超宽带微带偶极子天线阵及其脉冲超宽带探测成像装置制造方法及图纸

技术编号:11131545 阅读:145 留言:0更新日期:2015-03-12 01:13
本发明专利技术公开一种超宽带微带偶极子天线阵及其脉冲超宽带探测成像装置,其超宽带微带偶极子天线阵的介质板的上表面印制有多个微带天线单元,这些微带天线单元在介质板的上表面环绕一个虚拟原点呈中心对称分布,每3个相邻的微带天线单元的中心连线构成一个虚拟等腰三角形。超宽带微带偶极子天线阵与前端控制电路相连接。前端控制电路经高斯脉冲源接超宽带接收机的数字输出端。前端控制电路经低噪声小信号放大器接超宽带接收机模拟输入端。前端控制电路的控制输入端通过并口线接超宽带接收机。超宽带接收机连接上位机。本发明专利技术实现简单成本低,并且具有分辨率高、结构简单紧凑、方便携带展开等特点,能够快速获得隐藏目标位置信息。

【技术实现步骤摘要】
超宽带微带偶极子天线阵及其脉冲超宽带探测成像装置
本专利技术属于脉冲超宽带雷达
,具体涉及一种超宽带微带偶极子天线阵及其脉冲超宽带探测成像装置。
技术介绍
脉冲超宽带雷达是一种基于亚纳秒级脉冲的时域成像探测系统,其具有良好的穿透性、高分辨率、高功率效率、高检测率等特点,可对非金属障碍物后或介质中目标进行非侵入式探测、定位、跟踪和状态分析,在反恐、救援、生物医学、无损探测等领域获得广泛关注。现有的一些脉冲超宽带雷达虽然一定程度上实现了超宽带探测定位,但在系统探测精度、实现成本及难易程度上仍有待提高,究其原因主要是因为脉冲超宽带雷达天线时域特性和相应探测方法直接影响了整个系统的性能,并且特殊环境下手持式设备除了要求脉冲超宽带雷达具有较高分辨率,还要求系统整体结构紧凑方便携带及展开,所以天线尺寸不能过大。目前超宽带雷达常用的天线形式主要有喇叭天线、Vivaldi天线和偶极子天线,单个天线尺寸都比较大,孔径相对较小,系统虽然可实现良好的距离分辨率,但由于天线孔径的限制,方位分辨率难以尽如人意。采用合成孔径的方法,通过移动天线分时采集不同方位上的回波信息,虽然可以提高方位分辨率,但却无法合成运动目标回波,并且要求天线移动位置精确控制,整个过程复杂费时,特别是在特殊环境下难以实现。通过增加收发天线数量扩展孔径的方法,虽然在一定程度上可以提高方位分辨率,同时具备探测运动目标的能力,但是天线数量增加带来的直接后果是系统庞大笨重,难以手持式应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有脉冲超宽带探测成像装置的探测精度、实现成本及难易程度的不足,提供一种超宽带微带偶极子天线阵及其脉冲超宽带探测成像装置。为解决上述问题,本专利技术是通过以下技术方案实现的:超宽带微带偶极子天线阵,主要由介质板和金属反射板构成。介质板通过螺栓固定于金属反射板的正上方,且两者之间存在一定的间隙。上述介质板的上表面印制有多个微带天线单元,这些微带天线单元在介质板的上表面环绕一个虚拟原点呈中心对称分布,每3个相邻的微带天线单元的中心连线构成一个虚拟等腰三角形,且每个虚拟等腰三角形的大小形状完全一致。每个微带天线单元整体呈花瓣形,即每个微带天线单元均由4个中心对称且相互独立的天线瓣所构成,其中2个水平相对设置的天线瓣形成水平偶极子天线,另外2个垂直相对设置的天线瓣形成垂直偶极子天线。每个天线瓣的向内一侧即靠近对称中心一侧设有馈电点,且每个馈电点上均接有一同轴线。每个微带天线单元上的4条同轴线的下端均穿过介质板延伸至介质板和金属反射板之间,其中连接水平偶极子天线的2条同轴线的下端相连在一起形成水平偶极子天线巴伦,连接垂直偶极子天线的2根同轴线的下端相连在一起形成垂直偶极子天线巴伦。水平偶极子天线巴伦的下端接有一条水平偶极子天线馈线,该水平偶极子天线馈线的下端穿过金属反射板向下引出。垂直偶极子天线巴伦的下端接有一条垂直偶极子天线馈线,该垂直偶极子天线馈线的下端同样穿过金属反射板向下引出。上述方案中,介质板和金属反射板之间的距离为λ/4,其中λ为天线中心频点波长。