車載超寬帶離散式加載半橢圓天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，發(fā)射天線單元和接收天線單元分別由兩個完全相同的半橢圓天線臂組成，半橢圓天線臂兩兩并列對應安裝于由擋板平均分隔開的反射腔內(nèi)，同列的兩個半橢圓天線臂對稱地印制于絕緣介質(zhì)板的正面構(gòu)成一組超寬帶偶極子天線，鄰近間隔的兩個半橢圓天線臂上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，半橢圓天線臂上沿長半軸方向均布有多條縫隙，每條縫隙內(nèi)均勻焊接有多個離散式加載電阻，半橢圓天線臂的底側(cè)兩端分別通過連接電阻與金屬帶連接，反射腔的開口面與絕緣介質(zhì)板的邊緣通過螺母固定。本實用新型工作帶寬大、時域輻射特性好、結(jié)構(gòu)緊湊、天線反射腔高度低且易于雷達小型化，能夠滿足車載超寬帶探測雷達系統(tǒng)的工程需求。
【專利說明】
車載超寬帶離散式加載半橢圓天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于超寬帶天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車載超寬帶離散式加載半橢 圓天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 天線作為輻射和接收電磁波的部件，是雷達系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵部分，它直接 影響著雷達系統(tǒng)的探測分辨率、定位精度以及目標識別能力。沒有天線就不可能建立起任 何雷達系統(tǒng)。一般來講，超寬帶探測雷達天線系統(tǒng)應該直接放置在地面上或安裝在近地面 附近，其電磁特性很容易受到近地面環(huán)境的影響，過高的離地高度會降低天線與地下介質(zhì) 的耦合，增加自由空間損耗。在車載超寬帶探測雷達系統(tǒng)中，天線安裝在探測車上，由于經(jīng) 過發(fā)射天線輻射的電磁波需兩次穿透媒質(zhì)才能被接收天線接收，受限于媒質(zhì)散射干擾與衰 減的影響，天線探測距離較短，分辨率差，因此要求天線具有良好的時域保真性、超帶寬特 性、高增益和小體積輕量化，并且要盡量減少天線形狀對探測車的影響。
[0003] 目前，超寬帶探測雷達常用的天線形式主要有TEM喇叭天線、Vivaldi天線和偶極 子天線。對于探地雷達和穿墻雷達等脈沖探測雷達來說，為了良好地與介質(zhì)耦合，獲得更好 的探測效果，在工作過程中，要求天線盡量靠近地面或墻體，因此TEM喇叭天線和Vivaldi天 線等常用的空氣耦合天線并不適合應用在此類雷達系統(tǒng)中，并且TEM喇叭天線和Vivaldi天 線尺寸也比較大，不利于車載以及系統(tǒng)的集成化，所以具有平面偶極子形式的天線對車載 超寬帶雷達系統(tǒng)是比較合理的選擇。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本實用新型解決的技術(shù)問題是提供了一種頻帶寬、時域輻射特性好、增益高且易 于安裝的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線。
[0005] 本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，車載超寬帶離散式加載半橢 圓天線，其特征在于包括發(fā)射天線單元、接收天線單元、絕緣介質(zhì)板、反射腔、離散式加載電 阻、金屬帶和連接電阻，其中發(fā)射天線單元和接收天線單元分別由兩個完全相同的半橢圓 天線臂組成，半橢圓天線臂兩兩并列對應安裝于由擋板平均分隔開的反射腔內(nèi)，同列的兩 個半橢圓天線臂對稱地印制于絕緣介質(zhì)板的正面構(gòu)成一組超寬帶偶極子天線，同列的兩個 半橢圓天線臂的長半軸方向與擋板平行并且在同列的兩個半橢圓天線臂之間設(shè)有間隔，鄰 近間隔的兩個半橢圓天線臂上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，半橢圓天線臂上沿長 半軸方向均布有多條縫隙，每條縫隙內(nèi)均勻焊接有多個離散式加載電阻，半橢圓天線臂的 底側(cè)兩端分別通過連接電阻與金屬帶連接構(gòu)成加載回路，反射腔為具有一開口面的矩形金 屬腔體，該反射腔的開口面與絕緣介質(zhì)板的邊緣通過螺母固定。
[0006] 進一步優(yōu)選，所述半橢圓天線臂的長半軸長度為166mm，短軸長度為120mm，半橢圓 天線臂的每條縫隙內(nèi)離散式加載電阻的總阻值按照Wu-king加載計算公式得出，具體如下：
[0011] 其中Ri為第i條縫隙內(nèi)的加載電阻總阻值，L為半橢圓天線臂的長半軸長度，Zl為半 橢圓天線臂饋電端與離散式加載電阻所在縫隙的垂直距離，k〇為自由空間波數(shù)，a為桿狀天 線的半徑，Wu-king加載主要應用于桿狀天線中，因此在計算設(shè)計過程中基于面積相同做了 兩次等效變換，首先在長半軸相同情況下將半橢圓偶極子天線等效為一個矩形，然后在側(cè) 面積相等的條件下將矩形等效為桿狀。
