一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及探地雷達(dá)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線。
【背景技術(shù)】
[0002]探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar，GPR)系統(tǒng)，是通過無線電波來確定地下介質(zhì)分布的一種技術(shù)和方法，其基本原理是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，由于電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)遇到存在電性差異的界面時(shí)發(fā)生反射，通過對(duì)接收天線接收到反射回地面的電磁波的波形、振幅、時(shí)間變化特征等參數(shù)進(jìn)行分析，來推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度等信息。近年來，探地雷達(dá)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于公路、橋梁、隧道、礦井等場(chǎng)合的無損探測(cè)、地質(zhì)勘探研究等。
[0003]對(duì)于諸如隧道、橋梁、管道等處于隱蔽位置的結(jié)構(gòu)裂縫采用傳統(tǒng)方法往往難以對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，而利用高頻的探地雷達(dá)系統(tǒng)，通過采用適當(dāng)頻率、合理形式的雷達(dá)天線則能夠達(dá)到檢測(cè)結(jié)構(gòu)裂縫的精度和適應(yīng)性要求。
[0004]天線是探地雷達(dá)系統(tǒng)中關(guān)鍵的部件之一，其參數(shù)直接影響到GPR系統(tǒng)的整體性能。在探地雷達(dá)系統(tǒng)中，不同的探地雷達(dá)天線具有不同的天線性能與環(huán)境適應(yīng)性。其天線的性能主要體現(xiàn)在天線的S11和S21參數(shù)上，S11參數(shù)代表著天線在不同的頻率上對(duì)于的發(fā)射效率，他決定了雷達(dá)天線的中心頻率。而S21參數(shù)代表著不同頻率上接收天線接收到的由發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)的效率，他決定了雷達(dá)天線的工作帶寬。
[0005]平面蝶形天線由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工簡(jiǎn)單、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為目前探地雷達(dá)系統(tǒng)中收發(fā)天線的主要形式之一，并得到了廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，中心頻率為3.5GHz，且S21曲線在高頻段曲線平滑、保持在-30dB左右，具有造價(jià)低、性能好的特點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，包括印刷電路板和SMA接頭，所述印刷電路板的一表面上蝕刻有兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的天線極子和兩條對(duì)稱設(shè)置的微帶饋線，天線極子的形狀為等腰三角形且頂角相對(duì)設(shè)置，兩條微帶饋線平行設(shè)置，每條微帶饋線的一端對(duì)應(yīng)連接一個(gè)天線極子的頂角，每條微帶饋線的另一端連接SMA接頭，所述SMA接頭設(shè)于印刷電路板的邊緣。
[0009]每個(gè)天線極子的底邊為13?17mm，高為23?27mm。
[0010]每個(gè)天線極子的底邊為15mm，高為25mm。
[0011]天線極子之間間距為1.8?2.2mm。
[0012]天線極子之間間距為2mm。
[0013]每條微帶饋線的寬為1.3?1.7mm，長(zhǎng)為13?17mm。
[0014]每條微帶饋線的寬為1.5mm，長(zhǎng)為15mm。
[0015]所述印刷電路板的長(zhǎng)為60?64mm，高為24?28mm，厚為1.3?1.7mm。
[0016]所述印刷電路板的長(zhǎng)為62mm，寬為26mm，厚為1.5mm。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1)該天線在印刷電路板上蝕刻形成特定形狀的銅箔，具有的平面結(jié)構(gòu)能夠適用于需要將天線與介質(zhì)貼合的檢測(cè)環(huán)境，尤其是對(duì)于諸如裂縫空洞等結(jié)構(gòu)損傷的檢測(cè)。
[0019]2)該天線的設(shè)計(jì)使得中心頻率為3.3?3.5GHz，能夠滿足毫米級(jí)的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的檢測(cè)要求。
[0020]3)天線的設(shè)計(jì)具有較好的S21性能:在高頻段(1.5GHz-4GHz)曲線平滑、且接收效率高。
[0021]4)直接在印刷電路板上進(jìn)行蝕刻即可完成，加工簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。
[0022]5)單個(gè)天線的尺寸僅為62mm*26mm，結(jié)構(gòu)小巧，便于攜帶操作，適用于混凝土等材料結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)。
[0023]6)天線極子、微帶饋線的尺寸根據(jù)檢測(cè)環(huán)境設(shè)計(jì)，當(dāng)每個(gè)天線極子的底邊為15mm，高為25mm，天線極子之間間距為2mm，每條微帶饋線的寬為1.5mm，長(zhǎng)為15mm，可獲得中心頻率為3.5GHz左右，具有更高的中心頻率，且在高頻段(1.5GHZ-4GHZ)曲線平滑度與接收效率最佳。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的正視示意圖
[0025]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的側(cè)視示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明蝶形天線的印刷電路板尺寸設(shè)計(jì)示意圖；
[0027]圖4為實(shí)施例一中碟形天線的S21曲線示意圖；
[0028]圖5為實(shí)施例一中蝶形天線的S11曲線示意圖。
[0029]圖中:1、天線極子，2、微帶饋線，3、焊接點(diǎn)，4、SMA接頭，5、印刷電路板。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0031]實(shí)施例一
