达天线整体位置进行任意调整，例如“发射天线上辐射臂”可以经调整变化为“发射天线下辐射臂”，而原“发射天线下辐射臂”调整为“发射天线上辐射臂”。

图1为本发明实施例单发双收雷达天线的立体结构示意图。本实施例提出一种单发双收雷达天线(例如一种用于管线探测的探地雷达天线)。该雷达天线包括发射天线组件，用于以第一频率发射电磁波；第一接收天线组件，用于接收第一频率的反射波；以及第二接收天线组件，用于接收第二频率的反射波；其中，所述第一频率和第二频率的值不相同。

以下将对雷达天线的各组成部分进行具体说明：

图1中所示，本实施例的雷达天线还可以包括屏蔽外壳16，屏蔽外壳16一面开口，发射天线组件、第一接收天线组件和第二接收天线组件均固定于所述屏蔽外壳16开口的面上，与屏蔽外壳16组成闭合中空结构。

优选的，所述闭合中空结构为闭合中空棱柱体，进一步优选的为正四棱柱体，则相应的屏蔽外壳16为一面开口的中空长方体结构(例如尺寸为436mm×798mm×121mm)。

屏蔽外壳16的材料包括但不限于金属材料，目的是屏蔽外部辐射的干扰，优选的材料为铜、金、银和锡材料，进一步优选的为铜材料。

在本实施例中，发射天线组件据根不同适用条件发射不同频率电磁波，第一发射频率范围为150-2500MHz，进一步优选的为200MHz，第二发射频率范围为200-800MHz进一步优选为500MHz。发射天线组件可以包括发射天线上辐射臂1、发射天线下辐射臂2、发射天线支撑件5和多个发射天线电阻元件3A、3B、4A和4B，其中，发射天线上辐射臂1和发射天线下辐射臂2沿一轴对称设置，发射天线上辐射臂1和发射天线下辐射臂2呈蝶形固定于发射天线支撑件5上；所述发射天线支撑件5固定于所述屏蔽外壳16上；发射天线电阻元件3A、3B、4A和4B设置于发射天线上辐射臂1和发射天线下辐射臂2远离所述轴的端线上。

在本实施例中，发射天线上辐射臂1与发射天线下辐射臂2具有相同的结构，两者沿着某一轴对称设置，两个辐射臂靠近对称轴的一端为近端，在近端两个辐射臂具有一定间距，例如可以为2mm，两个辐射臂远离对称轴的一端为远端，在远端两个辐射臂也具有一定间距，例如可以为5mm。列举发射天线上辐射1来说，其具有一辐射臂宽度(即由近端至远端的距离)，例如为217mm，还具有一高度(即近端与远端之间的垂直高度差)，例如为204mm。可以理解的，相应的发射天线下辐射臂2的各尺寸长度以及位置关系可以沿着相应的轴对称性的进行设置，尺寸上完全相同。

发射天线上辐射臂1与发射天线下辐射臂2的材料包括但不限于金属材料，优选的材料为铜、金、银和锡材料，进一步优选的为铜材料(例如可以是厚度为2mm的黄铜板)。

应注意的是，发射天线上辐射臂1与发射天线下辐射臂2在远端和近端均具有端线，为提高发射效果，各个端线均平行设置。

在本实施例中，发射天线电阻元件3A、3B、4A和4B分布于发射天线上辐射臂1与发射天线下辐射臂2远端的短线上，各个电阻元件沿着辐射臂的对称轴也对称均匀设置，优选的个数为4个，在发射天线上辐射臂1与发射天线下辐射臂2的两个远端各设置两个。由于设置在辐射臂的远端，又可成为末端加载电阻元件。

发射天线电阻元件3A、3B、4A和4B的作用在于进行阻抗匹配，优选的各电阻元件的电阻值相同。

在本实施例中，发射天线支撑件5用来固定发射天线上辐射臂1与发射天线下辐射臂2，同时发射天线支撑件5自身固定于屏蔽外壳16上。其中，发射天线支撑件5可以与发射天线上辐射臂1以及发射天线下辐射臂2通过胶性材料粘接，发射天线支撑件5通过胶性材料或螺钉固定在屏蔽外壳16上。

