專利名稱：二元陣天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及雷達技術(shù)雷達天線領(lǐng)域，尤其涉及一種用于掩蔽目標檢測的雷達系統(tǒng)的二元陣天線。
背景技術(shù)：
近年來，掩蔽目標的探測技術(shù)在科學界和工程界倍受關(guān)注，尤其在反恐、技偵、軍事、搜救、安檢、醫(yī)學等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用價值。超寬帶技術(shù)是一種能夠具有良好分辨率和穿透深度的的雷達探測方法，可對隱藏在墻后的運動目標進行非入侵式探測以及成像。近年來，因其在反恐斗爭和災(zāi)害救援等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而倍受關(guān)注。我國對超寬帶技術(shù)的研究始于20世紀80年代，但發(fā)展較為緩慢，研究內(nèi)容多局限 在理論和算法方面，工程實現(xiàn)基本都停留在實驗室樣機階段。國內(nèi)一些工程勘探部門、研究院所和大學先后從美國、加拿大等國家引進了探地雷達產(chǎn)品，探地雷達的引進促進了我國超寬帶技術(shù)的發(fā)展?；谔降乩走_基礎(chǔ)上發(fā)展起來的各種新技術(shù)。在國內(nèi)，多所科研機構(gòu)在該領(lǐng)域進行了一些有益的探索。天線作為雷達系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件，它的功能是完成電磁波的有效輻射和接收，直接影響整個系統(tǒng)的性能。由于經(jīng)過天線輻射的雷達波需要兩次穿透介質(zhì)才能被系統(tǒng)接收，受限于介質(zhì)的衰減與散射影響，探測距離比較短，分辨率差，需要研究出具有高增益特性的天線來滿足系統(tǒng)要求。目前應(yīng)用于掩蔽目標檢測的天線主要有阻抗加載蝶形天線、TEM喇叭天線和Vivaldi天線。雖然阻抗加載蝶形天線的平面結(jié)構(gòu)有利于天線與介質(zhì)的耦合，能有效地消除天線末端的二次反射。但是這種天線的輻射效率低，由于發(fā)射機產(chǎn)生信號的幅度有限，會影響雷達的探測距離；TEM喇叭天線和Vivaldi天線都存在天線與墻面耦合較差的問題，而且具有大的體積，不利于系統(tǒng)的便攜式設(shè)計。

實用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個或多個問題，本實用新型提供了一種二元陣天線，以減小天線尺寸，滿足系統(tǒng)對探測距離和精度的要求。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種二元陣天線，包括介質(zhì)板；四個天線臂，形成于介質(zhì)板的下表面，兩兩并排水平設(shè)置，同排的兩個天線臂隔開預設(shè)距離，且左右對稱，構(gòu)成一組偶極子單元，兩組偶極子單元上下對稱；平行雙線饋電結(jié)構(gòu)，包括分別形成于介質(zhì)板的下表面和上表面的下側(cè)帶線和上側(cè)帶線，其中下側(cè)帶線，其兩終端與位于一列的兩個天線臂的頂點相連接；上側(cè)帶線，其兩終端通過金屬過孔穿過介質(zhì)板，與位于另一列的兩個天線臂的頂點相連接；同軸連接器，垂直設(shè)置于介質(zhì)板上，其靠近介質(zhì)板的第一端的內(nèi)導體通過介質(zhì)板中間的過孔與位于下側(cè)帶線中點處的第一焊盤相連接，第一端的外導體與位于上側(cè)帶線中點處的第二焊盤相連接。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，天線臂呈半圓形、三角形或類半橢圓形；同排的兩個半圓形、三角形或類半橢圓形的天線臂的頂點相對。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，二元陣天線還包括金屬反射腔，其上下兩個側(cè)面的下邊緣與介質(zhì)板的邊緣固定連接；同軸連接器，其遠離介質(zhì)板的第二端穿過該金屬反射腔底部并伸出，其中部固定于金屬反射腔的底部。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，金屬反射腔為一三面腔體，該三面腔體由一底面及上下兩側(cè)面構(gòu)成。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，金屬反射腔的底面為矩形。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，金屬反射腔的深度為二元陣天線中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的1/4。 優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，下側(cè)帶線和上側(cè)帶線關(guān)于介質(zhì)板上下對稱，兩者的水平寬度相同。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，下側(cè)帶線和上側(cè)帶線中任一個的靠近對應(yīng)天線臂頂點的末端呈指數(shù)漸變展開，直至與該天線臂頂點相連接。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，下側(cè)帶線和上側(cè)帶線的長度為二元陣天線中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的1/2。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，第一焊盤的內(nèi)徑與同軸連接器第一端的內(nèi)導體直徑相同；第二焊盤的內(nèi)徑與同軸連接器第一端的外導體直徑相同。