一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线

1.本技术涉及天线技术领域，特别是涉及一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线。


背景技术：

2.随着科学技术的进步和电子工业的飞速发展，无线探测及通信技术也得到了快速应用，其技术也加速更迭。在穿墙探测应用中，根据穿墙雷达探测技术要求，需要高增益、宽频带的天线，同时具有小体积、易加工的特点，容易实现批量生产。
3.目前常用于穿墙雷达探测系统的天线主要有：
4.1)宽带喇叭、槽线天线等超宽带天线，这类天线的纵向尺寸长且体积较大，不适合手持式穿墙雷达使用；
5.2)宽带振子天线，如蝶形振子等，这类天线目前应用最为广泛，但是其横向尺寸较大；
6.3)宽带印刷天线，如e形贴片、u形开槽微带天线、多层微带贴片天线等，这类天线的横向尺寸较小，但带宽较小；
7.4)宽带螺旋天线，这类天线具有圆极化的特点，能够达到较宽的阻抗带宽，但通常增益较低，辐射效率也不高。
8.也就是说，现有技术中用于穿墙雷达的天线难以兼顾高增益、宽频带和小尺寸的特点。


技术实现要素：

9.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线，能够兼顾高增益、宽频带和小尺寸的特点。
10.一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线，包括：金属背腔以及设在所述金属背腔顶部开口处的介质层；所述介质层的顶部设有振子层，所述介质层的底部设有缝隙层；
11.所述振子层包括：馈电网络以及与所述馈电网络相连的两个单振子，所述单振子的谐振长度为辐射波的四分之一波长。
12.在一个实施例中，所述馈电网络为一分二的微带馈电网络，两个所述单振子分别与所述微带馈电网络的两端相连。
13.在一个实施例中，还包括：馈电组件；所述馈电组件的两端分别设有馈电探针；
14.一个馈电探针与所述金属背腔的底部相连，另一端的馈电探针穿过所述金属背腔的底壁、所述缝隙层以及所述介质层后与所述馈电网络相连。
15.在一个实施例中，所述馈电组件还包括：馈电介质；
16.两个所述馈电探针分别设在所述馈电介质的两端。
17.在一个实施例中，所述馈电组件还包括：馈电电缆；
18.所述馈电电缆设在所述馈电介质的外侧并包住所述馈电介质，所述馈电电缆的一端与所述金属背腔的底壁相连，另一端穿过所述缝隙层以及所述介质层后与所述振子层的
底部相连。
19.在一个实施例中，所述馈电电缆与所述金属背腔的底壁垂直。
20.在一个实施例中，所述介质层为印刷介质基板，采用fr4或ptfe材料制成。
21.上述用于穿墙雷达的宽带线极化天线，在金属背腔的顶部开口处设置了介质层，介质层的顶部和底部分别设置了振子层和缝隙层，由此构成了反射背腔缝隙微带结构，实现了天线的宽频带、低剖面、线极化；振子层包括一分二的微带馈电网络以及两个单振子，单振子的谐振长度(振子横向尺寸)为辐射波的四分之一波长且剖面低，同样的空间可以兼容两个单振子，相当于减小了天线的尺寸、体积和重量，降低了天线的成本，具有制作简单、便携性强的特点；同时，两个单振子易于作为阵元集成为阵列，可以组成二元阵，以组阵的方式提高了口径的利用效率，并进一步提高天线的增益和辐射效率；本技术可以广泛集成应用于安防等领域的穿墙雷达天线，尤其是手持式穿墙雷达天线。
附图说明
22.图1为一个实施例中一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线的立体示意图；
23.图2为一个实施例中一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线的爆炸示意图；
24.图3为一个实施例中一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线的介质层的侧视图；
25.图4为一个实施例中一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线的介质层的俯视图；
26.图5为一个实施例中一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线的介质层的俯视坐标图；