上述方案中,构成水平偶极子天线巴伦的2根同轴线在距离介质板λ/4位置处将2根同轴线的外导体焊接在一起,构成垂直偶极子天线巴伦的2根同轴线在距离介质板λ/4位置处将2根同轴线的外导体焊接在一起,其中λ为天线中心频点波长。上述方案中,每个天线瓣均采用椭圆形和领结形混合的几何形状,其中天线瓣的向外一侧为椭圆形,天线瓣的向内一侧为领结形。上述方案中,介质板的上印制的微带天线单元的个数为12个,其中环绕虚拟原点的第一圈为4个天线单元,环绕虚拟原点的第二圈为8个天线单元。基于上述超宽带微带偶极子天线阵的脉冲超宽带探测成像装置,其特征在于:主要由超宽带微带偶极子天线阵、前端控制电路、高斯脉冲源、低噪声小信号放大器、超宽带接收机和上位机组成。超宽带微带偶极子天线阵与前端控制电路相连接。前端控制电路的输入端接高斯脉冲源输出端,高斯脉冲源的同步输入端连接超宽带接收机的数字输出端。前端控制电路的输出端接低噪声小信号放大器,低噪声小信号放大器的输出端连接超宽带接收机模拟输入端。前端控制电路的控制输入端通过并口线接超宽带接收机。超宽带接收机连接上位机。上述方案中,超宽带微带偶极子天线阵包含12个微带天线单元。此时,前端控制电路主要由发射接收选择模块和单元选择模块组成。发射接收选择模块由24个射频单刀二掷开关构成。单元选择模块由2个结构完全相同的发射单元选择部分和接收单元选择部分组成,每个部分均由1个射频单刀六掷开关和6个射频单刀四掷开关构成。发射单元选择部分的射频单刀六掷开关的1个合接线端与高斯脉冲源相连,射频单刀六掷开关的6个分接线端各与1个射频单刀四掷开关的合接线端相连。6个射频单刀四掷开关的共24个分接线端各连接发射接收选择模块中的1个射频单刀二掷开关的分接线端中的其中一个。接收单元选择部分的射频单刀六掷开关的1个合接线端与低噪声小信号放大器相连,射频单刀六掷开关的6个分接线端各与1个射频单刀四掷开关的合接线端相连。6个射频单刀四掷开关的共24个分接线端各连接发射接收选择模块中的1个射频单刀二掷开关的分接线端中的另一个。发射接收选择模块中的24个射频单刀二掷开关分为2组,其中一组共12个合接线端连接12个微带天线单元的水平偶极子天线馈线,另一组共12个合接线端连接12个微带天线单元的垂直偶极子天线馈线。与现有技术相比,本专利技术实现简单成本低,并且具有分辨率高、结构简单紧凑、方便携带展开等特点,能够快速获得隐藏目标位置信息。附图说明图1为一种基于微带偶极子天线阵的脉冲超宽带探测成像装置的结构框图。图2为超宽带微带偶极子天线阵的立体结构示意图。图3为图2的侧视图。图4为微带天线单元在介质板上的分布示意图。图5为微带天线单元的结构示意图。图6为微带天线单元的单个偶极子天线的几何结构示意图。图7为前端控制电路的原理示意图。图8为超宽带接收机的等效采样原理图。图9为超宽带接收机的数据重组原理图。图10为一种基于微带偶极子天线阵的脉冲超宽带探测成像方法流程图。图11为一种基于微带偶极子天线阵的脉冲超宽带探测成像装置XFDTD实验场景图。图12为一种基于微带偶极子天线阵的脉冲超宽带探测成像装置的目标成像图。具体实施方式基于微带偶极子天线阵的脉冲超宽带探测成像装置,如图1所示,主要由超宽带微带偶极子天线阵、前端控制电路、高斯脉冲源、低噪声小信号放大器、超宽带接收机和上位机组成。超宽带微带偶极子天线阵通过馈线与前端控制电路连接。前端控制电路的输入端接高斯脉冲源,高斯脉冲源的同步输入端连接超宽带接收机的数字输出端。前端控制电路的输出端接低噪声小信号放大器,低噪声小信号放大器的输出端连接超宽带接收机模拟输入端。前端控制电路的控制输入端通过并口线接超宽带接收机。超宽带接收机通过超宽带接收机的USB2.0接口连接上位机。上述超宽带微带偶极子天线阵为本专利技术的主要改进点,如图2和3所示,主要由介质板和金属反射板构成。介质板通过螺栓固定于金属反射板的正上方,且两者之间存在一定的间隙。上述介质板的上表面印制有多个微带天线单元,这些微带天线单元在介质板的上表面环绕一个虚拟原点呈中心对称分布,每3个相邻的微带天线单元的中心连线构成一个虚拟等腰本文档来自技高网...
超宽带微带偶极子天线阵及其脉冲超宽带探测成像装置

