用于目标检测的超宽带共面波导天线制造技术

本发明专利技术涉及超宽带，为提出一种小型共面波导天线，适用于6.61‑11.93GHz频率范围，能有效发射和接收高频信号，可以对发射和接收的两种电磁波信号加以分析，以此得到该区域及未知物体的相关信息，本发明专利技术采用的技术方案是，用于目标检测的超宽带共面波导天线，所述天线印刷在FR‑4常规PCB介质基板上，单层印刷结构，由共面微带传输线、辐射区和引向器组成，采用共面微带传输线馈电，共面微带线的馈电正负极板在同一平面，共面微带线将电流传导到辐射区，高频电流在辐射区周围空间产生高频电磁场，并辐射出去，在引向器的作用下，频率较高部分的电磁波得到引导，在引向器处同样形成辐射。本发明专利技术主要应用于通信天线设计制造场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超宽带、天线设计、目标检测、微波系统，具体讲,涉及用于目标检测的超宽带共面波导天线。
技术介绍
随着微波无线技术快速发展，更多的信号频带被利用，在现有的许可频率范围内，频带资源利用率高，未开发频带匮乏，为了满足不断增长的军用需求和民用需求，需要将更高频率利用起来，生产相应工作频率的微波器件。在毫米波级别的复杂高频率环境中，超宽带(UWB)技术，相对于传统的窄带技术，具有低功耗，高精度，高速率的明显优势，因此，发展具备高速低功耗，廉价高性能特点的超宽带(UWB)技术势在必行。超宽带(UWB)技术通常应用于探测雷达、材料探伤、乳腺肿瘤检测等领域，更加广泛的使用和相应环境频率的天线设计密不可分。在微波系统中，收发信号的天线优劣直接决定了微波系统工作的效率高低。一款优良的用于目标检测的超宽带天线，通常具有尺寸微小，成本低廉，且无辐射损伤等诸多优点，超宽带天线的工作频率通常在GHz级别，处于该频率等级的天线，必须具有稳定小于2的电压驻波比以及稳定增益。共面波导结构，也就是共面微带传输线结构，共面波导馈电是天线馈电的常用方式，采取共面波导结构馈电的天线可以很方便地集成在印刷电路板上，单层的共面波导天线，易于制造，为电路的无源和有源系统构建提供了便利。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种小型共面波导天线，适用于6.61-11.93GHz频率范围，在工作频带内具有稳定的天线增益，能有效发射和接收高频信号。该天线发射的电磁波能量方向较为集中，以一定规律置于探测区域邻近处，可以通过该天线发射和接收电磁波，对发射和接收的两种电磁波信号加以分析，以此得到该区域及未知物体的相关信息，为未知目标的位置判断和进一步探索提供科学依据。本专利技术采用的技术方案是，用于目标检测的超宽带共面波导天线，所述天线印刷在FR-4常规PCB介质基板上，单层印刷结构，由共面微带传输线、辐射区和引向器组成，采用共面微带传输线馈电，共面微带线的馈电正负极板在同一平面，共面微带线将电流传导到辐射区，高频电流在辐射区周围空间产生高频电磁场，并辐射出去，在引向器的作用下，频率较高部分的电磁波得到引导，在引向器处同样形成辐射。共面微带线由三个馈电极板构成，所述馈电极板面在一个平面内，辐射区是枝节结构的金属面引向器为一等腰三角形，下方延生为矩形区域的金属面部分。馈电狭缝宽度为0.16mm，侧面枝节长度L1＝引向器宽度W1＝9mm，馈电极板长度L2＝5.73mm，馈电极宽度W3＝11.64mm，微带线宽度W4＝1.4mm，引向器尖端长度L3＝2.25mm，侧面枝节宽度W2＝引向器矩形部分长度L4＝辐射区横轴长度L6＝1mm，引向器和辐射区间距