27.图6为另一个实施例中一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线的振子层的俯视图；
28.图7为一个实施例中一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线的金属背腔的立体图；
29.图8为一个实施例中一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线的驻波系数的仿真图；
30.图9为一个实施例中一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线的增益的仿真图。
31.附图标记说明：
32.1，振子层；2，介质层；3，缝隙层；4，金属背腔；5，馈电组件；6，馈电探针；7，馈电过孔；8，馈电点；9，单振子；10，馈电网络。
具体实施方式
33.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.需要说明，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
35.另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。
36.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
37.另外，本技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
38.本技术提供了一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线，如图1至图7所示，在一个实施例中，包括：金属背腔4以及介质层2。
39.金属背腔4为顶部开口、内部设有空腔的结构，具体形状不做限制，例如：长方体形状的金属背腔。
40.介质层2设在金属背腔4的顶部开口处，且覆盖住金属背腔4的顶部开口，具体的，介质层2的边缘通过螺栓螺母与金属背腔4的顶部开口固定。介质层2为印刷介质基板，采用fr4或ptfe材料制成，形状可以是长方形的板状。
41.介质层2的顶部设有振子层1，介质层2的底部设有缝隙层3；振子层1与缝隙层3均为金属材料制成，通过双面印刷电路板整体蚀刻而成，相对印刷在介质层2的两侧，构成宽带缝隙耦合馈电结构。例如：介质层的厚度为1.43mm，相对介电常数为2.5；双面铜箔(即振子层与缝隙层)的厚度为0.035mm。
42.振子层1包括：馈电网络10以及与馈电网络10相连的两个单振子9。馈电网络10为一分二的微带馈电网络，两个单振子9分别与微带馈电网络的两端相连，作为辐射振子；馈电网络要确保单振子端的相位和幅度相同，以对两个振子进行等幅同相激励；馈电网络的终端微带线宽需要进行调节，以确保与馈电电缆特性阻抗相匹配，至于如何调节属于现有技术。单振子的谐振长度为辐射波的四分之一波长。具体的单振子的形状可以是直线型或者其它形式，其尺寸主要由天线的设计频段决定，属于现有技术，在此不再赘述。
43.缝隙层3设在介质层2与金属背腔4的顶部开口之间，并与金属背腔4保持良好的电接触。缝隙层3的形状与介质层2相同，缝隙层3上间隔设有两个矩形槽，与振子形成宽缝耦合，能够有效提高天线的带宽；缝隙层上位于两个矩形槽之间的部分形成隔离带，隔离带同时作为馈电网络的地。
44.上述用于穿墙雷达的宽带线极化天线，在金属背腔的顶部开口处设置了介质层，介质层的顶部和底部分别设置了振子层和缝隙层，由此构成了反射背腔缝隙微带结构，实现了天线的宽频带、低剖面、线极化；振子层包括一分二的微带馈电网络以及两个单振子，单振子的谐振长度(振子横向尺寸)为辐射波的四分之一波长且剖面低，同样的空间可以兼容两个单振子，相当于减小了天线的尺寸、体积和重量，降低了天线的成本，具有制作简单、便携性强的特点；同时，两个单振子易于作为阵元集成为阵列，可以组成二元阵，以组阵的方式提高了口径的利用效率，并进一步提高天线的增益和辐射效率；本技术可以广泛集成应用于安防等领域的穿墙雷达天线，尤其是手持式穿墙雷达天线。
45.在一个实施例中，还包括：馈电组件5。馈电组件5包括：外层的馈电电缆、内部的馈电介质以及设在馈电介质两端的两个馈电探针6。
