[实用新型]超宽带微带偶极子天线阵及其脉冲超宽带探测成像装置

说明书

技术领域

本实用新型属于脉冲超宽带雷达技术领域，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。

背景技术

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。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型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。