一种超宽带脉冲天线的制作方法

1.本发明涉及一种超宽带脉冲天线，属于微波天线技术领域。


背景技术：

2.探地雷达(ground penetrating rader,gpr)是一种十分有效的目标探测的设备，是进行地表下结构和埋藏物体的无损探测和穿墙成像的有效工具。自20世纪60年代以来，探地雷达经历了从构想提出到逐渐发展的过程，探地雷达的出现在很大程度上提高了人类对客观实物的认识及改造能力。探地雷达天线在地面等距移动测量过程中，能够获取随空间位置而改变的反射信号，而这些反射信号的幅度和时延的变化就隐含了媒质参量的变化，将获取的反射信号进行分析处理，就能够检测到目标体，确定其空间形状、介质特性以及埋藏深度。
3.探地雷达进行地下结构探测，其所依靠的是时域窄脉冲信号，时域窄脉冲信号拥有适宜的物质穿透能力，同时蕴含丰富的频谱含量，其接触不同的物质材料会有不同的信号表现，以此实现探测，而要发射时域窄脉冲信号，就需要超宽带脉冲天线。
4.专利cn116169468a公开了一种超宽带定向辐射天线，通过金属反射器将背朝地板向上辐射的能量向下反射，实现定向辐射，并采用超表面改善阻抗匹配并提高增益，但是整个天线采用了多层结构，需要在其中加入固定组建，在一些应用环境中，整个天线的结构稳定性较差。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种超宽带脉冲天线，解决了背景技术中披露的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
7.一种超宽带脉冲天线，包括屏蔽壳、以及设置在屏蔽壳内的双脊馈电结构和辐射板对；
8.双脊馈电结构的背侧设置有半圆柱体空腔，半圆柱体空腔的凸起侧朝向屏蔽壳的后端；
9.辐射板对的一个辐射板的后端连接双脊馈电结构上脊的馈电点，辐射板对的另一个辐射板的后端连接双脊馈电结构下脊的馈电点，两个辐射板呈八字分布并且窄侧靠近馈电点，两个辐射板和屏蔽壳整体呈喇叭形，辐射板的前端与对应的屏蔽壳侧边前端之间设置有集总电阻；
10.与辐射板相对的屏蔽壳内壁上设置有第一半圆板，第一半圆板的凸起侧朝向辐射板。
11.双脊馈电结构的上脊和下脊均为长方体结构，上脊和下脊同轴设置，并且两者之间留有距离。
12.从辐射板的后端到前端，辐射板的宽度依次递增。
13.辐射板为若干平板串联构成，两辐射板的平板两两对称。
14.辐射板的前端连接有向后翻折的第二半圆板，第二半圆板的自由侧与对应屏蔽壳侧边前端之间留有空隙，集总电阻设置在空隙内。
15.集总电阻设置在相对顶角之间，其中，一个顶角为第二半圆板自由侧的顶角，另一个顶角为屏蔽壳侧边前端的顶角。
16.本发明所达到的有益效果：1、本发明采用双脊馈电结构、在双脊馈电结构的背侧设置半圆柱体空腔，馈电点至自由空间采用八字分布的辐射板对，完成了同轴馈线至自由空间的阻抗变换，并且两个辐射板和屏蔽壳整体呈喇叭形，结构稳定牢靠；2、本发明在辐射面外部采用屏蔽腔，屏蔽外部干扰信号，增强天线单向辐射性能；3、本发明通过设置集总电阻，改善天线低频阻抗匹配并减小振铃效应；4、本发明通过设置第一半圆板，改善天线低频阻抗匹配。
附图说明
17.图1为超宽带脉冲天线的结构图；
18.图2为超宽带脉冲天线端口反射系数图；
19.图3为超宽带脉冲天线在200mhz频点处的方向图；
20.图4为超宽带脉冲天线在500mhz频点处的方向图；
21.图5为超宽带脉冲天线在700mhz频点处的方向图；
22.图6为超宽带脉冲天线在1000mhz频点处的方向图；
23.图7为超宽带脉冲天线时域性能测试结果。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
25.如图1所示，一种超宽带脉冲天线，包括屏蔽壳1、以及固定在屏蔽壳1内的双脊馈电结构和辐射板对。
26.双脊馈电结构的背侧固定半圆柱体空腔2，半圆柱体空腔2的凸起侧朝向屏蔽壳1的后端。辐射板对的一个辐射板5的后端连接双脊馈电结构上脊3的馈电点，辐射板对的另一个辐射板5的后端连接双脊馈电结构下脊4的馈电点，两个辐射板5呈八字分布并且窄侧靠近馈电点，两个辐射板5和屏蔽壳1整体呈喇叭形，辐射板5的前端与对应的屏蔽壳1侧边前端之间固定集总电阻。与辐射板5相对的屏蔽壳1内壁上固定第一半圆板6，第一半圆板6的凸起侧朝向辐射板5。
27.屏蔽壳1为金属屏蔽壳，通过在辐射面外部设置金属屏蔽壳，屏蔽外部干扰信号，即避免天线收到其他方向来波的干扰，增强天线单向辐射性能
