一款用于目标检测的超宽带Vivaldi天线的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于目标检测的超宽带Vivaldi天线。
【背景技术】
[0002] 现代无线通讯技术发展迅速，信号频带资源趋于紧张，为了满足不断增长的军用 需求和民用需求，各类微波器件的工作频带逐渐向高频拓宽。适用于复杂高频环境的超宽 带(UWB)技术，相对于窄带技术，又具有低功耗，高精度，高速率的明显优势，具备高速低功 耗，廉价高性能特点的超宽带(UWB)技术发展前途可观。
[0003] 超宽带(UWB)技术在探测雷达、材料探伤、乳腺肿瘤检测等领域的广泛应用，和天 线设计的灵活性不可分割。收发信号的天线优劣直接决定了微波系统工作的效率高低。用 于目标检测的超宽带天线，具有成本低、尺寸小、无辐射损伤等诸多优点，超宽带天线的工 作频率通常在GHz级别，处于该频率等级的天线，必须具有稳定小于2的电压驻波比以及稳 定增益。
[0004] Vivaldi天线常用于乳腺肿瘤检测、未知目标探测等领域，该天线是一种超宽带行 波天线，也是一种指数缝隙天线。电磁波沿着天线的指数缝隙传播出去，辐射电磁波的频率 与缝隙位置的宽度有关，高频电磁波从较窄缝隙处辐射，低频电磁波从较宽缝隙处辐射。指 数型缝隙辐射区具有良好的连续性，拓展了天线的工作频带，也保证了天线工作时电磁波 接发的稳定性。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种小型化的Vivaldi天线，适用于2_6GHz频率范围，具有稳定的天线 增益，能有效发射和接收高频信号。该天线方向性良好，发射的电磁波能量集中，以一定规 律置于探测区域邻近处，可以通过该天线发射和接收电磁波，对发射和接收的两种电磁波 信号加以分析，以此得到该区域及未知物体的相关信息，为未知目标的位置判断和进一步 探索提供科学依据。本发明的技术方案如下：
[0006] -款用于目标检测的超宽带Vivaldi天线，此天线共有三层，正极板和负极板的材 料相同，中间为基板，由巴伦（1)和辐射区（2)组成，正极板和负极板的辐射区形状相对称， 主瓣较宽而副瓣较窄，正极板和负极板两面的渐变指数线(6)之间构成天线缝隙槽，其特征 在于，采用双平行线结构的微带线(3)馈电，天线的外形结构参数如下表：
[0008]以天线馈电端边缘中心为基点建立平面坐标系，辐射区（2)和巴伦（1)的外渐变部 分曲线（4,8)均为椭圆弧的1/4,椭圆弧长轴为167mm，短轴为83.5mm，椭圆中心坐标为(85， 46.8);巴伦（1)加载的圆弧衔接处（5)是另一椭圆曲线的一部分，此另一椭圆的长轴为 17 · Imm，短轴为6mm，椭圆中心坐标为（IO，5·8);辐射区内侧的渐变线(6)是依照指数率R是 〇. 045的指数规律渐变的曲线，其指数线的数学模型是：
[0009]
[0010] 式中，C1 = O.3933463,其中与指数线上端相连的弧形切割线（7)为圆弧，圆弧上端 与天线上沿相切，圆弧半径为16.5mm，圆心距同侧边界为18mm。
[0011] 本发明的有益效果如下：
[0012] (1)采用此种天线馈电端和辐射区形状的方案，天线的主辐射方向增益得到保证， 在有效工作频带内可以顺利进行信号电磁波的发射与接收。
[0013] (2)天线通过连接至信号传输线，将激励信号发射出去，同时同轴接收端可以对回 收的信号进行分析，从而得到未知物体分布信息。
[0014] (3)天线的方向性良好，可以实现特定方向的发射与接收，这有利于检测信号的定 向检测，实现未知物体位置的精确定位。
【附图说明】
[0015]图1该天线的正面结构示意图 [0016]图2该天线的反面结构示意图 [0017]图3该天线的Sn特性曲线 [0018] 图4该天线在2GHz时的方向图 [0019] 图5该天线在4GHz时的方向图 [0020] 图6该天线在6GHz时的方向图
【具体实施方式】
[0021]图1所示是此款超宽带天线正面结构示意图，图2是天线的反面结构示意图，天线 的部分几何参数列在表1中。此天线共有三层，上下正负极板的材料相同，图中所示即为上 下极板金属面。中间基板的介电常数为4.4，即与PCB板的介电常数一致。
