一种宽带半圆槽加载半椭圆天线的制作方法

本发明属于宽频带天线设计技术领域，具体涉及一种宽带半圆槽加载半椭圆天线。

背景技术：

超宽带探测雷达作为一种非接触式实时成像雷达系统，可以穿透钢筋混凝土砖墙、柏油层、泥石流和雪崩造成的积雪等障碍物进行探测以及透视成像，随着近年来各种重大自然灾害和人为事故的时有发生，超宽带探测雷达越来越受到人们的广泛关注和应用。天线是超宽带探测雷达系统中一个重要的组成部分，其性能优劣直接影响着雷达系统的探测分辨率、定位精度以及目标识别能力等。实际工程应用中，超宽带探测雷达系统工作环境极其复杂，容易受媒质散射干扰与衰减的影响，因此超宽带探测雷达系统对天线的性能要求较高。为了抑制辐射脉冲拖尾以及减小直耦波对浅层目标的掩盖，需要研制出时域辐射特性良好的天线以满足系统要求。

在超宽带探测雷达系统中，要求天线尽量靠近地面或墙体，为了良好地与介质耦合，具有平面偶极子形式的天线是超宽带探测雷达系统的首选，尤以蝶形天线及其变形结构为主。虽然蝶形天线具有时域辐射特性好、制作简单和成本低等优点，但其振子截面大、输入阻抗高且不利于系统集成和阻抗匹配。因此，设计一种既具有蝶形天线优点，又具有更低的阻抗特性和更好的宽带特性天线，对于推动超宽带雷达探测技术的发展和应用有着十分积极的作用。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种时域辐射特性好、输入阻抗低、超宽带以及结构紧凑的宽带半圆槽加载半椭圆天线。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种宽带半圆槽加载半椭圆天线，其特征在于包括绝缘介质板、两个半圆槽加载金属辐射臂、金属屏蔽腔、四个加载电阻、吸波材料和阻抗变换器，其中金属屏蔽腔为前端开口的长方形反射腔，用于屏蔽后向辐射和抑制外界干扰，绝缘介质板固定于金属屏蔽腔的前端开口处，两个半圆槽加载金属辐射臂均为在半椭圆金属辐射臂底边一侧设有以半椭圆金属辐射臂底边中点为圆心、以小于半椭圆金属辐射臂短半轴长度为半径的半圆槽的金属辐射臂，两个半圆槽加载金属辐射臂通过电路板印制技术对称印制于绝缘介质板的正面构成超宽带平面偶极子天线，两个半圆槽加载金属辐射臂的椭圆端相对且相互之间预设有间隔，邻近间隔的两个半圆槽加载金属辐射臂上分别设有输入端口作为各自的馈电端，两个半圆槽加载金属辐射臂中半圆槽两侧的底边分别与相对的绝缘介质板的侧边平行，四个加载电阻对称焊接于半圆槽加载金属辐射臂中半圆槽两侧的底边与金属屏蔽腔的侧板之间，阻抗变换器设置于绝缘介质板背面两个半圆槽加载金属辐射臂椭圆端相对的位置，该阻抗变换器用于实现1:2阻抗变换及不平衡到平衡转换，其输入端采用50Ω微带设计，输出端为100Ω平行双线，阻抗变换器的输入端通过同轴连接器与雷达系统的发射机或接收机相连接，阻抗变换器的输出端分别与两个半圆槽加载金属辐射臂的馈电端相连接，吸波材料填充于整个金属屏蔽腔内部。

进一步优选，所述半圆槽加载金属辐射臂长度l的取值遵循如下关系：其中λ_l为低频截止频率对应的自由空间波长，ε_eff为所采用的绝缘介质板有效相对介电常数，两个半圆槽加载金属辐射臂经过仿真优化后确定其长半轴长度为189mm，短半轴长度为90mm，半圆槽半径为85mm。

进一步优选，所述两个半圆槽加载金属辐射臂之间预设的间隔距离为2mm。

进一步优选，所述阻抗变换器的尺寸为16mm×18mm×1.6mm。

进一步优选，所述金属屏蔽腔的材质为铝合金，其背腔高度为51mm，开口面的尺寸与印制有两个半圆槽加载金属辐射臂的绝缘介质板尺寸一致，均为400mm×200mm。

本发明的宽带半圆槽加载半椭圆天线基本单元由一个对称半椭圆偶极子组成，采用一对加载半圆槽对辐射臂末端进行处理，以避免脉冲信号的振荡拖尾，使得天线具有良好的宽频带特性和阻抗特性，并且天线体积较小，易于雷达的小型化和集成化，天线安装于金属屏蔽腔的开口处，并填充有吸波材料，达到了屏蔽后向辐射与抑制外界干扰的目的，可以满足超宽带探测雷达的工程需求。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的电压驻波比曲线图；