28.双脊馈电结构的上脊3和下脊4均为长方体结构，上脊3和下脊4同轴设置，并且两者之间留有距离，同轴馈线通过双脊馈电结构馈入信号，同轴外导体连接下脊4，同轴内导体连接上脊3，并通过固定在背面的半圆柱体空腔2改善阻抗匹配。
29.辐射板对是一个从同轴馈电点至自由空间的渐变结构，从辐射板5的后端到前端，辐射板5的宽度依次递增，每个辐射板5为若干平板串联构成，具体是14块平板，每块均呈梯形，两辐射板5的平板两两对称。通过双脊馈电结构、半圆柱体空腔2、八字分布的辐射板对，
完成了同轴馈线至自由空间的阻抗变换，并且由于两个辐射板5和屏蔽壳1整体呈喇叭形，结构稳定牢靠。
30.为了保证天线的平滑，辐射板5的前端连接有向后翻折的第二半圆板7，第二半圆板7是一个金属半圆板，第二半圆板7的自由侧与对应屏蔽壳1侧边前端之间留有空隙，集总电阻安装在空隙内，空隙内具体安装两个集总电阻，每个集总电阻均安装在相对顶角之间，其中，一个顶角为第二半圆板7自由侧的顶角，另一个顶角为屏蔽壳1侧边前端的顶角，集总电阻一般为50欧姆，通过加载集总电阻削弱了天线末端电流的反射，改善了天线低频段的阻抗匹配，同时减小了天线的振铃效应。
31.第一半圆板6也是一个金属半圆板，放置在辐射板5与屏蔽壳1之间，馈电部分之后，可改善了天线低频段的阻抗匹配。
32.为了验证上述天线的效果，对上述天线的性能进行了测试，测试结果见图2～图7。其中，图2位天线端口反射系数图，可见本发明的天线在168mhz-1000mhz频率范围内反射系数小于-10db，带宽达到约5.9:1，实现了超宽带性能；图3～图6分别为天线在200mhz、500mhz、700mhz和1000mhz频点处的方向图，可见本发明的天线在超宽带工作频带内保持了良好的单向辐射性能，同时，天线增益随着频率升高而增大，在1000mhz时增益达到约9.77dbi；图7为天线时域性能测试结果，本发明天线作为接收天线接收一个高斯脉冲信号，从图中可以看到，接收所得信号时域主脉冲波形清晰，基本保持了原高斯脉冲主波形形状，同时拖尾迅速衰减，说明本发明天线具有良好的时域性能。
33.综上，本发明的天线具有超过5.9:1的阻抗匹配带宽，在工作频段内具备单向辐射性能，同时相位中心稳定，对于接收信号保真性较好，整个结构紧凑稳定，在探地雷达领域有很好的应用前景。
34.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种超宽带脉冲天线，其特征在于，包括屏蔽壳、以及设置在屏蔽壳内的双脊馈电结构和辐射板对；双脊馈电结构的背侧设置有半圆柱体空腔，半圆柱体空腔的凸起侧朝向屏蔽壳的后端；辐射板对的一个辐射板的后端连接双脊馈电结构上脊的馈电点，辐射板对的另一个辐射板的后端连接双脊馈电结构下脊的馈电点，两个辐射板呈八字分布并且窄侧靠近馈电点，两个辐射板和屏蔽壳整体呈喇叭形，辐射板的前端与对应的屏蔽壳侧边前端之间设置有集总电阻；与辐射板相对的屏蔽壳内壁上设置有第一半圆板，第一半圆板的凸起侧朝向辐射板。2.根据权利要求1所述的超宽带脉冲天线，其特征在于，双脊馈电结构的上脊和下脊均为长方体结构，上脊和下脊同轴设置，并且两者之间留有距离。3.根据权利要求1所述的超宽带脉冲天线，其特征在于，从辐射板的后端到前端，辐射板的宽度依次递增。4.根据权利要求1或3所述的超宽带脉冲天线，其特征在于，辐射板为若干平板串联构成，两辐射板的平板两两对称。5.根据权利要求1所述的超宽带脉冲天线，其特征在于，辐射板的前端连接有向后翻折的第二半圆板，第二半圆板的自由侧与对应屏蔽壳侧边前端之间留有空隙，集总电阻设置在空隙内。6.根据权利要求5所述的超宽带脉冲天线，其特征在于，集总电阻设置在相对顶角之间，其中，一个顶角为第二半圆板自由侧的顶角，另一个顶角为屏蔽壳侧边前端的顶角。

技术总结
本发明公开了一种超宽带脉冲天线，本发明采用双脊馈电结构、在双脊馈电结构的背侧设置半圆柱体空腔，馈电点至自由空间采用八字分布的辐射板对，完成了同轴馈线至自由空间的阻抗变换，并且两个辐射板和屏蔽壳整体呈喇叭形，结构稳定牢靠，本发明在辐射面外部采用屏蔽腔，屏蔽外部干扰信号，增强天线单向辐射性能，本发明通过设置集总电阻，改善天线低频阻抗匹配并减小振铃效应，本发明通过设置第一半圆板，改善天线低频阻抗匹配。改善天线低频阻抗匹配。改善天线低频阻抗匹配。


技术研发人员：袁臣 黄丘林
受保护的技术使用者：镇江创安矿用设备有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/6