[0022]表1天线的外形结构参数
[0024]该天线由巴伦1和辐射区2组成，天线的辐射区，正极板和负极板若投射到同一个 平面上，相互呈对称形状。天线采用微带线3馈电，微带线3是实现馈线和天线匹配的部件， 微带线3的双平行线结构保证信号不失真的传递到辐射区2,使天线的辐射不受馈入部分 (巴伦)的影响。以天线馈电端边缘中心0为基点建立平面坐标系，辐射区2和巴伦1的外渐变 部分曲线4与8均为椭圆弧的1/4,椭圆弧长轴为167mm，短轴为83.5mm，椭圆中心坐标为(85， 46.8)，巴伦1加载的圆弧衔接处5是另一椭圆曲线的一部分，椭圆长轴为17.1mm，短轴为 6_。则椭圆中心坐标为（10,5.8)。辐射区内侧的渐变线6是依照指数规律渐变的曲线，它的 指数率R是〇. 045。指数线的数学模型是：
[0025]
Cl)
[0026]式中cl =0.3933463，d是天线馈入微带线3的宽度。其中弧形切割线7为圆弧，圆弧 上端与天线上沿相切，圆弧半径为16.5mm，圆心距右边界为18mm。
[0027] 正反两面的渐变指数线6之间构成了天线缝隙槽，电磁波在不同的槽宽处有对应 的发射频率，所以不同频率的电磁波沿着渐变指数线6发射出去，可以覆盖连续的频带。
[0028] 图3是天线的Sn图，直观地看到天线在预期频带内具有良好的驻波特性，工作效率 尚。
[0029]图4、图5和图6是天线分别在2GHz、4GHz和6GHz的辐射方向图。天线在这些频率点 均有大于3dB的稳定增益，并且天线的主瓣较宽，辐射区域集中，保证了乳腺肿瘤检测区域 信号的方向精确度，而天线的副瓣小，辐射损耗低，降低了发射功率损耗，实现了超宽带检 测的低功耗特性。
[0030] 通过调节天线馈入微带线以及天线末端结构，来调节天线的辐射角度和不同位置 的功率密度，从而改善天线的方向性和增益，这对于提高检测精确度和降低天线能量损耗 具有重要意义。最终天线在2GHz、4GHz和6GHz的主瓣方向上的增益分别达到了2.76dBi、 4.84dBi、5.32dBi，而3dB增益角宽分别为111.6°、88.2°和66.2°，电磁波可以在辐射区域内 有效覆盖，且在主瓣方向功率密度集中，便于电磁信号的定向发射与接收。
【主权项】
1. 一款用于目标检测的超宽带Vivaldi天线，此天线共有三层，正极板和负极板的材料 相同，中间为基板，由巴伦（1)和辐射区（2)组成，正极板和负极板的辐射区形状相对称，主 瓣较宽而副瓣较窄，正极板和负极板两面的渐变指数线(6)之间构成天线缝隙槽，其特征在 于，采用双平行线结构的微带线(3)馈电，天线的外形结构参数如下表：以天线馈电端边缘中心为基点建立平面坐标系，辐射区（2)和巴伦(1)的外渐变部分曲 线（4,8)均为椭圆弧的1/4,椭圆弧长轴为167mm，短轴为83.5mm，椭圆中心坐标为（85， 46.8);巴伦（1)加载的圆弧衔接处（5)是另一椭圆曲线的一部分，此另一椭圆的长轴为 17 · 1mm，短轴为6mm，椭圆中心坐标为（10，5 · 8);辐射区内侧的渐变线(6)是依照指数率R是 〇. 045的指数规律渐变的曲线，其指数线的数学模型是：式中，C1 = 0.3933463,其中与指数线上端相连的弧形切割线（7)为圆弧，圆弧上端与天 线上沿相切，圆弧半径为16.5mm，圆心距同侧边界为18mm。
【专利摘要】本发明涉及一种用于目标检测的超宽带Vivaldi天线，此天线共有三层，正极板和负极板的材料相同，中间为基板，由巴伦(1)和辐射区(2)组成，采用双平行线结构的微带线(3)馈电，辐射区(2)和巴伦(1)的外渐变部分曲线(4，8)均为椭圆弧的1/4；巴伦(1)加载的圆弧衔接处(5)是另一椭圆曲线的一部分；辐射区内侧的渐变线(6)是依照指数率R是0.045的指数规律渐变的曲线。本发明具有稳定的天线增益，能有效发射和接收高频信号,方向性良好，发射的电磁波能量集中。
【IPC分类】H01Q13/08, H01Q13/10, H01Q1/36
【公开号】CN105680164
【申请号】CN201610124331
【发明人】肖夏, 佘东东, 王梁
【申请人】天津大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月4日