探測地下目標(biāo)的探地雷達(dá)天線的仿真設(shè)計(jì)

1、探測地下目標(biāo)的探地雷達(dá)天線的設(shè)計(jì)摘要：本文提出了用于地下物體檢測的探地雷達(dá)(GPR)中的平面天線的設(shè)計(jì)。天線的工作帶寬在500MHz至2GHz頻帶內(nèi)。這種寬頻帶的性能使天線適用于探測地下目標(biāo)的GPR應(yīng)用。TaconicTLY-5用作介質(zhì)基板的材料，介電常數(shù)為2.2,損耗正切為0.0009,厚度為1.57mm。所提出的天線結(jié)構(gòu)簡單，平面完整，易于與其他平面設(shè)備集成。為了使天線定向輻射天線放置在開口的金屬屏蔽箱內(nèi)。反過來，這種方法也增加了天線的增益。本文還分析了天線的反射系數(shù)，增益，輻射方向圖的仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：天線，探地雷達(dá)，GPRDesignofGroundPenetratingRadarAn

2、tennaforBuriedObjectDetectionAbstract:Inthispaper,thedesignofplanarantennaforuseinGroundPenetratingRadar(GPR)forburiedobjectdetectionispresented.Theproposedantennaofferswideoperationalbandwidthwithin500MHzto2GHzfrequencyband.ThispropertymakestheantennasuitablefortheapplicationofGPRforburiedobjectdet

3、ection.TaconicTLY-5isusedasthesubstratewithdielectricconstantof2.2,tangentlossof0.0009andthicknessof1.57mm.Theproposedantennahassimplestructureandfullyplanar,thereforeitiseasytointegratewithotherplanardevices.Toobtainadirectionalradiationpattern,theantennaisplacedinsideanopenmetallicshieldedbox.Intu

4、rn,thegainoftheantennaisalsoincreasedusingthisapproach.Theresultsintermofreflectioncoefficient,gain,radiationpatternoftheantennaarediscussedinthispaper.Keyword:Antenna,GroundPenetratingRadar,GPR目錄第一章引言3第二章探地雷達(dá)52.1單站雷達(dá)系統(tǒng)52.2雙站雷達(dá)系統(tǒng)62.3多站雷達(dá)系統(tǒng)6第三章天線設(shè)計(jì)73.1天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7第四章仿真結(jié)果和分析94.1回波損耗94.2輻射方向圖94.3電流分布圖104.4

5、無屏蔽盒時(shí)優(yōu)化仿真結(jié)果114.5帶屏蔽盒的優(yōu)化仿真結(jié)果13第五章結(jié)論15參考文獻(xiàn)16第一章引言雷達(dá)探測技術(shù)用于地下，是一項(xiàng)提出較早的課題。然而只是在高頻微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方法迅速開發(fā)的近代，這項(xiàng)技術(shù)才獲得本質(zhì)性的進(jìn)展。今天，探地雷達(dá)不僅在探測裝備上高度集中了現(xiàn)代技術(shù)領(lǐng)域的成就而得到了極大的改善，它的應(yīng)用領(lǐng)域也正在迅速開拓。美國、加拿大、日本以及西歐等國正大力開發(fā)這一技術(shù)，服務(wù)業(yè)務(wù)也日益增多。有關(guān)該項(xiàng)技術(shù)方面的應(yīng)用成果和文章，已頻繁地出現(xiàn)在一些期刊、專門會議文集以及各種地球物理國際學(xué)術(shù)會議的報(bào)告中。1992年在芬蘭召開的第四屆探地雷達(dá)國際會議上，提交優(yōu)秀論文45篇，并已匯集成冊。目前我

6、國也有不少部門，包括地礦、水電、煤炭、鐵道等單位正在開展這一技術(shù)的試驗(yàn)和應(yīng)用。與探空或通訊雷達(dá)技術(shù)相類似，探地雷達(dá)也是利用高頻電磁脈沖波的反射探測目的體及地質(zhì)現(xiàn)象的，只是它是從地面向地下發(fā)射電磁波來實(shí)現(xiàn)探測的，故亦稱之為地質(zhì)雷達(dá)。將雷達(dá)原理用于探地，早在1910年就已提出，當(dāng)時(shí)德國的G.Leimback和Lowy曾以專利形式闡明這一問題.以后，J.C.Cook在I960年用脈沖雷達(dá)，在礦井中做了試驗(yàn).但是，由于地下介質(zhì)比空氣具有強(qiáng)得多的電磁波衰減特性，加之地下介質(zhì)情況的多樣性，波在地中的傳播特性比在空氣中要復(fù)雜得多.因此，探地雷達(dá)的初期應(yīng)用僅限于波吸收很弱的冰層、巖鹽礦等介質(zhì)中。如S.Evan

7、s1963年用雷達(dá)測量極地冰層的厚度；Harrison1970年在南極冰面上取得了穿透800220om的資料；1974年L.T.Procello用雷達(dá)研究月球表面結(jié)構(gòu)；Unbterberger探測冰川和冰山的厚度等。隨著儀器信噪比的大大提高和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用，70年代以后，探地雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，其中有:石灰?guī)r地區(qū)采石場的探測(1971年Takazi;1973年Kitahra)、工程地質(zhì)探測(2974年R.M.Morey；1976年，1977年A.P.Annan和J.L.Davis，1978年Olhoeft，Dolphin等，1979年Benson等)、煤礦井探測(1975年J.C.

