本發(fā)明涉及電子行業(yè)雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單發(fā)雙收探地雷達(dá)天線，還涉及一種包含該單發(fā)雙收探地雷達(dá)天線的雷達(dá)。

背景技術(shù)：

探地雷達(dá)(GPR)是一種快速、高效、無損探測的物理方法。探地雷達(dá)利用一個發(fā)射天線發(fā)射高頻電磁波，另一個天線接收來自地下目標(biāo)介質(zhì)界面的反射波，然后對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而得到地下目標(biāo)的分布狀態(tài)。其中雷達(dá)天線是探地雷達(dá)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部件，天線的性能在很大程度上影響探地雷達(dá)的性能及目標(biāo)探測的深度和探測精度。

當(dāng)前探地雷達(dá)天線以單頻天線為主，其發(fā)射能量有限，大多數(shù)探測距離僅20米，難于滿足更大距離范圍內(nèi)精細(xì)探測需求，且?guī)捰邢蓿盘柗直婺芰^差，單頻天線受探測周邊環(huán)境的干擾較大，具有相對較低的信噪比，同時尺寸不夠緊湊，這不利于雷達(dá)系統(tǒng)的工程化應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種單發(fā)雙收雷達(dá)天線以及包含該雷達(dá)天線的雷達(dá)。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種單發(fā)雙收雷達(dá)天線，包括：發(fā)射天線組件，用于發(fā)射不同頻率電磁波，可發(fā)射電磁波頻率范圍為150-800MHz；第一接收天線組件，用于接收第一頻率的反射波；以及第二接收天線組件，用于接收第二頻率的反射波；其中，所述第一頻率和第二頻率的值不相同。

優(yōu)選的，雷達(dá)天線還包括屏蔽外殼，所述屏蔽外殼一面開口，所述發(fā)射天線組件、第一接收天線組件和第二接收天線組件均固定于所述屏蔽外殼開口的面上，與屏蔽外殼組成閉合中空結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述閉合中空結(jié)構(gòu)為閉合中空棱柱體；所述發(fā)射天線組件位于所述第一接收天線組件和第二接收天線組件之間。

優(yōu)選的，所述發(fā)射天線組件包括發(fā)射天線上輻射臂、發(fā)射天線下輻射臂、發(fā)射天線支撐件和多個發(fā)射天線電阻元件，其中，所述發(fā)射天線上輻射臂和發(fā)射天線下輻射臂沿一軸對稱設(shè)置，發(fā)射天線上輻射臂和發(fā)射天線下輻射臂呈蝶形固定于發(fā)射天線支撐件上；所述發(fā)射天線支撐件固定于所述屏蔽外殼上；所述發(fā)射天線電阻元件設(shè)置于發(fā)射天線上輻射臂和發(fā)射天線下輻射臂遠(yuǎn)離所述軸的遠(yuǎn)端的端線上。

優(yōu)選的，所述第一接收天線組件包括第一接收天線上輻射臂、第一接收天線下輻射臂、第一接收天線支撐件和多個第一接收天線電阻元件，其中，所述第一接收天線上輻射臂和第一接收天線下輻射臂沿一軸對稱設(shè)置，第一接收天線上輻射臂和第一接收天線下輻射臂呈蝶形固定于第一接收天線支撐件上；所述第一接收天線支撐件固定于所述屏蔽外殼上；所述第一接收天線電阻元件設(shè)置于第一接收天線上輻射臂和第一接收天線下輻射臂遠(yuǎn)離所述軸的遠(yuǎn)端的端線上。

優(yōu)選的，所述第二接收天線組件包括第二接收天線上輻射臂、第二接收天線下輻射臂、第二接收天線支撐件和多個第二接收天線電阻元件，其中，所述第二接收天線上輻射臂和第二接收天線下輻射臂沿一軸對稱設(shè)置，第二接收天線上輻射臂和第二接收天線下輻射臂呈蝶形固定于第二接收天線支撐件上；所述第二接收天線支撐件固定于所述屏蔽外殼上；所述第二接收天線電阻元件設(shè)置于第二接收天線上輻射臂和第二接收天線下輻射臂遠(yuǎn)離所述軸的遠(yuǎn)端的端線上。