46.馈电电缆的一端与金属背腔4的底壁相连，另一端穿过缝隙层3以及介质层2后与振子层1的底部相连，具体的连接方式可以是焊接或者压接，以确保较好的电接触。一个馈电探针与金属背腔4的底部相连(该馈电探针可以是射频接头，如sma接头等，方便测试及和其它设备相连)，另一端的馈电探针穿过金属背腔4的底壁(底壁上设有馈电过孔7)、缝隙层3以及介质层2后与馈电网络10相连，具体的，使用焊锡将馈电探针焊接在振子层的馈电网络的馈电点8处，馈电探针伸出介质层的长度应控制在0.5mm以内。
47.天线工作时，微波信号通过馈电组件馈入，沿着馈电介质穿过金属背腔、缝隙层和介质层，到达振子层的馈电点，通过一分二微带馈电网络对二元阵馈电，并通过两个单振子辐射出去。
48.本实施例的设置，在兼顾工作频带宽、增益较高、尺寸较小的基础上，实现了馈电简单、操作便捷、便于集成的技术效果，同时保证系统的探测精度及距离，能够较好满足系统对探测系统的综合要求。
49.优选地，馈电电缆与金属背腔的底壁垂直，以更好保证馈电电缆对天线的垂直馈电。
50.更进一步优选地，馈电电缆穿过缝隙层3隔离带以及介质层2后与振子层1相连。
51.如图8所示，对本技术中天线的驻波进行仿真测试，横坐标为频率(freq)，单位是ghz，纵坐标为天线的驻波(vswr)；在1.67ghz-2.76ghz范围内天线的驻波小于2.2。
52.如图9所示，对本技术中天线的增益进行仿真测试，横坐标为角度(θ)，纵坐标为天线的增益(gain)，单位是db；坐标轴设置如图5所示，其中φ＝0
°
平面表示yoz平面，φ＝90
°
平面表示xoz平面，在法线方向上的天线的增益为8.8dbi。
53.以上仿真结果验证了该天线可行，驻波带宽大于1ghz，且具有较高口径效率及增益。
54.本技术同样可以用于普通雷达探测、成像及通信系统中。馈电网络的布局可以是如图6所示，振子天线的形式也可以是“蝶形”、“水滴形”等其它形式。
55.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
56.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线，其特征在于，包括：金属背腔以及设在所述金属背腔顶部开口处的介质层；所述介质层的顶部设有振子层，所述介质层的底部设有缝隙层；所述振子层包括：馈电网络以及与所述馈电网络相连的两个单振子，所述单振子的谐振长度为辐射波的四分之一波长。2.根据权利要求1所述的用于穿墙雷达的宽带线极化天线，其特征在于，所述馈电网络为一分二的微带馈电网络，两个所述单振子分别与所述微带馈电网络的两端相连。3.根据权利要求1或2所述的用于穿墙雷达的宽带线极化天线，其特征在于，还包括：馈电组件；所述馈电组件的两端分别设有馈电探针；一个馈电探针与所述金属背腔的底部相连，另一端的馈电探针穿过所述金属背腔的底壁、所述缝隙层以及所述介质层后与所述馈电网络相连。4.根据权利要求3所述的用于穿墙雷达的宽带线极化天线，其特征在于，所述馈电组件还包括：馈电介质；两个所述馈电探针分别设在所述馈电介质的两端。5.根据权利要求4所述的用于穿墙雷达的宽带线极化天线，其特征在于，所述馈电组件还包括：馈电电缆；所述馈电电缆设在所述馈电介质的外侧并包住所述馈电介质，所述馈电电缆的一端与所述金属背腔的底壁相连，另一端穿过所述缝隙层以及所述介质层后与所述振子层的底部相连。6.根据权利要求5所述的用于穿墙雷达的宽带线极化天线，其特征在于，所述馈电电缆与所述金属背腔的底壁垂直。7.根据权利要求1或2所述的用于穿墙雷达的宽带线极化天线，其特征在于，所述介质层为印刷介质基板，采用fr4或ptfe材料制成。

技术总结
本申请属于天线技术领域，涉及一种用于穿墙雷达的宽带线极化天线，包括：金属背腔以及设在金属背腔顶部开口处的介质层；介质层的顶部设有振子层，介质层的底部设有缝隙层；振子层包括：馈电网络以及与馈电网络相连的两个单振子，单振子的谐振长度为辐射波的四分之一波长；馈电网络为一分二的微带馈电网络，两个单振子分别与微带馈电网络的两端相连。还包括：馈电组件；馈电组件的两端分别设有馈电探针；一个馈电探针与金属背腔的底部相连，另一端的馈电探针穿过金属背腔的底壁、缝隙层以及介质层后与馈电网络相连。采用本申请能够兼顾高增益、宽频带和小尺寸的特点。宽频带和小尺寸的特点。宽频带和小尺寸的特点。


技术研发人员：肖科 丁亮 柴舜连 伍小灿 周承冕
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/8/5