探地雷达超宽带屏蔽天线的仿真与测试

发布时间：2020-05-13 17:00

【摘要】：随着中国经济的高速发展,探地雷达在诸如建筑工程质量检测、交通设施质量检测、管线快速检测、地质灾害预防、考古、矿产资源勘探、月球探测、岩土工程调查和军事探测等多个领域正发挥着越来越重要的作用。天线作为探地雷达末端重要的组成部分,其特性将直接影响着探地雷达的探测能力,因此提高天线的性能对探地雷达在实际中的应用具有重要意义。本文主要目的是模拟并制作出具有超宽带频率特性、屏蔽性能好、探测精度高的探地雷达天线,从而提高探地雷达的探测能力。自探地雷达的概念提出以来,与之相匹配的天线方面的研究一直是探地雷达的重要研究方向,通过近几十年国内外学者的不断努力,探地雷达天线的种类以及改良天线性能的加载方法也多种多样。本文以领结天线为基础,探讨了不同加载方法对天线的影响,分析出最佳的加载方案,对提高探地雷达的信噪比、改善探测精度具有重要意义。领结天线最早的研究是在1952年,Brown和Woodward系统的研究了三角形片状天线的辐射特性,发现领结天线相比于圆柱形偶极子天线具有更宽的带宽,且相比于双锥天线具有更小的尺寸,方便应用。在探地雷达的实际工作中,地下地质结构分布复杂且来自地上的干扰很多,这就要求天线要有更宽的带宽和很好的方向性。一般将金属背腔置于领结天线背部,这样即可以屏蔽来自空气中电磁波的干扰,又可以减少天线向空气中的辐射,在一定程度上削弱直达波。但是金属屏蔽罩对天线的信号影响很大,信号容易在天线和屏蔽罩之间来回反射产生多次波,在屏蔽罩内加载合适的吸波材料可以起到增加天线带宽削弱罩内反射波的作用。在增加领结天线带宽方面,由于阻容混合加载的方式较难实现,故一般采用纯电阻加载的方式。天线的电阻加载主要分为集中式电阻加载和分布式电阻加载。分布式电阻加载是指在天线内对天线进行连续性的加载,使电流在天线内部逐渐变弱,最后在天线末端降为零的一种无反射电阻加载。这种加载方式可以有效地增加天线的带宽,但是同样也会严重降低天线的辐射效率,且实际实施起来难度大。集中式电阻加载是指在天线的末端或其他位置加载单个或多个电阻,相比于分布式加载,集中式电阻加载对天线辐射效率的损耗小,且更易于实现。本文利用电磁仿真软件HFSS模拟了普通领结天线、带吸波材料的领结天线、末端加载领结天线。根据模拟结果,再结合拟解决的实际问题,优化选择合适的天线尺寸、屏蔽罩尺寸、吸波材料、加载阻值与方式等多个参数。并根据模拟结果进行天线的制作与测试,检验天线的性能。实际测试结果表明带吸波材料的领结天线和末端加载领结天线都可以有效的提高领结天线的带宽,消除天线时间域信号的拖尾,并改善天线的指向性,对于提高探地雷达探测精度和雷达信号的信噪比具有重要意义。
【图文】：

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图 1.1 探地雷达工作示意图雷达发展迅速，已经应用到多个领域，并取得面，探地雷达可以检测出混凝土浇筑质量和土的厚度及混凝土中的钢筋分布情况；在交通设测、隧道衬砌检测、季节性冻土路基和永冻土测、公路及机场跑道路面检测和城市道路路面方面，探地雷达可以对滑坡位置处的裂缝和裂位，，起到地质灾害隐患防治的作用[1-9]。另外探测、岩土工程调查和军事探测等多个领域的探地雷达类型是脉冲雷达。脉冲雷达工作时介质的反射，并接收反射信号，提取出有用信析时域信号时，若脉冲信号足够窄，则可保证精度。这对雷达天线提出了很高的要求，它不

第 1 章绪论重要的组成部分，其性能的好坏，对于整此，自探地雷达的概念提出以来，天线技十年来，经国内外学者们的不断努力，探方法也多种多样[39-40]。渐变槽线天线，这种天线有较宽的带宽效率表现很好，设计这种天线也比较简单年被人们想出来，到了后来这么多年的aldi 天线。这种天线也有比较明显的缺点现象[41]。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P631.3

【参考文献】