優(yōu)選的，所述第一接收天線上輻射臂長于所述第二接收天線上輻射臂的臂長；所述第一接收天線下輻射臂長于所述第二接收天線下輻射臂的臂長。

優(yōu)選的，所述第一頻率的取值范圍為150-250MHz，所述第二頻率的值為取值范圍為200-800MHz。

優(yōu)選的，所述第一頻率的取值為200MHz，所述第二頻率的取值為500MHz。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種雷達(dá)，包括以上任意一種單發(fā)雙收雷達(dá)天線，所述雷達(dá)為探地雷達(dá)。

(三)有益效果

通過上述技術(shù)方案可以看出本發(fā)明的有益效果在于：

(1)通過采用單發(fā)雙收探地雷達(dá)天線，采用兩個異頻信號疊加優(yōu)勢來增大探測的深度，以滿足探測深度要求，同時兩個異頻信號的使用又具有信息量互補以及可增大天線帶寬的特點，從而可有效提高探測目標(biāo)體的分辨能力；

(2)通過采用電阻加載的蝶形輻射臂，天線整體尺寸緊湊、易于工裝，并具有良好的寬帶特性；

(3)該天線應(yīng)用于探地雷達(dá)，提高了目標(biāo)的探測深度和探測精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的單發(fā)雙收探地雷達(dá)天線的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的單發(fā)雙收探地雷達(dá)天線的電壓駐波比實測曲線圖。

【主要元件符號說明】

1-發(fā)射天線上輻射臂；

2-發(fā)射天線下輻射臂；

3A、3B、4A、4B、-發(fā)射天線電阻元件；

8A、8B、9A、9B-第一接收天線電阻元件

5-發(fā)射天線支撐件，10-第一接收天線支撐件，15-第二接收天線支撐件；

6-第一接收天線上輻射臂；

7-第一接收天線下輻射臂；

11-第二接收天線上輻射臂；

12-第二接收天線下輻射臂；

13A、13B、13C、14A、14B、14C-第二接收天線電阻元件；

16-屏蔽外殼。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式(比如饋電方式)，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，將不再詳細(xì)說明。

下述參照附圖對本發(fā)明實施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的一種限制。應(yīng)該注意的是，本文中使用的“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分不同對象，而不意味著這些對象之間具有任何特定順序關(guān)系。所述“上”和“下”僅僅表示靜態(tài)的某一狀態(tài)的相對關(guān)系，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可將雷達(dá)天線整體位置進(jìn)行任意調(diào)整，例如“發(fā)射天線上輻射臂”可以經(jīng)調(diào)整變化為“發(fā)射天線下輻射臂”，而原“發(fā)射天線下輻射臂”調(diào)整為“發(fā)射天線上輻射臂”。

圖1為本發(fā)明實施例單發(fā)雙收雷達(dá)天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例提出一種單發(fā)雙收雷達(dá)天線(例如一種用于管線探測的探地雷達(dá)天線)。該雷達(dá)天線包括發(fā)射天線組件，用于以第一頻率發(fā)射電磁波；第一接收天線組件，用于接收第一頻率的反射波；以及第二接收天線組件，用于接收第二頻率的反射波；其中，所述第一頻率和第二頻率的值不相同。

以下將對雷達(dá)天線的各組成部分進(jìn)行具體說明：

圖1中所示，本實施例的雷達(dá)天線還可以包括屏蔽外殼16，屏蔽外殼16一面開口，發(fā)射天線組件、第一接收天線組件和第二接收天線組件均固定于所述屏蔽外殼16開口的面上，與屏蔽外殼16組成閉合中空結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述閉合中空結(jié)構(gòu)為閉合中空棱柱體，進(jìn)一步優(yōu)選的為正四棱柱體，則相應(yīng)的屏蔽外殼16為一面開口的中空長方體結(jié)構(gòu)(例如尺寸為436mm×798mm×121mm)。

