超宽带雷达天线.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010546360.7 (22)申请日 2020.06.16 (71)申请人 湖南华诺星空电子技术有限公司 地址 410205 湖南省长沙市高新区文轩路 27号麓谷企业广场B7栋 (72)发明人 王生水赵朝辉 (74)专利代理机构 湖南兆弘专利事务所(普通 合伙) 43008 代理人 周长清邹大坚 (51)Int.Cl. H01Q 1/00(2006.01) H01Q 1/22(2006.01) H01Q 17/00(2006.01) H01Q 3/44(2006.01) 。

2、(54)发明名称 一种超宽带雷达天线 (57)摘要 本发明公开了一种超宽带雷达天线， 包括金 属反射背腔、 天线基板、 天线馈电点及平板天线， 所述金属反射背腔的内部加载介质为吸波材料 与非吸波材料混合的介质。 本发明具有结构简 单、 易实现、 能够提升天线的辐射效率与能力、 优 化雷达探测性能等优点。 权利要求书1页 说明书6页 附图6页 CN 111541000 A 2020.08.14 CN 111541000 A 1.一种超宽带雷达天线， 包括金属反射背腔(1)、 天线基板(3)、 天线馈电点(4)及平板 天线(5)， 其特征在于， 所述金属反射背腔(1)的内部加载介质为吸波材料(6)。

3、与非吸波材料 混合的介质。 2.根据权利要求1所述的超宽带雷达天线， 其特征在于， 所述非吸波材料的介质紧贴平 板天线(5)的下表面， 所述非吸波材料的介质下方为吸波材料(6)。 3.根据权利要求1所述的超宽带雷达天线， 其特征在于， 所述非吸波材料的介质紧贴平 板天线(5)朝向金属反射背腔的一面， 所述天线馈电点(4)及周围的区域下方全为非吸波材 料介质， 除所述天线馈电点(4)及周围区域外的部分， 用吸波材料(6)或具有吸收电磁波能 力的材料填充。 4.根据权利要求3所述的超宽带雷达天线， 其特征在于， 在所述金属反射背腔(1)内增 加两种或一种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料(8。

4、)。 5.根据权利要求4所述的超宽带雷达天线， 其特征在于， 当采用两种高介电常数或具备 吸收电磁波能力的介质材料(8)时， 两种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料(8) 的电磁参数一致或不一致。 6.根据权利要求1-5中任意一项所述的超宽带雷达天线， 其特征在于， 所述金属反射背 腔(1)为金属材质， 或表面涂敷金属粉末， 或贴有金属箔。 7.根据权利要求1-5中任意一项所述的超宽带雷达天线， 其特征在于， 所述金属反射背 腔(1)内设有收发天线隔离板(2)， 所述收发天线隔离板(2)为金属材质， 或表面涂敷金属粉 末， 或贴有金属箔。 8.根据权利要求1-5中任意一项所述的超宽带雷达。

5、天线， 其特征在于， 所述非吸波材料 介质为低介电常数介质材料(7)， 采用泡沫或珍珠棉。 9.根据权利要求1-5中任意一项所述的超宽带雷达天线， 其特征在于， 所述非吸波材料 介质为等效介电常数为1-1.5介质材料。 10.根据权利要求1-5中任意一项所述的超宽带雷达天线， 其特征在于， 所述金属反射 背腔(1)为金属材质， 或表面涂敷金属粉末， 或贴有金属箔； 所述金属反射背腔(1)内设有收 发天线隔离板(2)， 所述收发天线隔离板(2)为金属材质， 或表面涂敷金属粉末， 或贴有金属 箔。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111541000 A 2 一种超宽带雷达天线 技术领域 0001。

6、 本发明主要涉及到超宽带雷达技术领域， 特指一种超宽带雷达天线。 背景技术 0002 在丛林穿透、 隐蔽目标及杂波、 视线遮挡环境等场景下， 超宽带雷达系统在高分辨 测绘、 雷达成像、 掩埋或隐蔽目标探测等方面， 具有较好的探测感知能力， 相较于其他类型、 体制的探测设备具有较好的优势， 在障碍物遮挡场景下的生命探测与搜索、 穿墙侦查、 地质 结构反演等方面， 应用广泛。 0003 超宽带雷达天线是超宽带雷达系统关键组成部分之一， 承担着辐射电磁信号及接 收目标区域反射回波的功能， 超宽带雷达天线的性能直接影响到雷达系统各项性能指标的 发挥。 在具有介质穿透能力的超宽带雷达系统中， 工作频段一。