【技术保护点】
超宽带微带偶极子天线阵,其特征在于:主要由介质板和金属反射板构成;介质板通过螺栓固定于金属反射板的正上方,且两者之间存在一定的间隙;上述介质板的上表面印制有多个微带天线单元,这些微带天线单元在介质板的上表面环绕一个虚拟原点呈中心对称分布,每3个相邻的微带天线单元的中心连线构成一个虚拟等腰三角形,且每个虚拟等腰三角形的大小形状完全一致;每个微带天线单元整体呈花瓣形,即每个微带天线单元均由4个中心对称且相互独立的天线瓣所构成,其中2个水平相对设置的天线瓣形成水平偶极子天线,另外2个垂直相对设置的天线瓣形成垂直偶极子天线;每个天线瓣的向内一侧即靠近对称中心一侧设有馈电点,且每个馈电点上均接有一同轴线;每个微带天线单元上的4条同轴线的下端均穿过介质板延伸至介质板和金属反射板之间,其中连接水平偶极子天线的2条同轴线的下端相连在一起形成水平偶极子天线巴伦,连接垂直偶极子天线的2根同轴线的下端相连在一起形成垂直偶极子天线巴伦;水平偶极子天线巴伦的下端接有一条水平偶极子天线馈线,该水平偶极子天线馈线的下端穿过金属反射板向下引出;垂直偶极子天线巴伦的下端接有一条垂直偶极子天线馈线,该垂直偶极子天线馈线的下端同样穿过金属反射板向下引出。...

【技术特征摘要】
1.超宽带微带偶极子天线阵,其特征在于:主要由介质板和金属反射板构成;介质板通过螺栓固定于金属反射板的正上方,且两者之间存在一定的间隙;上述介质板的上表面印制有多个微带天线单元,这些微带天线单元在介质板的上表面环绕一个虚拟原点呈中心对称分布,每3个相邻的微带天线单元的中心连线构成一个虚拟等腰三角形,且每个虚拟等腰三角形的大小形状完全一致;每个微带天线单元整体呈花瓣形,即每个微带天线单元均由4个中心对称且相互独立的天线瓣所构成,其中2个水平相对设置的天线瓣形成水平偶极子天线,另外2个垂直相对设置的天线瓣形成垂直偶极子天线;每个天线瓣的向内一侧即靠近对称中心一侧设有馈电点,且每个馈电点上均接有一同轴线;每个微带天线单元上的4条同轴线的下端均穿过介质板延伸至介质板和金属反射板之间,其中连接水平偶极子天线的2条同轴线的下端相连在一起形成水平偶极子天线巴伦,连接垂直偶极子天线的2根同轴线的下端相连在一起形成垂直偶极子天线巴伦;水平偶极子天线巴伦的下端接有一条水平偶极子天线馈线,该水平偶极子天线馈线的下端穿过金属反射板向下引出;垂直偶极子天线巴伦的下端接有一条垂直偶极子天线馈线,该垂直偶极子天线馈线的下端同样穿过金属反射板向下引出。2.根据权利要求1所述的超宽带微带偶极子天线阵,其特征在于:介质板和金属反射板之间的距离为λ/4,其中λ为天线中心频点波长。3.根据权利要求1所述的超宽带微带偶极子天线阵,其特征在于:构成水平偶极子天线巴伦的2根同轴线在距离介质板λ/4位置处将2根同轴线的外导体焊接在一起,构成垂直偶极子天线巴伦的2根同轴线在距离介质板λ/4位置处将2根同轴线的外导体焊接在一起,其中λ为天线中心频点波长。4.根据权利要求1所述的超宽带微带偶极子天线阵,其特征在于:每个天线瓣均采用椭圆形和领结形混合的几何形状,其中天线瓣的向外一侧为椭圆形,天线瓣的向内一侧为领结形。5.根据权利要求1所述的超宽带微带偶极子天线阵,其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员:欧阳缮魏艳明谢跃雷晋良念刘庆华蒋俊正陈紫强
申请(专利权)人:桂林电子科技大学
类型:发明
国别省市:广西;45

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