屏蔽外殼16的材料包括但不限于金屬材料，目的是屏蔽外部輻射的干擾，優(yōu)選的材料為銅、金、銀和錫材料，進(jìn)一步優(yōu)選的為銅材料。

在本實施例中，發(fā)射天線組件據(jù)根不同適用條件發(fā)射不同頻率電磁波，第一發(fā)射頻率范圍為150-2500MHz，進(jìn)一步優(yōu)選的為200MHz，第二發(fā)射頻率范圍為200-800MHz進(jìn)一步優(yōu)選為500MHz。發(fā)射天線組件可以包括發(fā)射天線上輻射臂1、發(fā)射天線下輻射臂2、發(fā)射天線支撐件5和多個發(fā)射天線電阻元件3A、3B、4A和4B，其中，發(fā)射天線上輻射臂1和發(fā)射天線下輻射臂2沿一軸對稱設(shè)置，發(fā)射天線上輻射臂1和發(fā)射天線下輻射臂2呈蝶形固定于發(fā)射天線支撐件5上；所述發(fā)射天線支撐件5固定于所述屏蔽外殼16上；發(fā)射天線電阻元件3A、3B、4A和4B設(shè)置于發(fā)射天線上輻射臂1和發(fā)射天線下輻射臂2遠(yuǎn)離所述軸的端線上。

在本實施例中，發(fā)射天線上輻射臂1與發(fā)射天線下輻射臂2具有相同的結(jié)構(gòu)，兩者沿著某一軸對稱設(shè)置，兩個輻射臂靠近對稱軸的一端為近端，在近端兩個輻射臂具有一定間距，例如可以為2mm，兩個輻射臂遠(yuǎn)離對稱軸的一端為遠(yuǎn)端，在遠(yuǎn)端兩個輻射臂也具有一定間距，例如可以為5mm。列舉發(fā)射天線上輻射1來說，其具有一輻射臂寬度(即由近端至遠(yuǎn)端的距離)，例如為217mm，還具有一高度(即近端與遠(yuǎn)端之間的垂直高度差)，例如為204mm?？梢岳斫獾?，相應(yīng)的發(fā)射天線下輻射臂2的各尺寸長度以及位置關(guān)系可以沿著相應(yīng)的軸對稱性的進(jìn)行設(shè)置，尺寸上完全相同。

發(fā)射天線上輻射臂1與發(fā)射天線下輻射臂2的材料包括但不限于金屬材料，優(yōu)選的材料為銅、金、銀和錫材料，進(jìn)一步優(yōu)選的為銅材料(例如可以是厚度為2mm的黃銅板)。

應(yīng)注意的是，發(fā)射天線上輻射臂1與發(fā)射天線下輻射臂2在遠(yuǎn)端和近端均具有端線，為提高發(fā)射效果，各個端線均平行設(shè)置。

在本實施例中，發(fā)射天線電阻元件3A、3B、4A和4B分布于發(fā)射天線上輻射臂1與發(fā)射天線下輻射臂2遠(yuǎn)端的短線上，各個電阻元件沿著輻射臂的對稱軸也對稱均勻設(shè)置，優(yōu)選的個數(shù)為4個，在發(fā)射天線上輻射臂1與發(fā)射天線下輻射臂2的兩個遠(yuǎn)端各設(shè)置兩個。由于設(shè)置在輻射臂的遠(yuǎn)端，又可成為末端加載電阻元件。

發(fā)射天線電阻元件3A、3B、4A和4B的作用在于進(jìn)行阻抗匹配，優(yōu)選的各電阻元件的電阻值相同。

在本實施例中，發(fā)射天線支撐件5用來固定發(fā)射天線上輻射臂1與發(fā)射天線下輻射臂2，同時發(fā)射天線支撐件5自身固定于屏蔽外殼16上。其中，發(fā)射天線支撐件5可以與發(fā)射天線上輻射臂1以及發(fā)射天線下輻射臂2通過膠性材料粘接，發(fā)射天線支撐件5通過膠性材料或螺釘固定在屏蔽外殼16上。

