一种S波段超宽带穿墙雷达天线的制作方法

本实用新型涉及一种S波段超宽带穿墙雷达天线，属于雷达及通信技术领域。

背景技术：

雷达（Radar）一词源于无线电检测和测量距离（Radio Detection and Ranging）的英文缩写，雷达最本质的应用就是检测目标的存在与否和探测目标的距离。穿墙雷达作为其中较为经典的应用，它能够穿透非金属墙壁，对墙壁后面的静止或者运动的目标进行探测、定位和跟踪，从而较大程度地提高在生命救援和反恐斗争等复杂环境下的感知探测能力；美国联邦通信委员(FCC, Federal Communications Commission)定义超宽带信号为相对带宽(信号带宽与中心频率之比)大于20%，或3dB带宽不小于500MHz的信号；超宽带波形雷达的优点就是能获取不同大小物体的散射特征，即相对于窄带信号雷达，其拥有更高的目标检测和识别能力。

天线作为雷达系统的重要组成部分，因此国内外对于穿墙雷达天线也做了大量的工作；主要有：美国田纳西大学设计了两款不同类型的 Vivaldi 天线阵应用于超宽带穿墙雷达系统，第一种是 16×16 单元的 8 GHz~12 GHz 的对钟槽天线；第二种是8 单元的 2 GHz~4 GHz 的 Vivaldi 天线；土耳其高校采用印制宽带槽天线阵应用于超宽带穿墙雷达系统，该天线实现了带宽为 2.73 GHz~10.93 GHz，该阵列大小为 76mm×54 mm；比利时一所大学设计出可穿戴的多普勒穿墙雷达系统，该系统采用的天线是微带贴片天线阵列，采用的频率是2.35GHz，该天线的通过波束扫描实现±15˚扫描角度；中国科技大学设计一款应用于 IR-UWB（Impulse Radio-Ultra Wide Band）的穿墙探测雷达的蝶形天线，该天线的 S11 参数的带宽范围为 0.8 GHz~2.3 GHz，通过加反射器在带宽范围内实现了 120˚~145˚的大波束，该天线尺寸为315 mm×152 mm；然而，这些天线存在尺寸大或是结构复杂、制造困难，不能够满足单兵手持穿墙雷达天线的要求；本实用新型的S波段超宽带穿墙雷达天线设计采用了U型开槽方法，同时结合接地板开槽技术最终达到了展宽频带和缩小尺寸的目的。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提出了一种S波段超宽带穿墙雷达天线，在满足穿墙雷达系统总体尺寸的要求下，不仅能够解决现有技术中天线结构复杂、尺寸大、波束宽度窄等问题，还能提高收发天线的隔离度。

本实用新型的S波段超宽带穿墙雷达天线，包括发射天线和接收天线，所述发射天线和接收天线对称设置于雷达两端，且分别相对雷达130mm；所述发射天线和接收天线结构相同；所述发射天线包括介质基板，及单面覆着于介质基板上的主辐射体，及覆着于介质基板其另一面的金属地，及贯穿安装于介质基板上的馈电线；

所述介质基板为长方体结构的底板；

所述主辐射体为一中央开设有U型槽的矩形金属贴片；所述U型槽其槽臂长与主辐射体其窄边平行，U型槽其槽臂底与主辐射体其长边平行；

所述金属地为一矩形结构的铝板；所述金属地与介质基板其底部相连接；

所述馈电线为一同轴线，且其外导体与金属地相接，其内导体穿过介质基板后与主辐射体相接；所述馈电线其内导体与主辐射体连接处位于U型槽其开口处，从而辐射电磁波来进行信号的发射与接收；

所述金属地其长边、介质基板其短边及主辐射体其短边互相平行，所述金属地其短边、介质基板其长边及主辐射体其长边互相平行。

作为优选的实施方案，所述介质基板由Arlon-AD1000材料制成，且其介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02；所述介质基板其厚度为4.3mm，长边为33mm，窄边为24mm。

作为优选的实施方案，所述馈电线其内导体半径为0.415mm，外导体半径为2.66mm。

进一步地，所述馈电线其中心位于主辐射体中心且偏离U型槽其槽臂底方向0.2mm处。

作为优选的实施方案，所述主辐射体其长边为26.8mm，宽边为18.8mm，厚度为18至25um，即覆着在介质基板上金属层厚度为18至25um。

作为优选的实施方案，所述U型槽其槽臂长10.86mm，槽臂底9.82mm，槽臂缝隙宽0.79mm。

作为优选的实施方案，所述金属地其厚度为1mm，长边为33mm，宽度为37mm。

本实用新型与现有技术相比较，本实用新型的S波段超宽带穿墙雷达天线，馈电线馈电的参数优化组合设计易于加工与集成外部元器件，且便于实现从馈电线到主辐射体之间的阻抗调控；半功率波束宽度在104°以上，提高了穿墙雷达的扫描角度范围；馈电线与主辐射体的参数优化组合设计，在保证宽波束的前提下展宽阻抗带宽，使得3至3.5GHz全频段的能量得到充分利用；通过对U型槽结构与主辐射体及金属地的参数优化组合设计，缩小了天线整体尺寸，改善了超宽带范围内远场方向图的一致性和稳定性，防止高频段方向图的分裂和变向情形；接收天线和发射天线采用同极化放置，相距130mm，有效提高了接收天线和发射天线的隔离度，使得3至3.5GHz天线隔离度低于-28.116dB。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型的发射天线的俯视结构示意图。

