探地雷达系统天线的仿真设计

论文摘要

探地雷达技术是一种超宽带技术,主要用在探测和识别地下目标的场景中。最近几年,超宽带理论和技术在学者们的不断研究下,应用领域不断扩大,也越来越被人们熟知。目前探地雷达系统工作的频率范围很广,既可以用于几十MHz的场景,也可以达到几GHz,具有超宽带特性的不同高斯脉冲信号通常会根据不同的工作频率范围和检测深度来用作激励源。作为探地雷达系统一部分的探地雷达天线,也需要具有较好的超宽带特性,以便能够更加协同地与系统的其他部分共同发挥作用。这种超宽带特性主要表现为天线在工作的频率范围内具有较高的增益、很强的主方向性与较低的旁瓣。此外,要求它的辐射波形需要达到低色散、少拖尾、和高保真度。考虑到这些情况,本文作者在查阅大量文献的基础上,设计了下文中的两款天线。探地雷达天线一般为宽带对称天线,天线的性能会直接影响系统探测结果的好坏。天线的中心频率是和宽带信号的中心频率相互联系的,文章结合馈电信号的频谱图设计出了分别工作于0.75 GHz-2 GHz和0.5 GHz-3GHz频带的两款天线。第一款天线的相对带宽为90%,并且能够提供色散小、微畸变、拖尾信号小的辐射波形,天线的尺寸也很小。然后还在查阅大量文献的基础上,采用经常作为探地雷达天线使用的蝶形天线为原型,衍生出了与蝶形天线互补的蝶形缝隙天线。然后以它为研究对象,将平面结构优化为立体结构进行建模与优化,使之能够提供良好的定向性,并且有较强的主射方向性。通过增加反射器来提高整个工作频带上的增益,并且抑制某些频点上的增益骤减,增益达到了812dB。并且加载了电阻和增加了短截缝的设计,对天线进行时域上的优化分析,使之展现出良好的性能。最后,对设计的天线进行加工测试,并分析了其特性参数,皆表现出了良好的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 探地雷达的国内外研究现状
•     1.2.2 探地雷达的主要应用
•   1.3 探地雷达天线的发展现状
•   1.4 论文主要工作及其内容安排
• 第二章 探地雷达技术原理
•   2.1 探地雷达的技术参数
•     2.1.1 探测深度
•     2.1.2 探地雷达的分辨率
•     2.1.3 信号的表现形式
•   2.2 探地雷达收发天线的参数选择
•     2.2.1 天线中心频率选择
•     2.2.2 天线间距选择
•   2.3 探地雷达天线的频域特性
•   2.4 时域天线的特性指标
•   2.5 本章小结
• 第三章 圆柱共形单极子定向天线的设计
•   3.1 单极子天线理论基础
•     3.1.1 单极子天线的辐射场和方向图
•     3.1.2 天线的电特性
•   3.2 圆柱共形单极子定向天线的结构与设计
•   3.3 圆柱共形单极子定向天线的仿真结果分析
•     3.3.1 天线的反射系数及阻抗带宽
•     3.3.2 天线的时域波形前后比
•     3.3.3 天线的方向图
•   3.4 本章小结
• 第四章 心形折叠探地雷达缝隙天线的设计
•   4.1 缝隙天线的理论基础
•     4.1.1 缝隙天线的阻抗特性
•     4.1.2 缝隙天线的方向图
•   4.2 传统平面蝴蝶结缝隙天线
•   4.3 心形折叠缝隙天线的结构与设计
•     4.3.1 折叠蝴蝶结缝隙天线的结构
•     4.3.2 心形折叠缝隙天线的设计与分析
•   4.4 反射板加载心形折叠缝隙天线的结构与设计
•     4.4.1 提高天线定向性的方法介绍
•     4.4.2 天线背衬反射器的结构与设计
•     4.4.3 电阻与短截缝加载的天线的结构与优化
•     4.4.4 心形折叠缝隙天线的测试结果分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姜婷婷

导师: 杨宏春

关键词: 探地雷达,单极子天线,缝隙天线,时域信号

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 地质学,地球物理学,电信技术

单位: 电子科技大学

分类号: TN820;P631.33

总页数: 67

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