一种1至3GHz收发一体化超宽带穿墙雷达天线的制作方法

本实用新型涉及一种1至3GHz收发一体化超宽带穿墙雷达天线，属于雷达及通信技术领域。

背景技术：

随着国防事业和无线通信的发展，超宽带技术在宽带通信、雷达探测、扩频通信等领域得到了广泛应用；广义的超宽带是指工作的绝对带宽在500MHz以上或绝对带宽相比于中心频率大于25%。作为无线通信系统前端关键部件，传统的超宽带天线的体积大、加工精度要求高、成本高，因此在最近十多年的设计与研究中逐渐偏向于小型平面化。如今通信系统朝着平面化和集成化方向快速发展，而一些剖面较高的超宽带天线无法与载体进行共形布置，难以集成到超宽带系统中，因此研发与设计小型平面化的超宽带天线具有十分重要的实际意义和应用价值。本实用新型的收发一体化超宽带天线应用于哨兵手持穿墙雷达系统中，天线采用易于加工的共面波导进行馈电，巧妙地将辐射贴片和辐射缝隙组合成新型的平面天线，可以实现天线的宽带化与小型化。目前，大部分超宽带雷达天线工作在3GHz以上的频段，而在1至2GHz频段天线的驻波比和2至3GHz半功率波束宽度指标难以达到系统要求。本实用新型的在穿墙雷达系统的指标要求下，增大天线的阻抗带宽和半功率波束宽度，充分利用了1至2GHz低频段的能量，减少了全频段的能量损耗，并且提高了穿墙雷达系统的扫描距离和范围；为了改善全频段范围内天线远场辐射方向图的稳定性和一致性，巧妙地引入金属地协同辐射结构，可以防止2至3GHz高频段的方向图出现分裂和变向等畸变情形。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提出了一种1至3GHz收发一体化超宽带穿墙雷达天线，展宽了阻抗带宽，充分利用了1至2GHz低频段能量，减少了全频段的能量损耗；解决了超宽带雷达天线在1至2GHz低频段的阻抗匹配问题并优化2至3GHz高频段的远场辐射特性。

本实用新型的1至3GHz收发一体化超宽带穿墙雷达天线，包括金属反射板，及固定于金属反射板上方的介质基板，及单面覆着于介质基板表面的金属组合层；所述金属组合层由收发馈电线、收发主辐射体和金属地协同辐射结构组成；

所述介质基板为一呈长方体结构的底板；所述介质基板通过介质支撑柱固定于金属反射板上方；

所述收发馈电线为一对呈中心对称的矩形金属信号带贴片，且其窄边共中点与介质基板其表面窄边平行；

所述收发主辐射体为一对呈中心对称的正三角形金属贴片，且其一边长与收发馈电线其靠近收发主辐射体一侧的窄边共中点平行贴合；

所述金属地协同辐射结构为一呈中心对称的闭合环形金属贴片，其覆着于介质基板其上表面，且其沿介质基板其窄边纵向延伸至其长边横向闭合，直至各自包围住收发主辐射体，形成一具有三阻带共面波导馈电结构的收发一体过渡型天线。

进一步地，所述介质支撑柱由聚氯乙烯材料制成，其上端与介质基板其未覆金属组合层平面相连接，且其端部分别垂直嵌装于介质基板其四角所开设的圆柱孔中；所述金属反射板与四根介质支撑柱其底面相连接，且介质支撑柱呈中心对称并垂直固定于金属反射板上。

再进一步地，四个所述圆柱孔呈中心对称并贯穿介质基板和金属地协同辐射结构，且每一所述圆柱孔其直径为2mm，设置圆柱孔，与介质支撑柱相嵌起到固定作用。

再进一步地，所述圆柱孔其中心轴与介质基板的长边间距为2mm，窄边间距为2.25mm。

作为优选的实施方案，所述介质基板由Arlon-AD1000材料制成，其介电常数为10.2，损耗角正切值为0.0023，且其厚度为3mm，长边为72mm，窄边为43mm，其上表面覆着的金属组合层厚度为18至25um。

作为优选的实施方案，所述收发馈电线其信号带宽度为4mm，且其与金属地协同辐射结构之间的缝隙宽度为1.6mm。

作为优选的实施方案，所述收发主辐射体其边长为24mm，且其与金属地协同辐射结构之间的缝隙间距为3mm。

作为优选的实施方案，所述金属地协同辐射结构其在介质基板其窄边的金属贴片宽度为4.5mm，其在介质基板其长边的金属贴片宽度为1.5mm，且其在介质基板其中心对称轴的金属贴片宽度为7.8mm。

作为优选的实施方案，所述金属反射板为铝质材料，且其厚度为1mm，长边为80mm，窄边为70mm，且其与介质基板其底面相距10mm。

本实用新型与现有技术相比较，本实用新型的1至3GHz收发一体化超宽带穿墙雷达天线，采用天线与馈电结构共面的共面波导馈电设计，共面波导馈电的参数优化组合设计易于加工与集成外部元器件，且便于实现从收发馈电线到收发主辐射体贴片之间的阻抗调控；半功率波束宽度在100°以上，提高了穿墙雷达的扫描角度范围；收发馈电线与收发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1至3GHz全频段的能量得到充分利用；金属地协同辐射结构的参数优化组合设计，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。