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，天線臂呈類半橢圓形；類半橢圓形天線臂的軸向長度為二元陣天線中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的1/4 ;上下兩組偶極子單元的中心距離為二元陣天線中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的1/2。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實施例中，介質(zhì)板為環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介質(zhì)板；同軸連接器為射頻同軸連接器；四個天線臂及平行雙線饋電結(jié)構(gòu)均為通過印刷電路板工藝印制在環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介質(zhì)板上的銅箔。(三)有益效果由上述技術(shù)方案可知，本實用新型二元陣天線具有以下有益效果I、本實用新型二元陣天線的基本單元由兩個偶極子組成的陣列組成，具有超寬帶、高增益的特點，滿足系統(tǒng)對探測距離和精度的要求；2、本實用新型二元陣天線中，偶極子采用半橢圓形，橢圓形狀漸變的平緩性使得阻抗連續(xù)性比較好，同時有利于縮減尺寸；3、本實用新型二元陣天線中，金屬反射腔來抑制后向輻射，滿足天線使用的定向性要求；4、本實用新型二元陣天線的饋電方式簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，對工作環(huán)境的適應(yīng)能力強、操作和維護簡單。

圖I為本發(fā)明實施例二元陣天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例二元陣天線中類半橢圓形天線臂及平行雙線饋電結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為本發(fā)明實施例二元陣天線中同軸連接器的示意圖；圖4為本發(fā)明實施例二元陣天線的VSWR實測曲線圖；圖5為本發(fā)明實施例二元陣天線面對面間隔I. 5m時波形；圖6為超寬帶天線用于墻后動目標檢測時采集的時域波形圖。主要元件符號說明1、2_類半橢圓形天線臂；3、5_平行雙線饋電結(jié)構(gòu)；4-矩形金屬反射腔； 6-同軸連接器；6a-同軸連接器內(nèi)導體；6b_同軸連接器外導體。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。且在附圖中，實施例的形狀或是厚度可擴大，并以簡化或是方便標示。再者，附圖中未繪示或描述的元件或?qū)崿F(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提出了二元陣天線。圖I為本發(fā)明實施例二元陣天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，本發(fā)明實施例二元陣天線包括介質(zhì)板、四個類半橢圓形天線臂(1、2)、平行雙線饋電結(jié)構(gòu)(3、5)、同軸連接器6以及矩形金屬反射腔4。以下分別對各個部分進行詳細說明。本發(fā)明中，介質(zhì)板可以為環(huán)氧樹脂介質(zhì)板，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介質(zhì)板，其厚度介于O. 5mm至3mm之間。當介質(zhì)板厚度發(fā)生變化時,介質(zhì)板上下面的帶線寬度需要進行必要的調(diào)整。四個類半橢圓形天線臂形成于介質(zhì)板底面。圖2為本發(fā)明實施例二元陣天線中類半橢圓形天線臂及平行雙線饋電結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖2所示，四個類半橢圓形天線臂兩兩并排水平設(shè)置。同排的兩個類半橢圓形天線臂的頂點相對，且隔開預設(shè)距離，構(gòu)成一組偶極子單元，兩組偶極子單元上下對稱。兩組偶極子單元中的四個類半橢圓形天線臂分別與位于介質(zhì)板上下面的平行雙線饋電結(jié)構(gòu)的四個終端相連，組成一個不平衡饋電的二元陣列天線。其中，四個類半橢圓形天線臂中，其軸向長度優(yōu)選為所述二元陣天線中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的1/4，約為5cm。上下兩組偶極子單元的中心距離優(yōu)選為所述二元陣天線中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的1/2。需要說明的是此處類半橢圓形天線臂中的“半橢圓形”，并不一定是嚴格幾何意義上的半橢圓形，其可以比嚴格幾何意義上的半橢圓形相等、略小或略大，或者長軸和短軸適當變化，甚至長軸和短軸長度相等，均不影響本發(fā)明的實現(xiàn)。同時，該四個類半橢圓形天線臂及后續(xù)的平行雙線饋電結(jié)構(gòu)均為通過印刷電路板技術(shù)印制在介質(zhì)板上銅膜，當然也可以為其他類型的金屬膜。[0045]如圖2所示，平行雙線饋電結(jié)構(gòu)，包括分別形成于所述介質(zhì)板的下表面和上表面的下側(cè)帶線和上側(cè)帶線。其中下側(cè)帶線3，其兩終端與位于一列的兩個類半橢圓形天線臂，即兩組偶極子單元的同側(cè)天線臂，的頂點相連接相連；上側(cè)帶線5，其兩終端通過金屬過孔穿過所述介質(zhì)板，與位于另一列的兩個類半橢圓形天線臂，即兩組偶極子單元的另一側(cè)天線臂，的頂點相連接。在圖2中，位于類半橢圓形天線臂一側(cè)的平行雙線饋電結(jié)構(gòu)為下側(cè)帶線3，其長度伴隨兩個偶極子單元組陣后中心距離的變化，按照在前向輻射達到最佳增益的需要調(diào)節(jié)，約為半個波長，小于兩組偶極子單元的中心距離。并且，平行雙線饋電結(jié)構(gòu)中位于介質(zhì)上下面的帶線在垂直方向必須一致，水平方向?qū)挾认嗤?。圖2右側(cè)小圖為平行雙線饋電結(jié)構(gòu)一端的放大效果圖。平行雙線饋電結(jié)構(gòu)中在靠近天線臂的末端很小的距離時按指數(shù)漸變分開，然后平行雙線的四個終端分別于四個天線臂連接。平行雙線的阻抗計算近似公式如下所示對于比較寬的帶線