[0032]如圖1和圖2所示，一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，包括印刷電路板5和SMA接頭4，印刷電路板5的一表面上蝕刻有兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的天線極子1和兩條對(duì)稱設(shè)置的微帶饋線2，則印刷電路板5上留下特定形狀的銅箔，天線極子1的形狀為等腰三角形且頂角相對(duì)設(shè)置，兩條微帶饋線2平行設(shè)置，每條微帶饋線2的一端對(duì)應(yīng)連接一個(gè)天線極子1的頂角，每條微帶饋線2的另一端通過焊接點(diǎn)3連接SMA接頭4，SMA接頭4設(shè)于印刷電路板5的邊緣。
[0033]如圖3所示，印刷電路板5的長(zhǎng)為B，高為H，在上面進(jìn)行蝕刻，留下圖中的陰影部分，陰影部分包括天線極子1和微帶饋線2。每個(gè)天線極子1的底邊為h，高為L(zhǎng)，等腰三角形的頂角角度為Θ。天線極子1之間間距為G。每條微帶饋線2的寬為w，長(zhǎng)為s。
[0034]本實(shí)施例中，印刷電路板5的長(zhǎng)B取值為62mm，寬L取值為26mm，厚取值為1.5mm。每個(gè)天線極子1的底邊h取值為15mm，高L取值為25mm。天線極子1之間間距G取值為2mm。每條微帶饋線2的寬取w值為1.5mm,長(zhǎng)s取值為15mm。
[0035]對(duì)上述尺寸的蝶形天線進(jìn)行性能測(cè)試，圖4為本發(fā)明中碟形天線的S21曲線，其在
1.5GHz至4GHz的范圍內(nèi)較為平滑，且都基本保持在_30dB左右，性能較好。圖5為本發(fā)明碟形天線的S11曲線，可以看出在3.5GHz左右的位置天線的S11參數(shù)在-10dB以下且達(dá)到最低點(diǎn)，故其中心頻率為3.5GHz。綜上，本發(fā)明蝶形天線具有的平面結(jié)構(gòu)能夠適用于需要將天線與介質(zhì)貼合的檢測(cè)環(huán)境，尤其是對(duì)于諸如裂縫空洞等結(jié)構(gòu)損傷的檢測(cè)。且碟形天線具有工作頻帶寬的特點(diǎn)，性能較好。
[0036]實(shí)施例二
[0037]本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，該蝶形天線中印刷電路板5的長(zhǎng)B為60_，高Η為24_，厚為1.3_，在上面進(jìn)行蝕刻，留下圖中的陰影部分，陰影部分包括天線極子1和微帶饋線2。每個(gè)天線極子1的底邊h為13mm，高L為23mm。天線極子1之間間距G為1.8mm。每條微帶饋線2的寬w為1.3mm，長(zhǎng)s為13mm。其余結(jié)構(gòu)同實(shí)施例一。經(jīng)過測(cè)試，該尺寸天線對(duì)應(yīng)的S21曲線在1.5GHz至4GHz的范圍內(nèi)較為平滑，且都基本保持在_40dB左右，性能較好，且S11曲線中心頻率為3.3GHz左右。
[0038]實(shí)施例三
[0039]本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，該蝶形天線中印刷電路板5的長(zhǎng)B為64_，高Η為28mm，厚為1.7mm，在上面進(jìn)行蝕刻，留下圖中的陰影部分，陰影部分包括天線極子1和微帶饋線2。每個(gè)天線極子1的底邊h為17mm，高L為27mm，Θ為等腰三角形的頂角角度。天線極子1之間間距G為2.2mm。每條微帶饋線2的寬w為1.7mm,長(zhǎng)s為17mm。經(jīng)過測(cè)試，該尺寸天線對(duì)應(yīng)的S21曲線在1.5GHz至4GHz的范圍內(nèi)較為平滑，且都基本保持在_40dB左右，性能較好，且S11曲線中心頻率為3.3GHz左右。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，包括印刷電路板和SMA接頭，其特征在于，所述印刷電路板的一表面上蝕刻有兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的天線極子和兩條對(duì)稱設(shè)置的微帶饋線，天線極子的形狀為等腰三角形且頂角相對(duì)設(shè)置，兩條微帶饋線平行設(shè)置，每條微帶饋線的一端對(duì)應(yīng)連接一個(gè)天線極子的頂角，每條微帶饋線的另一端連接SMA接頭，所述SMA接頭設(shè)于印刷電路板的邊緣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，其特征在于，每個(gè)天線極子的底邊為13?17mm，高為23?27mm。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，其特征在于，每個(gè)天線極子的底邊為15mm，高為25mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，其特征在于，天線極子之間間距為1.8?2.2mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，其特征在于，天線極子之間間距為2mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，其特征在于，每條微帶饋線的寬為1.3?1.7mm，長(zhǎng)為13?17mm。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，其特征在于，每條微帶饋線的寬為1.5mm，長(zhǎng)為15mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，其特征在于，所述印刷電路板的長(zhǎng)為60?64mm，高為24?28mm，厚為1.3?1.7mm。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，其特征在于，所述印刷電路板的長(zhǎng)為62mm，寬為26mm，厚為1.5mm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于裂縫檢測(cè)的高頻探地雷達(dá)碟形天線，包括印刷電路板和SMA接頭，所述印刷電路板的一表面上蝕刻有兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的天線極子和兩條對(duì)稱設(shè)置的微帶饋線，天線極子的形狀為等腰三角形且頂角相對(duì)設(shè)置，兩條微帶饋線平行設(shè)置，每條微帶饋線的一端對(duì)應(yīng)連接一個(gè)天線極子的頂角，每條微帶饋線的另一端連接SMA接頭，所述SMA接頭設(shè)于印刷電路板的邊緣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中心頻率為3.5GHz，且S21曲線在高頻段曲線平滑、保持在-30dB左右，具有造價(jià)低、性能好的特點(diǎn)。
【IPC分類】H01Q1/38
【公開號(hào)】CN105305044
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510657453
【發(fā)明人】王承, 閔紅, 宋喆, 謝雄耀, 周紅, 樓鐵城
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)上海市電力公司
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年10月12日