探地雷达超宽带天线优化设计与实现

发布时间：2023-09-17 12:46

　　随着我国社会现代化进程的不断加快,探地雷达作为一种高效精确且对被测目标无损伤的地球物理探测仪器,在城市地下空间识别开发,管线与道路空洞排查,交通工程质量检测,地下资源勘探等多个领域得到了广泛的应用。相较于传统地球物理探测仪器,探地雷达对于浅层目标的探测精度更高。而基于网络分析仪的步进频率连续波探地雷达由于采用扫频方式测量,理论上的扫频带宽可以达到任意宽,所以在多种体制探地雷达技术中有着更高的分辨率。天线作为整个探地雷达系统的关键技术,对于整个探地雷达系统实现高分辨探测起到不可或缺的作用。探地雷达系统的天线应具有超宽带频率特性,探测分辨率高,辐射方向性良好,小型化等特点,从而提高探地雷达的整体性能。本文以传统蝶形天线为基础,从添臂和截臂两个结构加载的角度分别设计了工作在低频段的水滴形超宽带天线和高频段的超宽带鼎形天线。一方面拓展了天线有效工作带宽和实现天线小型化:所设计的探地雷达天线通过结构加载技术优化,不仅拓展了传统蝶形天线的工作带宽,优化了天线尺寸,还实现了更为优异的辐射特性和探测分辨率;另一方面增强了天线的方向性:通过在水滴形天线后方加入金属屏蔽背腔,并在其内部填充吸波材料,另外在...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究历史及现状
        1.2.1 探地雷达发展概况
        1.2.2 探地雷达天线研究现状
    1.3 本文研究内容及结构安排
第2章 探地雷达理论基础和天线基本原理
    2.1 探地雷达理论基础
        2.1.1 电磁学原理
        2.1.2 探地雷达系统的工作原理
    2.2 探地雷达系统的关键性能指标
        2.2.1 探测深度
        2.2.2 纵向分辨率
        2.2.3 横向分辨率
    2.3 天线的基本原理
        2.3.1 超宽带系统
        2.3.2 天线的方向性
        2.3.3 天线的增益
        2.3.4 天线的输入阻抗
        2.3.5 天线的极化
    2.4 超宽带天线的求解方法
        2.4.1 解析法
        2.4.2 数值计算法
    2.5 本章小结
第3章 基于屏蔽罩的添臂水滴形天线的优化设计
    3.1 传统蝶形天线设计理论
    3.2 超宽带水滴形天线的结构设计
        3.2.1 天线的基本结构
        3.2.2 天线的金属背腔
        3.2.3 天线的吸波材料
        3.2.4 天线的阻抗匹配
        3.2.5 收发天线的间距
    3.3 超宽带水滴形天线的优化仿真及分析
        3.3.1 不同屏蔽背腔高度对天线性能影响
        3.3.2 天线的辐射特性仿真对比分析
        3.3.3 天线的阻抗和反射特性仿真对比分析
    3.4 本章小结
第4章 基于反射板的截臂鼎形天线的优化设计
    4.1 超宽带鼎形天线结构的研究设计
        4.1.1 鼎形天线的天线臂结构设计
        4.1.2 鼎形天线的反射板结构设计
    4.2 超宽带鼎型天线的结构仿真优化与分析
        4.2.1 截断天线臂底角和顶角对天线性能的影响
        4.2.2 天线臂末端开圆槽对天线性能的影响
        4.2.3 反射板高度对天线性能的影响
    4.3 超宽带鼎型天线的优化结果分析
        4.3.1 天线的反射系数
        4.3.2 天线的辐射方向图
    4.4 本章小结
第5章 探地雷达天线测试与系统实现
    5.1 天线制作与测试
        5.1.1 天线的加工制作
        5.1.2 天线的性能测试
    5.2 探地雷达系统搭建与实现
        5.2.1 雷达系统模块
        5.2.2 显示模块
    5.3 探地雷达系统实验应用
        5.3.1 空气介质中金属管线探测实验
        5.3.2 干沙介质中管线探测实验
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
作者简介及科研成果
致谢



本文编号：3847450