權(quán)利要求1.一種二元陣天線，包括 介質(zhì)板； 四個天線臂，形成于所述介質(zhì)板的下表面，兩兩并排水平設(shè)置，同排的兩個天線臂隔開預設(shè)距離，且左右對稱，構(gòu)成一組偶極子單元，兩組偶極子單元上下對稱； 平行雙線饋電結(jié)構(gòu)，包括分別形成于所述介質(zhì)板的下表面的下側(cè)帶線和上表面的上側(cè)帶線，其中下側(cè)帶線的兩終端與位于一列的兩個天線臂的頂點相連接；上側(cè)帶線的兩終端通過金屬過孔穿過所述介質(zhì)板，與位于另一列的兩個天線臂的頂點相連接； 同軸連接器，垂直設(shè)置于所述介質(zhì)板上，其靠近介質(zhì)板的第一端的內(nèi)導體通過介質(zhì)板中間的過孔與位于所述下側(cè)帶線中點處的第一焊盤相連接，所述第一端的外導體與位于所述上側(cè)帶線中點處的第二焊盤相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二元陣天線，其中所述天線臂呈半圓形、三角形或類半橢圓形； 同排的兩個所述半圓形、三角形或類半橢圓形的天線臂的頂點相對。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二元陣天線，還包括金屬反射腔，其上下兩個側(cè)面的下邊緣與所述介質(zhì)板的邊緣固定連接； 所述同軸連接器，其遠離所述介質(zhì)板的第二端穿過該金屬反射腔底部并伸出，其中部固定于所述金屬反射腔的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二元陣天線，其中，所述金屬反射腔為一三面腔體，該三面腔體由一底面及上下兩側(cè)面構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要4所述的二元陣天線，其中，所述金屬反射腔的底面為矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二元陣天線，其中，所述金屬反射腔的深度為所述二元陣天線中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的1/4。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二元陣天線，其中，所述下側(cè)帶線和上側(cè)帶線關(guān)于所述介質(zhì)板上下對稱，兩者的水平寬度相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二元陣天線，其中，所述下側(cè)帶線和上側(cè)帶線中任一個的靠近對應(yīng)天線臂頂點的末端呈指數(shù)漸變展開，直至與該天線臂頂點相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二元陣天線，其中，所述下側(cè)帶線和上側(cè)帶線的長度為所述二元陣天線中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的1/2。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二元陣天線，其中所述第一焊盤的內(nèi)徑與所述同軸連接器第一端的內(nèi)導體直徑相同；所述第二焊盤的內(nèi)徑與所述同軸連接器第一端的外導體直徑相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二元陣天線，其中，所述天線臂呈類半橢圓形； 所述類半橢圓形天線臂的軸向長度為所述二元陣天線中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的1/4 ;上下兩組偶極子單元的中心距離為所述二元陣天線中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的 1/2。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項所述的二元陣天線，其中， 所述介質(zhì)板為環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介質(zhì)板； 所述同軸連接器為射頻同軸連接器； 所述四個天線臂及平行雙線饋電結(jié)構(gòu)均為通過印刷電路板工藝印制在環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介 質(zhì)板上的銅箔。
專利摘要本實用新型公開了一種二元陣天線，包括介質(zhì)板；四個天線臂，形成于介質(zhì)板的下表面，兩兩并排水平設(shè)置，同排的兩個天線臂隔開預設(shè)距離，且左右對稱，構(gòu)成一組偶極子單元，兩組偶極子單元上下對稱；平行雙線饋電結(jié)構(gòu)，包括分別形成于介質(zhì)板的下表面和上表面的下側(cè)帶線和上側(cè)帶線；同軸連接器，垂直設(shè)置于介質(zhì)板上，其靠近介質(zhì)板的第一端的內(nèi)導體通過介質(zhì)板中間的過孔與位于下側(cè)帶線中點處的第一焊盤相連接，第一端的外導體與位于上側(cè)帶線中點處的第二焊盤相連接；金屬反射腔，用于屏蔽后向輻射，減小外界干擾。本實用新型天線尺寸小，能滿足系統(tǒng)對探測距離和精度的要求。
文檔編號H01Q19/10GK202678511SQ20122016500
公開日2013年1月16日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者陳潔, 邵金進, 紀奕才, 方廣有, 陰和俊 申請人:中國科學院電子學研究所