图3是本发明的外场实测回波曲线图。

图中：1、绝缘介质板，2、半圆槽加载金属辐射臂，3、金属屏蔽腔，4、加载电阻，5、阻抗变换器。

具体实施方式

结合附图详细描述本发明的具体内容。图1为一种宽带半圆槽加载半椭圆天线立体结构示意图，如图1所示，该宽带半圆槽加载半椭圆天线包括绝缘介质板1、两个半圆槽加载金属辐射臂2、金属屏蔽腔3、四个加载电阻4、吸波材料和阻抗变换器5，其中金属屏蔽腔3为前端开口的长方形反射腔，用于屏蔽后向辐射和抑制外界干扰，绝缘介质板1固定于金属屏蔽腔3的前端开口处，两个半圆槽加载金属辐射臂2均为在半椭圆金属辐射臂底边一侧设有以半椭圆金属辐射臂底边中点为圆心、以小于半椭圆金属辐射臂短半轴长度为半径的半圆槽的金属辐射臂，两个半圆槽加载金属辐射臂2通过电路板印制技术对称印制于绝缘介质板1的正面构成超宽带平面偶极子天线，两个半圆槽加载金属辐射臂2的椭圆端相对且相互之间预设有间隔，邻近间隔的两个半圆槽加载金属辐射臂2上分别设有输入端口作为各自的馈电端，两个半圆槽加载金属辐射臂2中半圆槽两侧的底边分别与相对的绝缘介质板1的侧边平行，四个加载电阻4对称焊接于半圆槽加载金属辐射臂2中半圆槽两侧的底边与金属屏蔽腔3的侧板之间，阻抗变换器5设置于绝缘介质板1背面两个半圆槽加载金属辐射臂2椭圆端相对的位置，该阻抗变换器5用于实现1:2阻抗变换及不平衡到平衡转换，其输入端采用50Ω微带设计，输出端为100Ω平行双线，阻抗变换器5的输入端通过同轴连接器与雷达系统的发射机或接收机相连接，阻抗变换器5的输出端分别与两个半圆槽加载金属辐射臂2的馈电端相连接，吸波材料填充于整个金属屏蔽腔3内部。

所述半圆槽加载金属辐射臂2长度l的取值遵循如下关系：其中λ_l为低频截止频率对应的自由空间波长，ε_eff为所采用的绝缘介质板1有效相对介电常数，两个半圆槽加载金属辐射臂2经过仿真优化后确定其长半轴长度为189mm，短半轴长度为90mm，半圆槽半径为85mm。

所述两个半圆槽加载金属辐射臂2之间预设的间隔距离为2mm，可根据输入阻抗等天线技术指标要求对两个半圆槽加载金属辐射臂2之间的间隔进行调整。

所述阻抗变换器5的尺寸为16mm×18mm×1.6mm。

所述金属屏蔽腔3的材质为铝合金，综合带宽与最小低频反射特点，其背腔高度为51mm，开口面的尺寸与印制有两个半圆槽加载金属辐射臂2的绝缘介质板1尺寸一致，均为400mm×200mm。

所述四个加载电阻4遵循半圆槽加载金属辐射臂2上的电流分布特点，对称焊接于半圆槽加载金属辐射臂2底边与金属屏蔽腔3侧板之间。具体方式为：其中的两个加载电阻4引脚的一端与一侧的半圆槽加载金属辐射臂2的底边焊接，该两个加载电阻4引脚的另一端与金属屏蔽腔3的侧板相焊接；另外的两个加载电阻4引脚的一端与另一侧的半圆槽加载金属辐射臂2的底边焊接，该两个加载电阻4引脚的另一端与金属屏蔽腔3的侧边相焊接。

如图2所示，为宽带半圆槽加载半椭圆天线的电压驻波比曲线图。图中，横坐标表示频率变量，单位为MHz；纵坐标表示幅度变量。在10-900MHz频带范围内，电压驻波比均小于2，可知天线具有较好的端口匹配特性，能够很好地满足超宽带探测雷达的分辨率要求。

如图3所示，为宽带半圆槽加载半椭圆天线的外场实测回波曲线图。图中，横坐标表示时间变量，单位为ns，纵坐标表示归一化回波信号幅度变量，图中框线部分即为外场实验探测到的目标物体。从图中可以看到明显的目标回波反射信号，天线的辐射波形比较干净，且紧随主辐射波后面的振荡比较小，振荡水平低于10％，表明天线具有良好的时域辐射特性。

综上所述，本发明提供的一种宽带半圆槽加载半椭圆天线具有较低的输入阻抗、良好的宽频带特性和时域辐射特性，并且天线体积较小，易于雷达的小型化和集成化，能够满足超宽带探测雷达的工程需求，具有很好的应用前景和推广价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都要求落入本发明的保护范围之内。