图3是本实用新型的发射天线的仰视结构示意图。

图4是本实用新型的发射天线的侧视结构示意图。

图5是本实用新型的B-B剖视结构示意图。

图6是本实用新型的驻波比测试示意图。

图7是本实用新型的各频点归一化方向图的实测结果示意图。

图8是本实用新型的隔离度测试示意图。

附图中各部件标注为：A-发射天线，B-接收天线，1-介质基板，2-主辐射体，3-金属地，4-馈电线，5-U型槽。

具体实施方式

如图1至图5所示的S波段超宽带穿墙雷达天线，包括发射天线A和接收天线B，所述发射天线A和接收天线B对称设置于雷达两端，且分别相对雷达130mm；所述发射天线A和接收天线B结构相同；所述发射天线A包括介质基板1，及单面覆着于介质基板1上的主辐射体2，及覆着于介质基板2其另一面的金属地3，及贯穿安装于介质基板2上的馈电线4；

所述介质基板1为长方体结构的底板；

所述主辐射体2为一中央开设有U型槽5的矩形金属贴片；所述U型槽5其槽臂长与主辐射体2其窄边平行，U型槽5其槽臂底与主辐射体2其长边平行；

所述金属地3为一矩形结构的铝板；所述金属地3与介质基板1其底部相连接；

所述馈电线4为一同轴线，且其外导体与金属地3相接，其内导体穿过介质基板1后与主辐射体2相接；所述馈电线4其内导体与主辐射体2连接处位于U型槽5其开口处，从而辐射电磁波来进行信号的发射与接收；

所述金属地3其长边、介质基板1其短边及主辐射体2其短边互相平行，所述金属地3其短边、介质基板1其长边及主辐射体2其长边互相平行。

所述介质基板1由Arlon-AD1000材料制成，且其介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02；所述介质基板1其厚度为4.3mm，长边为33mm，窄边为24mm。

所述馈电线4其内导体半径为0.415mm，外导体半径为2.66mm。

所述馈电线4其中心位于主辐射体2中心且偏离U型槽5其槽臂底方向0.2mm处。

所述主辐射体2其长边为26.8mm，宽边为18.8mm，厚度为18至25um。。

所述U型槽5其槽臂长10.86mm，槽臂底9.82mm，槽臂缝隙宽0.79mm。

所述金属地3其厚度为1mm，长边为33mm，宽度为37mm。

本实用新型的S波段超宽带穿墙雷达天线，介质基板采用33mm×24mm×4.2mm的长方体模型，为了减小天线的总体尺寸，合理选择了介电常数为4.4的Arlon(AD1000)基板材料；主辐射体采用26.8mm×18.8mm的矩形金属贴片，为减小天线的总体尺寸，同时扩展天线的工作带宽，在厚度为4.2mm的介质基板其介质层平面覆着上18至25um厚度的金属辐射贴片，并在金属辐射贴片上开U型槽；为了增强天线辐射的方向性，同时减小天线的总体尺寸，在介质基板的底部放置了37mm×33mm×1mm的由铝板制成的金属地；

采用同轴线作为馈电线使得决定特性阻抗的参量变化简单，若介质基板的尺寸和电磁参数确定，则同轴线的内外导体半径大小与同轴线的位置共同决定馈电线的特性阻抗，这易于调控和实现宽带的阻抗匹配，为了连接外部标准的50Ω同轴线，馈电线的特性阻抗设计为50Ω；主辐射体上开U型槽结构，使得天线产生两个谐振点，从而提高天线的工作带宽，如图6所示，对本实用新型的S波段超宽带穿墙雷达天线进行驻波比测试，实现了3至3.5GHz频段天线的驻波比小于2，充分利用了该频段的能量，减少了全频段的能量损耗；主辐射体和金属地的配合解决了宽带范围内远场方向图的稳定性和一致性，高频段的方向图出现分裂和变向的问题；对本实用新型的S波段超宽带穿墙雷达天线的各频点归一化方向图进行实测，实测结果如图7所示，远场方向图的一致性较好且无畸变情形，测试得到在3GHz、3.25GHz和3.5GHz三个频点的半功率波束宽度均在104°以上，实现了宽波束设计，提高了穿墙雷达的扫描角度范围；另外，如图8所示，对本实用新型的S波段超宽带穿墙雷达天线进行隔离度测试，收发天线采用同极化放置，相距130mm，有效提高了收发天线的隔离度，实现了3至3.5GHz天线隔离度低于-28.116dB。

上述实施例，仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。