7、般较低， 天线单元尺寸较大， 为增强其定向辐射与接收能力， 一般设计有金属反射背腔， 金属反射背腔的深度与天线工 作频段的波长相关， 其深度一般按照中心工作频率对应波长的四分之一设计。 为减小腔体 深度， 反射腔体内部一般有微波吸波材料。 微波吸收材料， 也称吸波材料， 是一种能吸收微 波、 电磁能而反射与散射较小的材料， 又称雷达吸收材料或雷达隐身材料。 吸收微波的基本 原理是通过某种物理作用机制将微波能转化为其他形式运动的能量， 并通过该运动的耗散 作用而转化为热能。 微波激发的一切形式的有耗运动皆可成为吸收机制。 常见的机制有电 感应、 磁感应、 电磁感应， 以及电磁散射等。 实际应用的。

8、微波吸收材料常常可能有多种机制 起作用。 吸波材料的存在既可以减小雷达尺寸、 还可以起到匹配的作用。 0004 通常情况下， 吸波材料会填充整个反射腔体(除雷达发射机、 接收机等射频组件 外)， 对于脉冲体制的雷达设备， 吸波材料的存在会吸收电磁波能量， 导致雷达的辐射能力 变弱， 同时接收信号也会变弱， 从而使得接收的回波信号变弱， 影响雷达性能的正常发挥。 即， 当吸波材料填充整个金属反射背腔， 在吸收天线反向辐射信号的同时， 也会吸收正向辐 射的电磁信号和能量， 造成辐射、 接收的电磁信号和能量减弱； 如果金属反射背腔内部不填 充吸波材料， 则反向辐射的电磁波将会在金属反射背腔内多次反射。

9、， 导致发射和接收的脉 冲波形振铃增大、 脉冲拖尾增强、 波形失真， 影响雷达的性能。 0005 而反射背腔加载吸波材料的目的， 是减小天线向反射腔这边的辐射、 形成定向单 边辐射的效果， 增强天线的定向辐射性能。 吸波材料吸收电磁能量， 反射腔深度为雷达工作 中心频率对应波长的四分之一， 电磁波到达金属反射腔底部时会被反射而改变传播方向， 此时相位翻转180 ， 四分之一波长路径对应的相位变化为90 ， 两个四分之一的路径变化两 次相位合计180 ， 这样两个180 合计360 相位变化， 到达天线表面的电磁波相位与其正向 辐射的相位达到一致， 从而形成定向辐射的效果。 0006 当吸波材料。

10、与天线尤其是平板天线下表面(朝向金属反射背腔的平板天线面)直 接接触时， 不但吸收反向辐射能量， 还会吸收正向辐射的电磁波能量， 并且当吸波材料与天 线馈电点附近区域接触时， 由于馈电点附近区域的感应电流强度大， 所以被吸波材料吸收 的也越强， 会大大减弱感应电流的强度， 感应电流的强弱与天线辐射强弱直接相关， 天线辐 说明书 1/6 页 3 CN 111541000 A 3 射强弱会直接影响到雷达的性能， 因而金属反射背腔填充吸波材料的方式会降低、 减弱雷 达性能。 0007 综上所述， 现有技术的雷达天线存在以下缺点： 0008 1)当前的带有金属反射背腔的超宽带雷达天线， 反射背腔内一般。

11、全部填充微波吸 收材料(简称吸波材料)或填充高介电常数的材料， 其作用包括天线馈电阻抗匹配、 减小腔 体深度、 减小辐射拖尾抑制脉冲振铃、 波形保真等。 0009 2)反射背腔全部填充吸波材料时， 由于天线馈电点处也被吸波材料填充， 对馈电 点处的电磁波及其感应电流的吸收较大， 导致其辐射能量偏低， 使得雷达的发射能量减弱、 接收信号的能力也减弱。 0010 3)反射背腔全部填充高介电常数介质材料的情况， 相同长度/深度尺寸的情况下， 高介电常数材料的等效波长长， 从而可以减小反射背腔的深度尺寸， 但一般重量偏大， 且馈 电匹配难、 脉冲拖尾幅度大， 实际辐射、 接收电磁波的效果差， 会影响雷。

12、达性能。 发明内容 0011 本发明要解决的技术问题就在于： 针对现存的技术问题， 本发明提供一种结构简 单、 易实现、 能够提升天线的辐射效率与能力、 优化雷达探测性能的超宽带雷达天线。 0012 为解决上述技术问题， 本发明采用以下技术方案： 0013 一种超宽带雷达天线， 包括金属反射背腔、 天线基板、 天线馈电点及平板天线， 所 述金属反射背腔的内部加载介质为吸波材料与非吸波材料混合的介质。 0014 作为本发明的进一步改进： 所述非吸波材料的介质紧贴平板天线的下表面， 所述 非吸波材料的介质下方(朝向金属反射背腔的方向)为吸波材料。 0015 作为本发明的进一步改进： 所述非吸波材料。

