基于三维异形吸波结构的天线阵列

1.本发明属于微波技术领域，尤其涉及基于三维异形吸波结构的天线阵列。


背景技术：

2.传统的二维探地雷达天线数量少，密度低，可覆盖道路面积小检测速度慢效率低。超宽带脉冲三维阵列探地雷达相比传统的二维探地雷达具备天线密度大、三维数据切片/透视显示、病害判读精确等众多优势，日前三维阵列探地雷达正在向更高探测速度、更优探测精度方向发展。更高探测速度要求探地雷达具备更加稳定的电磁工作环境，尽量降低外界环境快速变化带来的检测性能起伏变化；更优的探测精度要求探地雷达进一步提升信噪比，对于高速公路内部毫米级裂缝能够进行准确探测及识别，此方面性能优化需要提升阵列雷达多测试通道间的通道间隔离度，并改善收发天线本身的射频信号时域特性。本发明基于三维阵列探地雷达测试通道的分布特性及以上高速高精度的检测要求，提出了基于三维异形吸波结构的天线阵列。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提出基于三维异形吸波结构的天线阵列，根据每一个测试通道发射天线与接收天线的分布特点与电磁波工作特性，设计异形吸波结构的结构参数和衰减特性，从而提升探地雷达的测试通道间隔离度、改善探地雷达时域天线辐射的振铃效应，并提升探地雷达在高速检测状态下的抗环境干扰能力。
4.为实现上述目的，本发明提供了基于三维异形吸波结构的天线阵列，包括：天线阵列固定板和若干天线阵列单元，所述若干天线阵列单元按顺序依次固定在所述天线阵列固定板上；
5.所述天线阵列单元包括一个天线发送通道、两个天线接收通道和一对三维异形吸波结构；
6.所述天线发送通道，用于发送天线信号；
7.所述天线接收通道，用于接收所述天线信号；
8.所述三维异形吸波结构，用于隔断其他天线阵列单元的天线发送通道的天线信号。
9.可选的，所述天线发送通道位于成对接收通道的中心位置；
10.所述天线接收通道采用左右对称的成对设计；
11.所述天线阵列单元中的两个所述天线接收通道共用一个所述天线发送通道。
12.可选的，所述天线阵列单元中所述天线发送通道和所述三维异形吸波结构的位置关系：
13.以所述天线发送通道为中心，所述三维异形吸波结构分别分布在天线发送通道的两侧并形成左右对称的成对设计。
14.可选的，所述三维异形吸波结构为锥形结构；
15.所述三维异形吸波结构采用吸波材料。
16.可选的，确定所述三维异形吸波结构的放置位置的方法包括：
17.根据所述三维异形吸波结构的斜长边确定所述三维异形吸波结构的放置位置；
18.所述三维异形吸波结构的斜长边与发射天线和对应的接收天线的馈电中心连接方向平行。
19.可选的，确定所述三维异形吸波结构的高度的方法包括：
20.将所述三维异形吸波结构中底面的远离所述斜长边的顶点与所述斜长边的中点连线；
21.将所述三维异形吸波结构中斜面的远离所述斜长边的顶点与所述斜长边的中点连线；
22.两条连线构成夹角，根据所述夹角的角度大小获得所述三维异形吸波结构的高度。
23.可选的，所述夹角的范围为20
°
～45
°
。
24.本发明技术效果：本发明公开了基于三维异形吸波结构的天线阵列，异形吸波结构的底边结构与发射天线、接收天线的馈电中心连线方向平行，提升探地雷达的测试通道间隔离度、改善探地雷达时域天线辐射的振铃效应，并提升探地雷达在高速检测状态下的抗环境干扰能力且提高了信噪比，对于高速公路内部毫米级裂缝能够进行准确探测及识别。
附图说明
25.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
26.图1为本发明实施例超宽带脉冲三维阵列探地雷达天线阵列示意图，其中t1-t7均为发射天线所组成的发射天线阵列，r1-r14均为接收天线组成的接收天线阵列；
27.图2为本发明实施例三维异形吸波结构成对设计示意图，
28.其中t1为发射天线所组成的发射天线阵列，s1-s2均为角锥，l1为s1结构在发射天线t1侧的斜长边方向；l2为发射天线t1结构中心与接收天线r1结构中心的中心点连线方向,l3为发射天线t1结构中心与接收天线r2结构中心的中心点连线方向，l4为s2结构在发射天线t1侧的斜长边方向，r1-r2均为接收天线组成的接收天线阵列。
具体实施方式
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
30.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
31.如图1-2所示，本实施例中提供基于三维异形吸波结构的天线阵列，包括：天线阵列固定板和若干天线阵列单元，所述若干天线阵列单元按顺序依次固定在所述天线阵列固定板上；
32.所述天线阵列单元包括一个天线发送通道、两个天线接收通道和一对三维异形吸波结构；
33.所述天线发送通道，用于发送天线信号；
34.所述天线接收通道，用于接收所述天线信号；
35.所述三维异形吸波结构，用于隔断其他天线阵列单元的天线发送通道的天线信号。
