一种用于生命探测雷达的超宽带天线制造技术

本发明专利技术公开了一种用于生命探测雷达的超宽带天线，金属屏蔽腔为前端开口的长方形低反射腔，绝缘介质板固定于金属屏蔽腔的前端开口处，半椭圆金属辐射臂对称印制于绝缘介质板的正面，半椭圆金属辐射臂之间预设有间隔，邻近间隔的两个半椭圆金属辐射臂上分别设有输入端口作为各自的馈电端，金属带的一端通过加载电阻与半椭圆金属辐射臂连接，金属带的另一端与金属屏蔽腔电性连接，阻抗变换器的平衡输出端分别与两个半椭圆金属辐射臂的输入端口连接，非平衡输入端与同轴连接器连接，同轴连接器的另一端与生命探测雷达系统的发射机和接收机连接。本发明专利技术具有良好的宽频带特性和时域辐射特性，并且结构紧凑、馈电方式简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超宽带雷达天线
，具体涉及一种用于生命探测雷达的超宽带天线。
技术介绍
近年来，国内外各种重大自然灾害和人为事故时有发生，造成了大量人员伤亡。尤其是在高楼密布、管道及线路交错纵横的人口密集城市，如何在灾后有效开展生命救助探测与定位，提高救援效率是一个比较关键的问题。生命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，因而受到社会各界广泛关注。天线作为辐射和接收电磁波的部件，其性能的好坏直接影响着整个生命探测系统性能的优劣。由于灾害事故现场环境复杂，目标不可触及，同时受限于背景噪音和障碍物对电磁波的衰减与散射影响，生命探测雷达系统对天线的性能要求比较高。为了抑制辐射波形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。目前应用于生命探测雷达系统的天线主要是平面偶极子天线，尤以蝶形天线及其变形结构为主。虽然蝶形天线具有频带宽、辐射特性好、制作简单和成本低等优点，但采用矩形屏蔽腔和电阻加载设计的蝶形天线输入阻抗通常在200Ω左右，这对于工作在高频段上的生命探测雷达超宽带蝶形天线与发射机之间的阻抗匹配是比较困难的，其体积尺寸不利于系统集成，带宽以及阻抗变换比均成为整个结构设计的难点，因此设计一种既具有平面偶极子天线特性，又具有比较低的输入阻抗和较小横向尺寸的天线成为一种合理的选择。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种结构紧凑、馈电方式简单且具有比较低的输入阻抗和较小横向尺寸的用于生命探测雷达的超宽带天线。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种用于生命探测雷达的超宽带天线，其特征在于包括绝缘介质板、半椭圆金属辐射臂、金属屏蔽腔、金属带、加载电阻、吸波材料、阻抗变换器和同轴连接器，其中金属屏蔽腔为前端开口的长方形低反射腔，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，两个半椭圆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平面偶极子超宽带天线，该两个半椭圆金属辐射臂的椭圆端相对并且半椭圆金属辐射臂的底边与绝缘介质板的侧边平行，半椭圆金属辐射臂的长度l取值遵循如下关系：其中λl为低频截止频率对应的自由空间波长，εeff为所采用的绝缘介质板有效相对介电常数，两个半椭圆金属辐射臂之间预设有间隔，邻近间隔的两个半椭圆金属辐射臂上分别设有输入端口作为各自的馈电端，金属带设置于半椭圆金属辐射臂底边与金属屏蔽腔侧板之间，该金属带的一端分别通过三个加载电阻与半椭圆金属辐射臂连接，金属带的另一端与金属屏蔽腔电性连接，阻抗变换器设置于绝缘介质板背面两个半椭圆金属辐射臂椭圆端相对的位置，该阻抗变换器的平衡输出端分别与两个半椭圆金属辐射臂的输入端口相连接，阻抗变换器的非平衡输入端与同轴连接器相连接，同轴连接器的另一端与生命探测雷达系统的发射机和接收机直接相连接，吸波材料填充于整个金属屏蔽腔内部，用于削弱金属屏蔽腔的谐振效应。