【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信天线，具体涉及一种甚高频超宽带折叠单极子贴片天线及其设计方法。
技术介绍
1、中高频探地雷达(400mz～2ghz)因其分辨率高、探地速度快、操作简便等特点，已广泛应用于地下浅层(一般小于10m)的路基检测、文物考古、建筑结构检测以及军事目标检测等领域。近年来，大深度低频探地雷达(约100mhz)进入市场，主要用于探测地下深部结构或特定目标，如地下洞穴、岩体、河流和矿山。基于无人机的航空探地雷达可以实现更加高效的探测，但是其工作机制从传统的地面耦合方式转换成空气耦合方式，造成电磁损耗较大，探测深度受到很大限制。根据电磁场理论，电磁波在介质中的传播损耗与工作频率成正比，因此，为了获得足够的穿透深度，航空探地雷达需要更低的工作频率(例如，低至10mhz)。
2、天线是探地雷达的关键部件，因为它对探地雷达的辐射功率和接收灵敏度都有着极大的影响。一般来说，适用于探地雷达的天线可以分为几种类型，如加载偶极子天线、喇叭天线、锥形槽天线等。领结(bow-tie)天线(可以被认为是一种特殊类型的偶极子天线)是探地雷达系统中最常用的天线之一。因为它具有重量轻、易于设计和制造、更好的对称辐射特性、宽带属性、线性相位特性、相对较高的增益和良好的耦合等优点。尽管有这些优点，但是当工作频率下降到10mhz的时候，领结天线的长度将达到10米以上，这在实际的航空探地雷达应用中是不可接受的。
3、为了减小天线尺寸，a.a.lestari等人提出了一种卷曲的加载偶极子天线，但是这种天线的尺寸仍然不能满足大深度航空探地雷达
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种甚高频超宽带折叠单极子贴片天线及其设计方法解决了低频偶极子天线无法在无人机上挂载以及现有探地雷达穿透深度不足的问题。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，包括介质基板、辐射贴片天线、感应抵消贴片和接地贴片；
3、所述辐射贴片天线为对称折叠结构的单极子天线，设置于所述介质基板的顶层；
4、所述感应抵消贴片和接地贴片设置于所述介质基板底层。
5、进一步地，所述辐射贴片天线包括未折叠辐射贴片和折叠辐射贴片；
6、所述折叠辐射贴片包括纵向折叠的第一贴片分支、横向折叠的第二贴片分支，以及纵向折叠的和第三贴片分支；
7、所述未折叠辐射贴片设置于所述第二贴片分支中点下方，并与所述第二贴片分支垂直；
8、所述第一贴片分支和第三贴片分支关于所述未折叠辐射贴片对称设置。
9、进一步地，所述辐射贴片天线的馈电点设置于所述未折叠辐射贴片的始端。
10、进一步地，所述感应抵消贴片覆盖所述辐射贴片天线。
11、进一步地，所述感应抵消贴片覆盖所述辐射贴片天线的面积与高频端信号的衰减成正比。
12、进一步地，所述接地贴片与所述辐射贴片天线的馈电点的距离为第一间距。
13、进一步地，接地贴片的尺寸及第一间距根据所述单极子贴片天线的目标阻抗确定。
14、一种甚高频超宽带折叠单极子贴片天线的设计方法，包括以下步骤：
15、s1、确定单极子贴片天线的工作频段和目标尺寸；
16、s2、根据工作频段和目标尺寸确定介质基板材料、辐射贴片天线的折叠方式和折叠尺寸；
17、s3、根据工作频段和增益带宽仿真，确定感应抵消贴片的尺寸和位置；
18、s4、根据阻抗仿真，确定接地贴片的尺寸和位置；
19、s5、完成单极子贴片天线参数设计。
20、进一步地，所述步骤s2中，根据单极子天线上的电流分布确定辐射贴片天线的折叠方式和折叠尺寸；
21、其中，偶极子天线上的电流分布i(z)为：
22、i(z)＝isin[k(l-|z|],|z|≤l
23、式中，k＝2π/λ为相位常数，l为单极子长度，z为天线上任意一点的位置。
24、进一步地，根据电流分布中天线出现的反向电流，确定感应抵消贴片的尺寸和位置。
25、本专利技术的有益效果为：
26、(1)本专利技术通过对单极子天线进行折叠，大大减小了天线的结构尺寸。
27、(2)本专利技术通过引入感应抵消贴片和设置接地贴片与馈电点之间的间距拓展了天线的增益带宽和阻抗带宽，不仅将天线的相对工作带宽拓展到178.95％，而且将天线的最低工作频率降到10mhz，由此解决了低频偶极子天线无法在无人机上挂载的问题，也解决了现有探地雷达穿透深度不足的问题。
28、(3)本专利技术设计的单极子贴片天线结构简单、易于加工，与现有超宽带偶极子贴片天线相比，具有更小的尺寸、更低的工作频率、更宽的增益带宽和更一致的宽带辐射方向图，适用于大深度航空探地雷达。
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1.一种甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，包括介质基板(1)、辐射贴片天线、感应抵消贴片(5)和接地贴片(6)；
2.根据权利要求1所述的甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片天线包括未折叠辐射贴片(2)和折叠辐射贴片；
3.根据权利要求2所述的甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片天线的馈电点设置于所述未折叠辐射贴片(2)的始端。
4.根据权利要求2所述的甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，所述感应抵消贴片(5)覆盖所述辐射贴片天线。
5.根据权利要求4所述的甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，所述感应抵消贴片(5)覆盖所述辐射贴片天线的面积与高频端信号的衰减成正比。
6.根据权利要求2所述的甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，所述接地贴片(6)与所述辐射贴片天线的馈电点的距离为第一间距。
7.根据权利要求6所述的甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，所述接地贴片(6)的尺寸及第一间距根据所述单极子贴片天线的目标阻抗确定。
<...【技术特征摘要】
1.一种甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，包括介质基板(1)、辐射贴片天线、感应抵消贴片(5)和接地贴片(6)；
2.根据权利要求1所述的甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片天线包括未折叠辐射贴片(2)和折叠辐射贴片；
3.根据权利要求2所述的甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片天线的馈电点设置于所述未折叠辐射贴片(2)的始端。
4.根据权利要求2所述的甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，所述感应抵消贴片(5)覆盖所述辐射贴片天线。
5.根据权利要求4所述的甚高频超宽带折叠单极子贴片天线，其特征在于，所述感应抵消贴片(5)覆盖所述辐射贴片天线的面积与高频端信号的衰减成正比。
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【专利技术属性】
技术研发人员：高嵩，曾庆刚，唐洪豆，辛翔，蒋刚，王鹏宇，李松，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
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