36.进一步优化方案，所述天线发送通道位于成对接收通道的中心位置；
37.所述天线接收通道采用左右对称的成对设计；
38.所述天线阵列单元中的两个所述天线接收通道共用一个所述天线发送通道。
39.进一步优化方案，所述天线阵列单元中所述天线发送通道和所述三维异形吸波结构的位置关系：
40.以所述天线发送通道为中心，所述三维异形吸波结构分别分布在天线发送通道的两侧并形成左右对称的成对设计。
41.进一步优化方案，所述三维异形吸波结构为锥形结构；
42.所述三维异形吸波结构采用吸波材料。
43.进一步优化方案，确定所述三维异形吸波结构的放置位置的方法包括：
44.根据所述三维异形吸波结构的斜长边确定所述三维异形吸波结构的放置位置；
45.所述三维异形吸波结构的斜长边与发射天线和对应的接收天线的馈电中心连接方向平行。
46.进一步优化方案，确定所述三维异形吸波结构的高度的方法包括：
47.将所述三维异形吸波结构中底面的远离所述斜长边的顶点与所述斜长边的中点连线；
48.将所述三维异形吸波结构中斜面的远离所述斜长边的顶点与所述斜长边的中点连线；
49.两条连线构成夹角，根据所述夹角的角度大小获得所述三维异形吸波结构的高度。
50.进一步优化方案，所述夹角的范围为20
°
～45
°
。
51.超宽带脉冲三维阵列探地雷达通常由发射天线阵列与接收天线阵列完成电磁波的发射与接收。如图1所示，t1至t7为发射天线所组成的发射天线阵列；r1至r14为接收天线组成的接收天线阵列。其中测试通道1至14与发射天线和接收天线的组对关系如下表所示，表1为测试通道与发射天线和接收天线的组对关系。
52.表1
[0053] 通道1通道2通道3通道4通道5通道6通道7发射天线t1t1t2t2t3t3t4接收天线r1r2r3r4r5r6r7 通道8通道9通道10通道11通道12通道13通道14发射天线t4t5t5t6t6t7t7接收天线r8r9r10r11r12r13r14
[0054]
由表1及图1可见，测试通道1与测试通道2共用发射天线t1，即测试通道1由发射天
线t1和接收天线r1组成；测试通道2由发射天线t1和接收天线r2组成。其他测试通道也都是采用共用发射天线的形式，因此本发明提出的三维异形吸波结构也是以每一共用的发射天线为单位进行针对性成对设计，如图2所示，其中t1为发射天线所组成的发射天线阵列，s1-s2均为角锥，l1为s1结构在发射天线t1侧的斜长边方向；l2为发射天线t1结构中心与接收天线r1结构中心的中心点连线方向,l3为发射天线t1结构中心与接收天线r2结构中心的中心点连线方向，l4为s2结构在发射天线t1侧的斜长边方向，r1-r2均为接收天线组成的接收天线阵列。
[0055]
三维异形吸波结构参数设计原则及说明如下。
[0056]
1、s1与s2成对存在
[0057]
三维阵列探地雷达采用共用发射天线的形式，三维异形吸波结构相应以每一共用的发射天线为中心进行左右对称的成对设计，进而既可以在不同发射天线间形成空间隔离结构，又可以通过吸波材料的吸收特性，提升相邻发射天线间的隔离度。同时左右对称的结构设计不会在共用发射天线与两个接收天线间的传播空间/路径上形成阻碍，从而又保证了设计需要的天线接收效率。
[0058]
2、s1结构l1方向的底边结构与发射天线t1与接收天线r1的馈电中心连线方向l2平行；
[0059]
l1方向与l2方向平行的设计思路是本发明创新设计的重要特征。l1方向与l2方向平行首先可以保证吸波结构与发射天线和接收天线相对位置高度相似，从而保证发射天线与接收天线工作环境的最大形似度，从而保证发射/接收电磁波形最大程度地反应目标特性。同时l1方向与l2方向平行，可以使吸波结构针对发射天线和接收天线的时域振铃现象发挥数量级相似的优化效果，进一步保证发射天线与接收天线的性能一致性。
[0060]
3、s2结构l4方向的底边结构与发射天线t1与接收天线r2的馈电中心连线方向l3平行。
[0061]
4、s1结构l1方向的底边上两条中线的夹角φ可设计角度范围为20
°
～45
°
，s2结构也是类似要求；
[0062]
s1吸波结构l1方向的底边上两条中线的夹角φ可设计角度范围为20
°
～45
°
，是由发射/接收天线的辐射方向图特性确定的。φ小于45
°
，吸波结构将对天线的辐射和接收特性产生可接受的最小影响，同时φ大于20
°
，吸波结构又可有效降低外界环境杂波对天线信号的干扰。
[0063]
本发明公开了基于三维异形吸波结构的天线阵列，异形波结构的底边结构与发射天线、接收天线的馈电中心连线方向平行，提升探地雷达的测试通道间隔离度、改善探地雷达时域天线辐射的振铃效应，并提升探地雷达在高速检测状态下的抗环境干扰能力且提高了信噪比，对于高速公路内部毫米级裂缝能够进行准确探测及识别。
[0064]
以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。