[发明专利]一种频率可重构的超宽带天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种超宽带天线。

背景技术

步进频率探地雷达(SFCW-GPR)是一种工作频率以阶梯方式步进的连续波探地雷达。在一个扫描周期内，雷达发射的信号频率从起始频率f_start以频率间隔Δf逐步上升到终止频率f_stop。对于探地雷达而言，超宽带天线是其关键技术之一。目前，在探地雷达系统中普遍应用的超宽带天线主要有：对数周期天线、TEM喇叭天线、结型天线、锥形天线、渐变槽型天线等。这些结构天线可以实现几个倍频程的阻抗带宽，但是却存在一个共同的缺陷，由于辐射性能具有色散特点，对于频率高端和频率低端，天线的电尺寸相差很大，导致天线增益和方向图随频率变化明显，辐射信号波形发生畸变，严重影响对被探测目标的有效识别。对于步进频率探地雷达来说，使用此类型超宽带天线，使得雷达成像精度和分辨率都受到了很大程度上的限制，无法在复杂地质结构中完成目标体的探测和识别。

为了克服超宽带天线在应用到步进频率探地雷达中存在的缺陷，可以采用频率可重构天线。频率可重构天线是一种新型的宽带天线，通过其工作模式的转换，可以实现多个频率子带工作。然而，现有的频率可重构天线普遍存在一个特点，子带之间没有链接，不能完整覆盖全频带，不具有超宽带特性。因此，频率可重构天线不能满足步进频率探地雷达的要求。

在文献“Jeen-Sheen Row，Ting-Yi Lin，Frequency-Reconfigurable Coplanar Patch Antenna With Conical Radiation，IEEE Antenna and Wireless Propagation Letters，Vol.9，2010，1088-1091”提出了一种共面环微带可重构天线。利用多个PIN二极管开关的通断，控制该寄生环形贴片与地的连接，改变辐射单元的物理结构，实现了频率可重构。不足的是该天线只能完成两个频率子带工作，因此带宽较窄，并且所需开关数目较多，结构较为复杂。

在申请号200810202308.9中公开了一种可重构天线，该天线的主辐射贴片附近印有两个环形寄生辐射单元，寄生单元与主辐射单元同圆心。寄生单元之间以及寄生单元与主辐射单元采用微波开关连接，利用微波开关控制主辐射单元的大小，实现多个频率子带工作。不足的是这多个频率子带相互不衔接，因此频率子带不能完整覆盖超宽频带。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的频率可重构天线在应用到步进频率探地雷达中存在的问题，提出了一种频率可重构的超宽带天线。

本发明的技术方案是：一种频率可重构的超宽带天线，包括：介质板、微带馈线、过渡微带、开关控制器以及位于介质板上表面的印制单极子和位于介质板下表面的馈线接地板；所述印制单极子由N个线型排列的辐射单元组成；相邻两个辐射单元通过电子开关连接；

所述开关控制器位于馈线接地板的下表面，开关控制器的控制线与(N-1)个电子开关连接，用于控制(N-1)个电子开关的通或断；

所述微带馈线通过过渡微带与印制单极子相连，用于实现微带馈线端口与印制单极子之间的宽带阻抗匹配。

所述的电子开关为PIN开关或者微机械电子开关。

所述的开关控制器为多通道模拟器件控制器，或者是数字开关控制器。

本发明的有益效果：本发明提供了一种频率可重构的超宽带天线。根据单极子的电特性，单极子谐振频率f₀与单极子的物理长度L存在对应关系，(ε_e为等效相对介电常数)。通过对(N-1)个电子开关通断状态的控制，能够延长或缩短单极子实际工作的物理长度，从而改变印制单极子谐振频率。

对于一个多谐振点电路而言，每个谐振点f₀ⁱ都对应一个工作带宽Δfⁱ。本发明单极子天线也可以等效为多谐振点电路，由开关控制天线谐振于不同频率点。当(N-1)个开关任选一个断开而其它开关连通时，可以形成(N-1)种不同的工作模式，当(N-1)个开关同时连通时，可以形成第N种工作模式。每种工作模式下的谐振频率分别为f₀ⁱ，相对应一个频率子带Δfⁱ，其中i＝1，2，3.......N。

通过开关控制器，可完成该N种工作模式间的定时切换。同时，对N个辐射单元参数的合理选择，能够使相邻近的子带相互衔接，从而N个频率子带完整地覆盖一个超宽频带，总带宽为