13、的介质紧贴平板天线的下表面， 所述 天线馈电点及周围的区域下方全为非吸波材料介质， 除所述天线馈电点及周围区域外的部 分， 用吸波材料或具有吸收电磁波能力的材料填充。 0016 作为本发明的进一步改进： 在所述金属反射背腔内增加两种或一种高介电常数或 具备吸收电磁波能力的介质材料。 0017 作为本发明的进一步改进： 当采用两种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质 材料时， 两种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料的电磁参数一致或不一致。 0018 作为本发明的进一步改进： 所述金属反射背腔为金属材质， 或表面涂敷金属粉末， 或贴有金属箔。 0019 作为本发明的进一步改进： 所述金属反射。

14、背腔内设有收发天线隔离板， 所述收发 天线隔离板为金属材质， 或表面涂敷金属粉末， 或贴有金属箔。 0020 作为本发明的进一步改进： 所述低介电常数介质采用泡沫、 珍珠棉。 0021 作为本发明的进一步改进： 所述非吸波材料介质为等效介电常数为1-1.5质材料。 0022 作为本发明的进一步改进： 所述金属反射背腔为金属材质， 或表面涂敷金属粉末， 或贴有金属箔； 所述金属反射背腔内设有收发天线隔离板， 所述收发天线隔离板为金属材 质， 或表面涂敷金属粉末， 或贴有金属箔。 0023 与现有技术相比， 本发明的优点在于： 0024 1、 本发明的超宽带雷达天线， 针对反射腔体内吸波材料影响雷。

15、达性能发挥的问 说明书 2/6 页 4 CN 111541000 A 4 题， 采用反射腔内吸波材料与非吸波材料混合的布局方式， 可以在不增大反射腔尺寸的前 提下， 提升天线的辐射效率与能力， 优化雷达的探测性能。 0025 2、 本发明的超宽带雷达天线， 在紧贴天线下表面(朝向金属反射背腔的表面)、 馈 电点附近区域内填充低介电常数(如泡沫或珍珠棉等或等效介电常数介于1-1.5)的材料， 大大减弱吸波材料对电磁能量的吸收， 使得天线辐射效率增高， 同时， 在紧贴天线下表面、 天线末端区域内填充吸波材料， 保持对天线末端的匹配(脉冲振铃抑制、 拖尾减弱)， 不影响 雷达辐射和接收微弱信号的能力。

16、。 本发明对天线高效率辐射、 良好匹配具有很好的实用价 值。 附图说明 0026 图1是本发明的超宽带雷达天线的结构原理示意图。 0027 图2是本发明在具体应用实例1中的结构原理示意图。 0028 图3是本发明在具体应用实例1中的立体组装结构原理示意图。 0029 图4是本发明在具体应用实例2中的结构原理示意图。 0030 图5是本发明在具体应用实例2中的立体组装结构原理示意图。 0031 图6是本发明在具体应用实例3中的结构原理示意图。 0032 图7是本发明在具体应用实例3中的立体组装结构原理示意图。 0033 图8是本发明在具体应用实例4中的结构原理示意图。 0034 图9是本发明在具。

17、体应用实例4中的立体组装结构原理示意图。 0035 图10是本发明在具体应用实例5中的结构原理示意图。 0036 图11是本发明在具体应用实例5中的立体组装结构原理示意图。 0037 图12是本发明在具体应用实例中对脉冲波形振铃的抑制的示意图。 0038 图例说明： 0039 1、 金属反射背腔； 2、 收发天线隔离板； 3、 天线基板； 4、 天线馈电点； 5、 平板天线； 6、 吸波材料； 7、 低介电常数介质； 8、 高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料。 具体实施方式 0040 以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。 0041 如图1-图3所示， 本发明的一种超。

18、宽带雷达天线， 为一种带有金属反射背腔1的超 宽带雷达收发天线， 其基本结构与传统的超宽带雷达天线相同， 即包括金属反射背腔1、 收 发天线隔离板2、 天线基板3、 天线馈电点4、 平板天线5(天线金属辐射片)及吸波材料6， 在此 就不再赘述。 本发明的创新之处就在于， 在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波材料6与 非吸波材料混合的介质。 即可以采用以下两种布局方式， 但不仅限于以下两种布局方式： 0042 (a)非吸波材料的介质， 紧贴平板天线5的下表面(朝向金属反射背腔1的面)， 非吸 波材料的介质下方(朝向金属反射背腔1的方向)为吸波材料6。 0043 (b)非吸波材料的介质紧贴平板天线。