發(fā)射天線支撐件5包括但不限于各種粘性有機材料，優(yōu)選的可以為FR4介質(zhì)板。

圖1中，第一接收天線組件包括第一接收天線上輻射臂6、第一接收天線下輻射臂7、第一接收天線支撐件10和多個第一接收天線電阻元件8A、8B、9A和9B，其中，第一接收天線上輻射臂6和第一接收天線下輻射臂7沿一軸對稱設(shè)置，第一接收天線上輻射臂6和第一接收天線下輻射臂7呈蝶形固定于第一接收天線支撐件10上；第一接收天線支撐件10固定于所述屏蔽外殼16上；第一接收天線電阻元件8A、8B、9A和9B設(shè)置于第一接收天線上輻射臂6和第一接收天線下輻射臂7遠(yuǎn)離所述軸的遠(yuǎn)端的端線上。

第一接收天線組件的各部件設(shè)置方式參照發(fā)射組件的相應(yīng)部件進(jìn)行設(shè)置，舉例來說，第一接收天線上輻射臂6的設(shè)置參照發(fā)射天線上輻射臂1進(jìn)行設(shè)置；而且相應(yīng)的部件材料也參照發(fā)射天線組件。另外優(yōu)選的，第一接收天線上輻射臂6與第一接收天線下輻射臂7之間的軸與發(fā)射天線上輻射臂1和發(fā)射天線下輻射臂2之間的軸是相同的軸。

不同之處在于，兩者在屏蔽外殼上的位置存在一定的位移差別。第一接收天線組件位于發(fā)射天線組件的一側(cè)。

圖1中，第二接收天線組件包括第二接收天線上輻射臂11、第二接收天線下輻射臂12、第二接收天線支撐件15和多個第二接收天線電阻元件13A、13B、13C、14A、14B和14C，其中，第二接收天線上輻射臂11和第二接收天線下輻射臂12沿一軸對稱設(shè)置，第二接收天線上輻射臂11和第二接收天線下輻射臂12呈蝶形固定于第二接收天線支撐件15上；第二接收天線支撐件15固定于所述屏蔽外殼16上；第二接收天線電阻元件13A、13B、13C、14A、14B和14C設(shè)置于第二接收天線上輻射臂11和第二接收天線下輻射臂12遠(yuǎn)離所述軸的遠(yuǎn)端的端線上。

第二接收天線組件的各部件設(shè)置方式參照發(fā)射組件的相應(yīng)部件進(jìn)行設(shè)置，舉例來說，第二接收天線上輻射臂11的設(shè)置參照發(fā)射天線上輻射臂1進(jìn)行設(shè)置；而且相應(yīng)的部件材料也參照發(fā)射天線組件。另外優(yōu)選的，第二接收天線上輻射臂11與第二接收天線下輻射臂12之間的軸與發(fā)射天線上輻射臂1和發(fā)射天線下輻射臂2之間的軸是相同的軸。

不同之處在于，兩者在屏蔽外殼上的位置存在一定的位移差別。第二接收天線組件位于發(fā)射天線組件的另一側(cè)。參照上述第一接收天線組件的設(shè)置，則是第一接收天線組件和第二接收天線組件位于發(fā)射天線組件的兩側(cè)，優(yōu)選的三者之間等間距設(shè)置。

不同之處還在于，輻射臂的尺寸存在差別，由于接收不同頻率的發(fā)射波，所以相應(yīng)的輻射臂的尺寸也有變化。一種選擇是，第二接收天線上輻射臂11和第二接收天線下輻射臂12的整體尺寸小，例如可以是156mm×278mm×1.6mm。

圖2為本發(fā)明實施例雙頻雷達(dá)天線的200MHz電壓駐波比實測曲線圖。在頻帶為150-800MHz時，電壓駐波比＜2。其中，電壓駐波比換算成回波損耗，即駐波系數(shù)為2時，回波損耗約為-9.6dB。按照一般管線探測雷達(dá)天線應(yīng)用S₁₁＜-10，，可以看出天線在150～800MHz頻帶范圍內(nèi)都能非常好地滿足要求。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明雷達(dá)天線有了清楚的認(rèn)識。

需要說明的是，上述對各元件的定義并不僅限于實施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)或形狀，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地熟知地替換，例如：除了地下管線探測的應(yīng)用領(lǐng)域之外，該雷達(dá)天線還可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域。

綜上所述，本發(fā)明雷達(dá)天線具有單發(fā)雙收探測、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，能夠滿足地下管線探測雷達(dá)系統(tǒng)對探測精度的要求。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。