[0012] 進一步優(yōu)選，所述半橢圓天線臂上沿長半軸方向均布有6條縫隙，通過在這些縫隙 上焊接貼片電阻心實現(xiàn)加載，經(jīng)過計算和優(yōu)化并考慮到實際電阻值分布情況，所述每條縫 隙內(nèi)加載電阻心由5個均勻焊接的并行電阻組成，從半橢圓天線臂的饋電端開始縫隙內(nèi)離 散式加載電阻的阻值依次為50Ω、60Ω、75Ω、1〇〇Ω、130Ω和220 Ω，同列的兩個半橢圓天 線臂之間間隔的距離為4_，連接電阻的阻值為300 Ω。
[0013] 進一步優(yōu)選，所述絕緣介質(zhì)板為單面覆銅的環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介質(zhì)板，其介電 常數(shù)為4.4，長度為336mm，寬度為300mm，厚度為0.5-2mm。
[0014] 進一步優(yōu)選，所述反射腔為鋁制矩形腔體，其高度為天線中心頻率對應的自由空 間波長的1/25,長度為360mm，寬度為300mm。
[0015] 本實用新型安裝于探測車底部，具有工作帶寬大、時域輻射特性好、結(jié)構(gòu)緊湊、天 線反射腔高度低和易于雷達小型化的特點，能夠滿足車載超寬帶探測雷達系統(tǒng)的工程需 求。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017]圖2是本實用新型的輸入阻抗曲線；
[0018]圖3是本實用新型的隔離度曲線；
[0019]圖4是本實用新型正下方lm位置處時域輻射波形曲線。
[0020]圖中：1、發(fā)射天線單元，2、接收天線單元，3、絕緣介質(zhì)板，4、反射腔，5、離散式加載 電阻，6、金屬帶，7、連接電阻。
【具體實施方式】
[0021]結(jié)合附圖詳細描述本實用新型的具體內(nèi)容。如圖1所示，車載超寬帶離散式加載半 橢圓天線，包括發(fā)射天線單元1、接收天線單元2、絕緣介質(zhì)板3、反射腔4、離散式加載電阻5、 金屬帶6和連接電阻7,其中發(fā)射天線單元1和接收天線單元2分別由兩個完全相同的半橢圓 天線臂組成，半橢圓天線臂兩兩并列對應安裝于由擋板平均分隔開的反射腔4內(nèi)，同列的兩 個半橢圓天線臂對稱地印制于絕緣介質(zhì)板3的正面構(gòu)成一組超寬帶偶極子天線，同列的兩 個半橢圓天線臂的長半軸方向與擋板平行并且在同列的兩個半橢圓天線臂之間設(shè)有間隔， 鄰近間隔的兩個半橢圓天線臂上分別設(shè)有輸入端口作為各自的饋電端，半橢圓天線臂上沿 長半軸方向均布有多條縫隙，每條縫隙內(nèi)均勻焊接有多個離散式加載電阻5,可以有效減小 天線末端的電流反射，抑制脈沖拖尾，半橢圓天線臂的底側(cè)兩端分別通過連接電阻7與金屬 帶6連接構(gòu)成加載回路，反射腔4為具有一開口面的矩形金屬腔體，該反射腔4的開口面與絕 緣介質(zhì)板3的邊緣通過螺母固定。
[0022] 所述半橢圓天線臂的長半軸長度為166mm，短軸長度為120mm，半橢圓天線臂的每 條縫隙內(nèi)離散式加載電阻5的總阻值按照Wu-king加載計算公式得出，具體如下：
[0027] 其中R,為第i條縫隙內(nèi)的加載電阻總阻值，L為半橢圓天線臂的長半軸長度，Zl為半 橢圓天線臂饋電端與離散式加載電阻5所在縫隙的垂直距離，ko為自由空間波數(shù)，a為桿狀 天線的半徑。Wu-king加載主要應用于桿狀天線中，因此在計算設(shè)計過程中基于面積相同做 了兩次等效變換，首先在長半軸相同情況下將半橢圓偶極子天線等效為一個矩形，然后在 側(cè)面積相等的條件下將矩形等效為桿狀。
[0028] 所述半橢圓天線臂上沿長半軸方向均布有6條縫隙，通過在這些縫隙上焊接貼片 電阻心實現(xiàn)加載。經(jīng)過計算和優(yōu)化并考慮到實際電阻值分布情況，所述每條縫隙內(nèi)加載電 阻心由5個均勻焊接的并行電阻5組成，從半橢圓天線臂的饋電端開始縫隙內(nèi)離散式加載電 阻5的阻值依次為50Ω、60Ω、75Ω、1〇〇Ω、130Ω和220Ω，同列的兩個半橢圓天線臂之間間 隔的距離為4mm，可根據(jù)輸入阻抗等天線技術(shù)指標要求對兩個半橢圓天線臂之間間隔的距 離進行調(diào)整，連接電阻7的阻值為300Ω。
[0029]所述絕緣介質(zhì)板3為單面覆銅的環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介質(zhì)板，其介電常數(shù)為4.4， 長度為336mm，寬度為300mm，厚度為0.5_2mm。
[0030] 所述反射腔4為鋁制矩形腔體，根據(jù)仿真優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，考慮到天線安裝環(huán)境的限 制以及時域輻射特性的要求，該反射腔4采用矮背腔設(shè)計，其高度為天線中心頻率對應的自 由空間波長的1/25,長度為360mm，寬度為300mm。