进一步优选，所述半椭圆金属辐射臂的长半轴长度为189mm，短半轴长度为90mm。进一步优选，所述半椭圆金属辐射臂之间预设的间隔距离为2mm。进一步优选，所述金属屏蔽腔的材质为铝合金，其背腔高度为雷达天线中心频率对应的自由空间波长的十分之一。进一步优选，所述绝缘介质板为FR4介质板，其介电常数为4.4，厚度为1mm，尺寸为400mm×200mm。进一步优选，所述吸波材料为多层聚氨酯泡沫，相对介电常数为2.2，电导率为0.125S/m。进一步优选，所述金属带为梯形结构的铜箔，其上底边与绝缘介质板的侧边平行，两斜边的上顶点分别在半椭圆金属辐射臂弧形边的延长线上，三个加载电阻等间距分布于金属带与半椭圆金属辐射臂底边之间，该金属带靠近半椭圆金属辐射臂的一端通过三个均匀分布的加载电阻与半椭圆金属辐射臂的底边相连接，金属带的另一端与金属屏蔽腔电性连接。本专利技术的超宽带天线采用半椭圆偶极子形状以及末端电阻加载的形式，具有良好的宽频带特性，其横向尺寸较小且馈电方式紧凑，有利于满足天线带宽内的阻抗匹配要求和天线的集成以及规模化生产，超宽带天线安装于长方形低屏蔽腔的开口处，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，能够满足生命探测雷达系统的定向性要求和工程需要。附图说明图1是本专利技术的立体结构示意图；图2是本专利技术绝缘介质板背面金属屏蔽腔内结构示意图；图3是本专利技术的输入阻抗曲线；图4是本专利技术应用于墙体后人体呼吸频率探测测试的B-scan图。图中：1、绝缘介质板，2、半椭圆金属辐射臂，3、金属屏蔽腔，4、金属带，5加载电阻，6、吸波材料，7、阻抗变换器，8、同轴连接器。具体实施方式结合附图详细描述本专利技术的具体内容。图1为用于生命探测雷达的超宽带天线立体结构示意图，如图1所示，该用于生命探测雷达的超宽带天线包括绝缘介质板1、半椭圆金属辐射臂2、金属屏蔽腔3、金属带4、加载电阻5、吸波材料6、阻抗变换器7和同轴连接器8，其中金属屏蔽腔3为前端开口的长方形低反射腔，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，两个半椭圆金属辐射臂2通过电路板印制技术对称印制于绝缘介质板1的正面构成平面偶极子超宽带天线，该两个半椭圆金属辐射臂2的椭圆端相对并且半椭圆金属辐射臂2的底边与绝缘介质板1的侧边平行，半椭圆金属辐射臂2的长度l取值遵循如下关系：其中λl为低频截止频率对应的自由空间波长，εeff为所采用的绝缘介质板1有效相对介电常数，两个半椭圆金属辐射臂2之间预设有间隔，邻近间隔的两个半椭圆金属辐射臂2上分别设有输入端口作为各自的馈电端，金属带4设置于半椭圆金属辐射臂2底边与金属屏蔽腔3侧板之间，该金属带4的一端分别通过三个加载电阻5与半椭圆金属辐射臂2连接，金属带4的另一端与金属屏蔽腔3电性连接，阻抗变换器7设置于绝缘介质板1背面两个半椭圆金属辐射臂2椭圆端相对的位置，该阻抗变换器7的平衡输出端分别与两个半椭圆金属辐射臂2的输入端口相连接，阻抗变换器7的非平衡输入端与同轴连接器8相连接，同轴连接器8的另一端与生命探测雷达系统的发射机和接收机直接相连接，吸波材料6填充于整个金属屏蔽腔3内部，用于削弱金属屏蔽腔3的谐振效应。所述半椭圆金属辐射臂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。所述半椭圆金属辐射臂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椭圆金属辐射臂2之间的间隔进行调整。