本文關(guān)鍵詞： 探地雷達(dá) 天線 低頻段 超寬帶 加載方法　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：探地雷達(dá)是一種用于探測及識(shí)別地下目標(biāo)物體的無損探測工具,具有探測速度快、數(shù)據(jù)連續(xù)、操作方便靈活、分辨率高等特點(diǎn),近年來廣泛應(yīng)用于民用和軍用領(lǐng)域。天線是探地雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,其性能的好壞直接影響探測結(jié)果。探地雷達(dá)系統(tǒng)的天線應(yīng)該具備超寬帶、輻射能量集中、波形保真度高、收發(fā)天線耦合小、小型化等特點(diǎn)。與其它超寬帶雷達(dá)不同,探地雷達(dá)系統(tǒng)要求天線的大部分能量對(duì)地輻射,但地下環(huán)境多為有耗媒質(zhì),對(duì)信號(hào)有衰減作用,且信號(hào)中心工作頻率越高,衰減越大。因此,若想增大探測深度,需要降低發(fā)射信號(hào)的中心工作頻率,即天線應(yīng)該在低頻段具有超寬帶特性�；谲囕d移動(dòng)平臺(tái)的探地雷達(dá)系統(tǒng)的要求,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)地下深層埋藏物的探測,本文以傳統(tǒng)蝶形天線為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)出兩款工作在低頻段的超寬帶天線:(1)提出了一種三面屏蔽型球根狀天線。以傳統(tǒng)蝶形天線為基礎(chǔ),采用結(jié)構(gòu)加載的方法改善天線表面的電流分布,得到比蝶形天線更加平坦的輸入阻抗特性曲線和更優(yōu)異的輻射特性。改進(jìn)后的天線可工作在131MHz~422MHz頻率范圍內(nèi),其端口輸入阻抗在100 ohms左右,利于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配,符合探地雷達(dá)系統(tǒng)要求。(2)提出一種五面屏蔽型截臂開槽式末端加載天線。采用末端加載和開槽的方法以增加電流在天線臂末端的聚攏作用,降低天線的最低工作頻點(diǎn),進(jìn)而增大天線的阻抗帶寬;使用截臂、圓化等形狀加載的方法可以減小天線的尺寸;五面屏蔽結(jié)構(gòu)則可以減弱收發(fā)天線之間的互耦作用。設(shè)計(jì)的天線可工作在10MHz~470MHz,端口輸入阻抗約為150 ohms,可應(yīng)用于基于車載移動(dòng)平臺(tái)的探地雷達(dá)系統(tǒng),并適用于干燥土壤、瀝青、混凝土、干雪等多種常見探測環(huán)境。論文中設(shè)計(jì)的兩款天線在低頻段都具有超寬帶的特性,也容易實(shí)現(xiàn)與同軸饋線的阻抗匹配,適合應(yīng)用于探測深埋物的探地雷達(dá)系統(tǒng);文中提出的結(jié)構(gòu)加載與集總加載方法相結(jié)合的設(shè)計(jì)也可用于改進(jìn)多種天線。
[Abstract]:Ground penetrating radar (GPR) is a nondestructive detection tool used to detect and identify underground objects. It has the characteristics of high detection speed, continuous data, convenient and flexible operation, high resolution and so on. In recent years, it has been widely used in civil and military fields. Antenna is a key part of GPR system, and its performance directly affects the detection results. The antenna of GPR system should have ultra-wideband (UWB) and concentrated radiation energy. Unlike other UWB radars, the GPR system requires most of the antenna energy to radiate to the ground, but the underground environment is mostly a lossy medium. It can attenuate the signal, and the higher the operating frequency of the signal center, the greater the attenuation. Therefore, if we want to increase the detection depth, we need to reduce the central operating frequency of the transmitted signal. That is, the antenna should have ultra-wideband characteristics in low frequency band. In order to realize the detection of underground buried objects, this paper is based on the traditional butterfly antenna, which is based on the requirements of ground penetrating radar system based on vehicle-mounted mobile platform. Two ultra-wideband antennas working in low frequency band: 1) A three-side shielded spherical antenna is proposed. Based on the traditional butterfly antenna, the structure loading method is used to improve the current distribution on the antenna surface. The input impedance curves and radiation characteristics of the improved antenna are flatter than those of the butterfly antenna. The improved antenna can work in the frequency range of 131 MHz / 422MHz. The input impedance of the port is about 100 ohms, which is propitious to realize impedance matching. In accordance with the requirements of ground penetrating radar (GPR), a five-side shielded grooved end loading antenna is proposed. The method of end loading and grooving is used to increase the convergence of current at the end of the antenna arm. Reducing the minimum operating frequency of the antenna and increasing the impedance bandwidth of the antenna; The size of antenna can be reduced by using the shape loading method such as truncated arm and circle. The five-side shielding structure can reduce the mutual coupling between the transceiver antennas. The designed antenna can work at 470MHz at 10 MHz, and the port input impedance is about 150 ohms. It can be used in ground penetrating radar system based on vehicle-mounted mobile platform, and can be used in dry soil, asphalt and concrete. The two antennas designed in this paper have the characteristics of ultra-wideband in low frequency band, and can easily match the impedance of coaxial feeder, so they are suitable for the ground penetrating radar system to detect deep buried objects. The structure loading method combined with lumped loading method proposed in this paper can also be used to improve multiple antennas.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN957.2

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本文編號(hào)：1452811