L5＝1.25mm。本专利技术的特点及有益效果是：通过调节天线枝节数量和位置以及引向器结构和位置，来调节天线的辐射性能和在某些频率的方向性，从而整体上改善天线匹配和方向性，最后的优化结果显示天线具备稳定的增益和良好的方向性，对于提高检测精确度和降低天线能量损耗具有重要意义。在天线的工作频带范围内的有效增益均达到4dBi以上，而在7到11GHz的整数频率上，3dB增益角宽分别为133.9°、164.6°、57°、139°和114.9°，因此，电磁波可以在辐射区域内有效覆盖，且在主瓣方向功率密度集中，便于电磁信号的定向发射与接收。附图说明：图1该天线的印刷结构示意图。图2该天线的S11特性曲线。图3增益随频率变化曲线。图4该天线在7GHz时的方向图。图5该天线在8GHz时的方向图。图6该天线在9GHz时的方向图。图7该天线在10GHz时的方向图。图8该天线在11GHz时的方向图。具体实施方式本专利技术技术方案是,(1)天线印刷在介电常数为4.3的FR-4常规PCB介质基板上，天线大小为25×30×1mm，此天线是单层印刷结构。图1所示是此款超宽带天线正面印刷结构示意图。该天线由共面微带传输线①、辐射区②和引向器③组成，天线采用共面微带传输线①馈电，共面微带线由三个馈电极板构成，极板面在一个平面内，馈电狭缝宽度为0.16mm，性能优异、加工方便。共面微带线①将电流传导到辐射区②，辐射区是枝节结构的金属面，高频电流在辐射区周围空间产生高频电磁场，并辐射出去。在引向器③的作用下，天线在频率较高时也能形成优良匹配效果，引向器为一等腰三角形，下方延生为矩形区域的金属面部分。频率较高部分的电磁波得到引导，在引向器③处同样形成辐射。天线的各项参数为：馈电狭缝宽度为0.16mm，侧面枝节长度L1＝引向器宽度W1＝9mm，馈电极板长度L2＝5.73mm，馈电极宽度W3＝11.64mm，微带线宽度W4＝1.4mm，引向器尖端长度L3＝2.25mm，侧面枝节宽度W2＝引向器矩形部分长度L4＝辐射区横轴长度L6＝1mm，引向器和辐射区间距L5＝1.25mm。(2)图2是天线的S11图，从图中直观地看到天线在工作频带内具有良好的匹配特性，驻波比高，能量传递效率高。(3)图3是天线在工作频带内，各频率点的最大增益曲线。在图中可以看到天线在这些频率点均有大于4dBi的稳定增益，这意味着天线在主辐射方向的方向性良好，有利于提高方
向辐射强度，此外，良好的增益使得辐射损耗低，降低了发射功率损耗，实现了超宽带检测的低功耗特性。天线的在个频率点的方向图如图4至图8所示。本专利技术的特点：(1)采用共面波导结构馈电，以及引向器的适当引入，天线的主辐射方向增益稳定，在工作频带内可以顺利进行信号电磁波的发射与接收。(2)天线通过共面微带传输线连接至同轴传输线，将接收的激励信号发射出去，同时同轴接收端可以对回收的信号进行分析，从而得到未知物体分布信息。(3)天线在频带内增益稳定，主辐射方向功率集中，可以实现选定主方向的发射与接收，这有利于检测信号的定向检测，实现未知物体位置的精确定位。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于目标检测的超宽带共面波导天线，其特征是，所述天线印刷在FR‑4常规PCB介质基板上，单层印刷结构，由共面微带传输线、辐射区和引向器组成，采用共面微带传输线馈电，共面微带线的馈电正负极板在同一平面，共面微带线将电流传导到辐射区，高频电流在辐射区周围空间产生高频电磁场，并辐射出去，在引向器的作用下，频率较高部分的电磁波得到引导，在引向器处同样形成辐射。

【技术特征摘要】
1.一种用于目标检测的超宽带共面波导天线，其特征是，所述天线印刷在FR-4常规PCB介质基板上，单层印刷结构，由共面微带传输线、辐射区和引向器组成，采用共面微带传输线馈电，共面微带线的馈电正负极板在同一平面，共面微带线将电流传导到辐射区，高频电流在辐射区周围空间产生高频电磁场，并辐射出去，在引向器的作用下，频率较高部分的电磁波得到引导，在引向器处同样形成辐射。2.如权利要求1所述的用于目标检测的超宽带共面波导天线，其特征是，共面微带线由三个馈电极板构成，所述馈电...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖夏，佘东东，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12