发射天线支撑件5包括但不限于各种粘性有机材料，优选的可以为FR4介质板。

图1中，第一接收天线组件包括第一接收天线上辐射臂6、第一接收天线下辐射臂7、第一接收天线支撑件10和多个第一接收天线电阻元件8A、8B、9A和9B，其中，第一接收天线上辐射臂6和第一接收天线下辐射臂7沿一轴对称设置，第一接收天线上辐射臂6和第一接收天线下辐射臂7呈蝶形固定于第一接收天线支撑件10上；第一接收天线支撑件10固定于所述屏蔽外壳16上；第一接收天线电阻元件8A、8B、9A和9B设置于第一接收天线上辐射臂6和第一接收天线下辐射臂7远离所述轴的远端的端线上。

第一接收天线组件的各部件设置方式参照发射组件的相应部件进行设置，举例来说，第一接收天线上辐射臂6的设置参照发射天线上辐射臂1进行设置；而且相应的部件材料也参照发射天线组件。另外优选的，第一接收天线上辐射臂6与第一接收天线下辐射臂7之间的轴与发射天线上辐射臂1和发射天线下辐射臂2之间的轴是相同的轴。

不同之处在于，两者在屏蔽外壳上的位置存在一定的位移差别。第一接收天线组件位于发射天线组件的一侧。

图1中，第二接收天线组件包括第二接收天线上辐射臂11、第二接收天线下辐射臂12、第二接收天线支撑件15和多个第二接收天线电阻元件13A、13B、13C、14A、14B和14C，其中，第二接收天线上辐射臂11和第二接收天线下辐射臂12沿一轴对称设置，第二接收天线上辐射臂11和第二接收天线下辐射臂12呈蝶形固定于第二接收天线支撑件15上；第二接收天线支撑件15固定于所述屏蔽外壳16上；第二接收天线电阻元件13A、13B、13C、14A、14B和14C设置于第二接收天线上辐射臂11和第二接收天线下辐射臂12远离所述轴的远端的端线上。

第二接收天线组件的各部件设置方式参照发射组件的相应部件进行设置，举例来说，第二接收天线上辐射臂11的设置参照发射天线上辐射臂1进行设置；而且相应的部件材料也参照发射天线组件。另外优选的，第二接收天线上辐射臂11与第二接收天线下辐射臂12之间的轴与发射天线上辐射臂1和发射天线下辐射臂2之间的轴是相同的轴。

不同之处在于，两者在屏蔽外壳上的位置存在一定的位移差别。第二接收天线组件位于发射天线组件的另一侧。参照上述第一接收天线组件的设置，则是第一接收天线组件和第二接收天线组件位于发射天线组件的两侧，优选的三者之间等间距设置。

不同之处还在于，辐射臂的尺寸存在差别，由于接收不同频率的发射波，所以相应的辐射臂的尺寸也有变化。一种选择是，第二接收天线上辐射臂11和第二接收天线下辐射臂12的整体尺寸小，例如可以是156mm×278mm×1.6mm。

图2为本发明实施例双频雷达天线的200MHz电压驻波比实测曲线图。在频带为150-800MHz时，电压驻波比＜2。其中，电压驻波比换算成回波损耗，即驻波系数为2时，回波损耗约为-9.6dB。按照一般管线探测雷达天线应用S₁₁＜-10，，可以看出天线在150～800MHz频带范围内都能非常好地满足要求。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明雷达天线有了清楚的认识。

需要说明的是，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如：除了地下管线探测的应用领域之外，该雷达天线还可以应用于其他领域。

综上所述，本发明雷达天线具有单发双收探测、尺寸小、重量轻、结构紧凑等特点，能够满足地下管线探测雷达系统对探测精度的要求。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。