所述金属屏蔽腔3的材质为铝合金，其长度和宽度根据绝缘介质板1的大小确定，背腔高度为雷达天线中心频率对应的自由空间波长的十分之一，经过仿真优化，选择天线具有最好的低频匹配状态和最小的低频失配反射时的高度，约为51mm。所述绝缘介质板1为FR4介质板，其介电常数为4.4，厚度为1mm，尺寸为400mm×200mm。所述吸波材料6为多层聚氨酯泡沫，相对介电常数为2.2，电导率为0.125S/m。所述金属带4为梯形结构的铜箔，其上底边与绝缘介质板1的侧边平行，两斜边的上顶点分别在半椭圆金属辐射臂2弧形边的延长线上，三个加载电阻5等间距分布于金属带4与半椭圆金属辐射臂2底边之间，该金属带4靠近半椭圆金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生命探测雷达的超宽带天线，其特征在于包括绝缘介质板、半椭圆金属辐射臂、金属屏蔽腔、金属带、加载电阻、吸波材料、阻抗变换器和同轴连接器，其中金属屏蔽腔为前端开口的长方形低反射腔，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，两个半椭圆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平面偶极子超宽带天线，该两个半椭圆金属辐射臂的椭圆端相对并且半椭圆金属辐射臂的底边与绝缘介质板的侧边平行，半椭圆金属辐射臂的长度l取值遵循如下关系：其中λl为低频截止频率对应的自由空间波长，εeff为所采用的绝缘介质板有效相对介电常数，两个半椭圆金属辐射臂之间预设有间隔，邻近间隔的两个半椭圆金属辐射臂上分别设有输入端口作为各自的馈电端，金属带设置于半椭圆金属辐射臂底边与金属屏蔽腔侧板之间，该金属带的一端分别通过三个加载电阻与半椭圆金属辐射臂连接，金属带的另一端与金属屏蔽腔电性连接，阻抗变换器设置于绝缘介质板背面两个半椭圆金属辐射臂椭圆端相对的位置，该阻抗变换器的平衡输出端分别与两个半椭圆金属辐射臂的输入端口相连接，阻抗变换器的非平衡输入端与同轴连接器相连接，同轴连接器的另一端与生命探测雷达系统的发射机和接收机直接相连接，吸波材料填充于整个金属屏蔽腔内部，用于削弱金属屏蔽腔的谐振效应。...

【技术特征摘要】
1.一种用于生命探测雷达的超宽带天线，其特征在于包括绝缘介质板、半椭圆金属辐射臂、金属屏蔽腔、金属带、加载电阻、吸波材料、阻抗变换器和同轴连接器，其中金属屏蔽腔为前端开口的长方形低反射腔，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，两个半椭圆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平面偶极子超宽带天线，该两个半椭圆金属辐射臂的椭圆端相对并且半椭圆金属辐射臂的底边与绝缘介质板的侧边平行，半椭圆金属辐射臂的长度l取值遵循如下关系：其中λl为低频截止频率对应的自由空间波长，εeff为所采用的绝缘介质板有效相对介电常数，两个半椭圆金属辐射臂之间预设有间隔，邻近间隔的两个半椭圆金属辐射臂上分别设有输入端口作为各自的馈电端，金属带设置于半椭圆金属辐射臂底边与金属屏蔽腔侧板之间，该金属带的一端分别通过三个加载电阻与半椭圆金属辐射臂连接，金属带的另一端与金属屏蔽腔电性连接，阻抗变换器设置于绝缘介质板背面两个半椭圆金属辐射臂椭圆端相对的位置，该阻抗变换器的平衡输出端分别与两个半椭圆金属辐射臂的输入端口相连接，阻抗变换器的非平衡输入端与同轴连接器相连接，同轴连接器的另一端与生命探测雷达系统的发射机和接收机直接相连接，吸波材料填充于整个金属屏蔽腔内部，用于削...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪萍，夏从新，董晓，王永永，王萌，施艳艳，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南;41