宽带探地雷达天线的研究与设计

论文摘要

探地雷达由于探测区域的复杂性和探测方式的特殊性,对天线要求也远比一般雷达系统中的天线要高。本文结合某探地雷达项目的研制需要,用FDTD方法分析设计了用于车载探地雷达的阿基米德螺旋天线和用于机载探地雷达的H形缝隙天线。本文第一部分中,首先简要介绍了FDTD方法,并用FDTD法对天线计算进行了建模。介绍了天线的近场计算模型以及时域近远场变换方法,然后介绍了FDTD程序的结果参数,并对计算模型进行了验证。本文第二部分中,用FDTD方法分析了阿基米德螺旋天线参数对输入阻抗的影响,确定了项目需要的天线的参数,并根据输入阻抗值设计了微带渐变巴伦。实际制作了该天线,并且对天线进行了测量。研究了反射腔内吸波材料结构设置方式对驻波比的影响,提出了一种新的体吸波结构,给出了天线最终的测量结果。介绍了该天线在车载探地合成孔径雷达系统中的应用。本文第三部分中,首先介绍了H形天线辐射原理,分析了天线参数对输入阻抗的影响,并根据项目要求最终确定了天线参数和馈电巴伦结构。实际制作了该天线,并对天线进行了测量,结果表明实测数据接近仿真数据,满足了机载探地雷达项目要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 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 探地雷达天线的国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.3.1 本文的主要工作
• 1.3.2 本文的章节安排
• 第二章 基于FDTD 的天线计算模型
• 2.1 时域有限差分方法的基本概念
• 2.2 天线近场计算模型
• 2.2.1 天线结构及其FDTD 空间网格的划分
• 2.2.2 激励源
• 2.2.3 有耗介质中的场方程
• 2.2.4 吸收边界条件PML
• 2.3 天线时域近远场变换方法
• 2.4 天线参数提取
• 2.4.1 天线的相关参数
• 2.4.2 天线参数的提取
• 2.5 计算模型验证
• 第三章 阿基米德螺旋天线的分析及其在探地雷达中的应用
• 3.1 平面阿基米德螺旋天线及巴伦的概念
• 3.1.1 平面阿基米德螺旋天线的概念
• 3.1.2 微带巴伦的概念
• 3.2 仿真结果分析
• 3.2.1 阿基米德螺旋天线参数的仿真结果分析
• 3.2.2 渐变巴伦的仿真结果分析
• 3.2.3 整体仿真
• 3.3 天线的制作与测量
• 3.3.1 腔体吸波结构设置
• 3.3.2 方向性及轴比
• 3.4 天线在GPSAR 中的应用
• 3.4.1 GPSAR 系统
• 3.4.2 天线在车载GPSAR 中的应用
• 第四章 基于FDTD 的H 形缝隙天线分析
• 4.1 H 形缝隙天线的原理
• 4.2 仿真结果分析
• 4.2.1 H 形天线参数的仿真结果分析
• 4.2.2 天线和巴伦的整体仿真
• 4.3 天线制作与实测
• 4.3.1 电压驻波比
• 4.3.2 天线方向图
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文