附图说明

图1是本实用新型的侧视结构示意图。

图2是本实用新型的俯视结构示意图。

图3是本实用新型的驻波比测试示意图。

图4是本实用新型的各频点归一化方向图的实测结果示意图。

附图中各部件标注为：1-金属反射板，2-介质基板，3-收发馈电线，4-收发主辐射体，5-金属地协同辐射结构，6-介质支撑柱，7-圆柱孔，T-金属组合层，b-收发馈电线与金属地协同辐射结构之间的缝隙宽度，c-收发主辐射体与金属地协同辐射结构之间的缝隙间距。

具体实施方式

如图1和图2所示的1至3GHz收发一体化超宽带穿墙雷达天线，包括金属反射板1，及固定于金属反射板1上方的介质基板2，及单面组合覆着于介质基板2表面的的金属组合层T；所述金属组合层T由收发馈电线3、收发主辐射体4和金属地协同辐射结构5；

所述介质基板2为一呈长方体结构的底板；所述介质基板2通过介质支撑柱6固定于金属反射板1上方；

所述收发馈电线3为一对呈中心对称的矩形金属信号带贴片，且其窄边共中点与介质基板2其表面窄边平行；

所述收发主辐射体4为一对呈中心对称的正三角形金属贴片，且其一边长与收发馈电线3其靠近收发主辐射体3一侧的窄边共中点平行贴合；

所述金属地协同辐射结构5为一呈中心对称的闭合环形金属贴片，其覆着于介质基板2其上表面，且其沿介质基板2窄边纵向延伸至长边横向闭合，直至各自包围住收发主辐射体4，形成一具有三阻带共面波导馈电结构的收发一体过渡型天线。

所述介质支撑柱6由聚氯乙烯材料制成，其上端与介质基板2其未覆金属组合层平面相连接，且其端部分别垂直嵌装于介质基板2其四角所开设的圆柱孔7中；所述金属反射板1与四根介质支撑柱6其底面相连接，且介质支撑柱6呈中心对称并垂直固定于金属反射板1上。

四个所述圆柱孔7呈中心对称并贯穿介质基板2和金属地协同辐射结构5，且每一所述圆柱孔7其直径为2mm。

所述圆柱孔7 其中心轴与介质基板2的长边间距为2mm，窄边间距为2.25mm。

所述介质基板2由Arlon-AD1000材料制成，且其厚度为3mm，长边为72mm，窄边为43mm，其上表面覆着的金属组合层T厚度为18至25um。

所述收发馈电线3其信号带宽度为4mm，且其与金属地协同辐射结构5之间的缝隙宽度b为1.6mm。

所述收发主辐射体4其边长为24mm，且其与金属地协同辐射结构5之间的缝隙间距c为3mm。

所述金属地协同辐射结构5其在介质基板其窄边的金属贴片宽度为4.5mm，其在介质基板其长边的金属贴片宽度为1.5mm，且其在介质基板其中心对称轴的金属贴片宽度为7.8mm。

所述金属反射板1为铝质材料，且其厚度为1mm，长边为80mm，窄边为70mm，且其与介质基板2其底面相距10mm。

本实用新型的1至3GHz收发一体化超宽带穿墙雷达天线，介质基板采用72mm×43mm×3mm的长方体模型，并在四角分别开四个直径为两毫米的圆柱孔，从而与介质支撑柱相嵌起到固定作用；为了减小天线的总体尺寸，合理选择了介电常数为10.2的Arlon-AD1000基板材料，并在厚度为3mm的介质基板的介质层平面覆着上18至25um厚度的金属导体贴片天线，得到呈中心对称的收发一体化共面波导天线；为了增强天线辐射的方向性，在距介质基板底部10mm处补充了一块80mm×70mm的铝质材料的金属反射板；

收发馈电线的信号带与金属地协同辐射结构的三阻带共面波导馈电设计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，则收发馈电线的信号带与金属地协同辐射结构之间的缝隙宽度和信号带的宽度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，共面波导馈电线的特性阻抗设计为50Ω；收发主辐射体的正三角形结构能影响宽带范围内的馈电端口输入阻抗，提高天线的阻抗带宽，如图3所示，对本实用新型的1至3GHz收发一体化超宽带穿墙雷达天线进行驻波比测试，实现了1至3GHz频段天线的驻波比小于3，充分利用了1至2GHz低频段的能量，减少了全频段的能量损耗；收发主辐射体和金属地协同辐射结构的配合解决了宽带范围内远场方向图的稳定性和一致性问题，防止2至3GHz高频段的方向图出现分裂和变向，对本实用新型的1至3GHz收发一体化超宽带穿墙雷达天线进行各频点归一化方向图的实测，实测结果如图4所示，远场方向图的一致性较好且无畸变情形，计算得到在1GHz、2GHz和3GHz三个频点的半功率波束宽度均在100°以上，实现了宽波束设计，提高了穿墙雷达的扫描角度范围。

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。