19、5的下表面， 天线馈电点4及周围的区域下方 全为非吸波材料介质， 除天线馈电点4及周围区域外的部分， 用吸波材料6或其他具有吸收 电磁波能力的材料填充。 0044 在上述结构的基础上， 作为优化方案本发明还可以进一步在金属反射背腔1增加 说明书 3/6 页 5 CN 111541000 A 5 两种或一种高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料8， 当采用两种时， 两种介质材料 的电磁参数可以一致或不一致。 0045 在具体应用实例中， 金属反射背腔1一般为金属材质， 或表面涂敷金属粉末， 或贴 有金属箔。 0046 在具体应用实例中， 收发天线隔离板2一般为金属材质， 或表面涂敷金属粉末， 。

20、或 贴有金属箔。 0047 在具体应用实例中， 低介电常数介质7可以根据实际需要采用泡沫或珍珠棉， 或其 他等效介电常数与空气近似， 其值介于1-1.5的介质材料。 0048 本发明用几个实例作为具体应用进行说明， 但是本发明的保护范围并不局限于以 下几个实例。 本发明的实施例， 其核心在于： 在天线馈电点4附近区域、 紧贴天线下表面填充 低介电常数介质材料(其等效介电常数接近于1)， 天线下表面、 金属反射背腔1内的其他空 间区域填充吸波材料和或高介电常数的其他介质材料； 天线下表面、 金属反射背腔1内的其 他空间区域填充材料的变化原则是天线馈电点4的阻抗匹配良好、 指定方向的辐射能量高、 。

21、辐射效率高。 0049 实施例1： 如图2和图3所示， 本发明的超宽带雷达收发天线， 带有金属反射背腔1， 在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波材料6和低介电常数介质7。 其中， 低介电常数介质 7紧贴收发平板天线5的下表面， 天线馈电点4及周围的区域下方全为低介电常数介质7； 低 介电常数介质7的下方及其他区域填充吸波材料6。 本实施例的主要作用在于： 分布在天线 馈电点4周围的低介电常数介质材料7， 减弱微波吸波材料6对天线辐射的电磁能量的吸收 能力， 提升其对外辐射电磁信号的能力和接收电磁信号转化为电信号的强度， 同时天线末 端下方的微波吸波材料6具有抑制脉冲波形拖尾与振铃、 使得脉冲波。

22、形保真的能力。 0050 实施例2： 如图4和图5所示， 本发明的超宽带雷达收发天线， 带有金属反射背腔1， 在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波材料6和低介电常数介质7； 低介电常数介质7紧贴 收发平板天线5的下表面(朝向金属反射背腔1方向的面)， 紧贴收发平板天线5的下方区域 全为低介电常数介质7； 低介电常数介质7的下方填充吸波材料6。 本实施例的主要作用在 于： 分布在天线下方的低介电常数介质材料7， 减弱微波吸波材料6对天线辐射的电磁能量 的吸收能力， 提升其对外辐射电磁信号的能力和接收电磁信号转化为电信号的强度； 由于 线末端下方也为低介电常数介质材料7， 使得其抑制脉冲波形拖尾与。

23、振铃、 脉冲波形保真的 能力弱于实施例1。 0051 实施例3： 如图6和图7所示， 本发明的超宽带雷达收发天线， 带有金属反射背腔1， 在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波材料6、 低介电常数介质7、 高介电常数或具备吸收 电磁波能力的介质材料8； 低介电常数介质7紧贴收发平板天线5的下表面， 紧贴收发平板天 线5下方馈电点附近区域全为低介电常数介质7， 在天线的两端紧贴天线下方区域填充高介 电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料8； 金属反射背腔1的其余空间填充吸波材料6。 0052 本实施例的主要作用在于： 分布在天线下方的低介电常数介质材料7， 减弱微波吸 波材料6对天线辐射的电磁能量的。

24、吸收能力， 提升其对外辐射电磁信号的能力和接收电磁 信号转化为电信号的强度； 由于线末端下方为高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材 料8， 使得其抑制脉冲波形拖尾与振铃、 脉冲波形保真的能力弱于实施例1， 但强于实施例2。 0053 实施例4： 如图8和图9所示， 本发明的超宽带雷达收发天线， 带有金属反射背腔1， 说明书 4/6 页 6 CN 111541000 A 6 在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波材料6、 低介电常数介质7、 两种高介电常数或具备 吸收电磁波能力的介质材料8； 低介电常数介质7紧贴收发平板天线5的下表面， 紧贴收发平 板天线5下方的馈电点附近区域全为低介电常数介质。