[0031] 如圖2所示，為車載超寬帶離散式加載半橢圓天線的輸入阻抗曲線，在頻率范圍 內(nèi)，可以看出天線的輸入阻抗曲線比較平坦，實部保持在100 Ω左右，同時虛部值較小，表明 天線端口反射很小。
[0032] 如圖3所示，為車載超寬帶離散式加載半橢圓天線之間的隔離度曲線，從圖中可以 看出在250-750MHZ頻帶范圍內(nèi)隔離度均不小于35dB。
[0033] 如圖4所示，為車載超寬帶離散式加載半橢圓天線正下方lm位置處時域輻射波形 曲線，此時天線安裝在探測車底部，圖中，橫坐標表示單位為ns的時間變量，縱坐標為歸一 化的輻射脈沖幅值。從圖中可知，當天線安裝在探測車底部時，其輻射波形振蕩拖尾依舊非 常小，振蕩水平低于10%，表明該天線具有良好的時域輻射特性。
[0034] 綜上所述，本實用新型提供的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線安裝于探測車底 部，具有工作帶寬大、時域輻射特性好、結(jié)構(gòu)緊湊、天線反射腔高度低和易于雷達的小型化 等特點，能夠滿足車載超寬帶探測雷達系統(tǒng)的工程需求。
[0035]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理，主要特征和優(yōu)點，在不脫離本實用新 型精神和范圍的前提下，本實用新型還有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保 護的本實用新型的范圍。
【主權(quán)項】
1. 車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，其特征在于包括發(fā)射天線單元、接收天線單元、 絕緣介質(zhì)板、反射腔、離散式加載電阻、金屬帶和連接電阻，其中發(fā)射天線單元和接收天線 單元分別由兩個完全相同的半橢圓天線臂組成，半橢圓天線臂兩兩并列對應安裝于由擋板 平均分隔開的反射腔內(nèi)，同列的兩個半橢圓天線臂對稱地印制于絕緣介質(zhì)板的正面構(gòu)成一 組超寬帶偶極子天線，同列的兩個半橢圓天線臂的長半軸方向與擋板平行并且在同列的兩 個半橢圓天線臂之間設(shè)有間隔，鄰近間隔的兩個半橢圓天線臂上分別設(shè)有輸入端口作為各 自的饋電端，半橢圓天線臂上沿長半軸方向均布有多條縫隙，每條縫隙內(nèi)均勻焊接有多個 離散式加載電阻，半橢圓天線臂的底側(cè)兩端分別通過連接電阻與金屬帶連接構(gòu)成加載回 路，反射腔為具有一開口面的矩形金屬腔體，該反射腔的開口面與絕緣介質(zhì)板的邊緣通過 螺母固定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，其特征在于:所述半橢圓 天線臂的長半軸長度為166mm，短軸長度為120mm，半橢圓天線臂的每條縫隙內(nèi)離散式加載 電阻的總阻值按照Wu-king加載計算公式得出，具體如下：其中R1為第i條縫隙內(nèi)的加載電阻總阻值，L為半橢圓天線臂的長半軸長度，21為半橢圓 天線臂饋電端與離散式加載電阻所在縫隙的垂直距離，k〇為自由空間波數(shù)，a為桿狀天線的 半徑，Wu-king加載主要應用于桿狀天線中，因此在計算設(shè)計過程中基于面積相同做了兩次 等效變換，首先在長半軸相同情況下將半橢圓偶極子天線等效為一個矩形，然后在側(cè)面積 相等的條件下將矩形等效為桿狀。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，其特征在于:所述半橢圓 天線臂上沿長半軸方向均布有6條縫隙，通過在這些縫隙上焊接貼片電阻心實現(xiàn)加載，經(jīng)過 計算和優(yōu)化并考慮到實際電阻值分布情況，所述每條縫隙內(nèi)加載電阻心由5個均勻焊接的 并行電阻組成，從半橢圓天線臂的饋電端開始縫隙內(nèi)離散式加載電阻的阻值依次為50 Ω、 60 Ω、75Ω、100 Ω、130 Ω和220 Ω，同列的兩個半橢圓天線臂之間間隔的距離為4mm，連接電 阻的阻值為300 Ω。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，其特征在于:所述絕緣介 質(zhì)板為單面覆銅的環(huán)氧樹脂玻璃纖維布介質(zhì)板，其介電常數(shù)為4.4，長度為336mm，寬度為 300mm，厚度為0.5_2mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載超寬帶離散式加載半橢圓天線，其特征在于:所述反射腔 為鋁制矩形腔體，其高度為天線中心頻率對應的自由空間波長的1/25，長度為360mm，寬度
【文檔編號】H01Q1/36GK205646129SQ201620480809
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】李雪萍, 陳凱建, 施宇, 申衍柯, 曾凡鑫
【申請人】河南師范大學