25、7， 在天线的两端紧贴收发平板天线5 的下方区域填充高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料8； 金属反射背腔1的底层空 间填充吸波材料6； 在金属反射背腔1的其他区域填充同类或不同类的高介电常数或具备吸 收电磁波能力的介质材料8。 0054 本实施例与实施例3的区别在于： 将实施例3的微波吸波材料6的一部分厚度更换 为高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料8， 使得收发平板天线5对外辐射电磁信号 的能力和接收电磁信号转化为电信号强度的能力， 比实施例3要强； 但其抑制脉冲波形拖尾 与振铃、 脉冲波形保真的能力比实施例3弱。 0055 实施例5： 如图10和图11所示， 本发明的超宽带雷达收。

26、发天线， 带有金属反射背腔 1， 在金属反射背腔1的内部加载介质为吸波材料6、 低介电常数介质7、 两种高介电常数或具 备吸收电磁波能力的介质材料8； 低介电常数介质7紧贴收发平板天线5的下表面， 紧贴收发 平板天线5的下方馈电点附近区域全为低介电常数介质7， 在天线的两端紧贴收发平板天线 5的下方区域填充高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料8； 金属反射背腔1的底层 空间填充同类或不同类的高介电常数或具备吸收电磁波能力的介质材料8； 金属反射背腔1 的其余空间填充吸波材料6。 0056 本实施例与实施例4的区别在于： 将实施例4的微波吸波材料6与高介电常数或具 备吸收电磁波能力的介质材料。

27、8的摆放顺序调换， 使得微波吸波材料6与收发平板天线5的 距离更近， 从而使得其对外辐射电磁信号的能力和接收电磁信号转化为电信号强度的能力 比实施例4要弱； 但其抑制脉冲波形拖尾与振铃、 脉冲波形保真的能力比实施例4强。 0057 由以上多个实施例可以知道， 本发明致力于解决天线辐射性能与定向辐射及天线 末端匹配之间的矛盾； 天线高辐射性能要求天线表面的感应电流全部转化为向空间辐射的 电磁波； 对于超宽带天线而言， 定向辐射希望把非定向辐射的电磁能量全部转化为指定方 向的辐射， 或被吸收掉以防止干扰指定方向的辐射与接收效果； 当前的带有金属反射背腔1 的超宽带雷达天线， 金属反射背腔1的内部全。

28、部填充吸波材料6， 在使得天线末端达到一定 匹配的情况下(脉冲振铃抑制、 拖尾减弱)， 对天线表面的电磁能量也有很大的吸收效果， 导 致天线辐射效率与能力减弱。 而本发明在紧贴天线下表面(朝向金属反射背腔1的面)、 馈电 点附近区域内填充低介电常数介质7(如泡沫或珍珠棉)的材料， 大大减弱吸波材料对电磁 能量的吸收， 使得天线辐射效率提高， 同时， 在紧贴天线下表面、 天线末端区域内填充吸波 材料6， 保持对天线末端的匹配(脉冲振铃抑制、 拖尾减弱)， 不影响雷达辐射和接收微弱信 号的能力。 本发明的天线各部件构成具备保障天线性能最优发挥的能力， 所提供的5种实施 例对天线高效率辐射、 良好匹。

29、配具有很好的实用价值。 0058 试验结果表明， 采用本发明所提供的实施例1， 与金属反射背腔1内部完全填充吸 波材料的方案相比， 天线的辐射效率提升不低于20， 对脉冲波形振铃的抑制提升50以 上， 波形保真能力提升50以上。 如图12所示， 脉冲拖尾、 振铃得到较好的抑制， 波形保真度 高。 0059 以上仅是本发明的优选实施方式， 本发明的保护范围并不局限于上述实施例， 凡 属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。 应当指出， 对于本技术领域的普 说明书 5/6 页 7 CN 111541000 A 7 通技术人员来说， 在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰， 应视为本发明的保护范 围。 说明书 6/6 页 8 CN 111541000 A 8 图1 图2 说明书附图 1/6 页 9 CN 111541000 A 9 图3 图4 说明书附图 2/6 页 10 CN 111541000 A 10 图5 图6 说明书附图 3/6 页 11 CN 111541000 A 11 图7 图8 说明书附图 4/6 页 12 CN 111541000 A 12 图9 图10 说明书附图 5/6 页 13 CN 111541000 A 13 图11 图12 说明书附图 6/6 页 14 CN 111541000 A 14 。