8、Cook)、泥炭調(diào)查(1982年C.P.F.Ulriksen)、放射性廢棄物處理調(diào)查(1982年D.L.wright，R.D.Watts;1985年0.01sson以及地面和鉆孔雷達(dá)用于地質(zhì)構(gòu)造填圖、水文地質(zhì)調(diào)查、地基和道路下空洞及裂縫調(diào)查、埋設(shè)物探測和水壩、隧道、堤岸、古墓遺跡探查等(19821987年加拿大、日本、美國、瑞典等報(bào)道)。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在的探地雷達(dá)設(shè)備早已由龐大、笨重的結(jié)構(gòu)改進(jìn)為現(xiàn)場適用的輕便工具。目前，已推出的商用探地雷達(dá)有:美國地球物理探測設(shè)備公司(GSSI)的SIR系列，微波聯(lián)合公司(M/ACom，Ine.)的TerrascanMK系列，日本應(yīng)用地質(zhì)株式會社

9、(OYO公司)的GEORADAR系列，加拿大探頭及軟件公司(SSI)的pulseEKKO系列，瑞典地質(zhì)公司(SGAB)的RAMAC鉆孔雷達(dá)系統(tǒng)等。這些商用的探地雷達(dá)所使用的中心工作頻率在101000MHz范圍，時(shí)窗在020000ns。據(jù)報(bào)道，根據(jù)不同的地質(zhì)條件，地面系列的探測深度約在3050m，分辨率可達(dá)數(shù)厘米，深度符合率小于土5cm。探地雷達(dá)由于采用了寬頻短脈沖和高采樣率，使其探測的分辨率高于所有其它地球物理探測手段，又由于采用可程序高次疊加(多達(dá)4000次)和多波形處理等信號恢復(fù)技術(shù)，因而大大改善了信噪比和圖象顯示性能。今后的趨勢是向多天線高速掃描接收和進(jìn)一步改善天線對各種目的體的回波響應(yīng)

10、性能，以實(shí)現(xiàn)更精確、小尺寸、高工效、低成本以及圖象聯(lián)系真實(shí)地質(zhì)情況等總的要求。理論研究方面，目前仍相對地集中在信號處理上。這是因?yàn)樘降乩走_(dá)所接收到的信號十分復(fù)雜。脈沖在通過地下介質(zhì)的過程中，波形和波幅將發(fā)生較大的變化，而脈沖余振、系統(tǒng)內(nèi)部干擾、地表不光滑或地下介質(zhì)不均勻等引起的散射以及剖面旁側(cè)的繞射等干擾，均使得實(shí)時(shí)記錄圖象多變和不易分辨。但是當(dāng)前的信號處理還只限于時(shí)間波形處理，如從單次測量結(jié)果中減去平均波形以壓低噪聲和雜亂回波、采用時(shí)變增益以補(bǔ)償介質(zhì)吸收和抑制深部噪聲、用頻率濾波以剔除不必要的干擾頻率等。除此之外，還研究采用了聚焦技術(shù)，以集中目的體的空間響應(yīng);采用訊號增強(qiáng)以及預(yù)反褶積等數(shù)值處

11、理技術(shù)，以加強(qiáng)近地表被強(qiáng)初至模糊了的反射體波形特征等。為了識別圖象或?qū)D象進(jìn)行地質(zhì)解釋，除了在簡單形體正演基礎(chǔ)上大多采用人工判讀方法外，正在開展專家系統(tǒng)技術(shù)的有關(guān)研究。和地震勘探工作相似，探地雷達(dá)探測體的正反演研究也正在進(jìn)行之中。我國的探地雷達(dá)儀器研制始于70年代初期。地質(zhì)礦產(chǎn)部物探研究所、煤炭部煤炭科學(xué)院重慶分院，以及一些高等院校和其它研究部門均做過探地雷達(dá)儀器研制和野外試驗(yàn)工作。當(dāng)時(shí)使用的是同點(diǎn)天線，以高頻示波器顯示回波，直接讀取初至或照相記錄波形。但由于種種原因，這一技術(shù)未能正式用于實(shí)際?，F(xiàn)在，國家地震局、水電勘測設(shè)計(jì)部門、煤炭部門、鐵道部門、黃河水利委員會有關(guān)部門以及中國地質(zhì)大學(xué)（武漢

12、）相繼引進(jìn)了國外的儀器，探地雷達(dá)的應(yīng)用和理論研究工作也正日益擴(kuò)展。中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）在國家自然科學(xué)基金資助下，于1991年開始進(jìn)行了探地雷達(dá)地下目的體的正反演研究工作，完成了大量的物理模擬和數(shù)值模擬的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算工作，為現(xiàn)場應(yīng)用中資料解釋和進(jìn)一步的理論研究奠定了基礎(chǔ)。為配合研究工作，自1990年開始，該校在短短的兩年半時(shí)間內(nèi)完成了8個(gè)省、自治區(qū)和直轄市5類巖土對象的30余個(gè)工程工區(qū)、包括眾多地質(zhì)問題的現(xiàn)場探測。現(xiàn)在，可以說，探地雷達(dá)的下列技術(shù)特性已為其開拓應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是在工程地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平了道路：（1）探地雷達(dá)是一種非破壞性的探測技術(shù)，可以安全地用于城市和正在建設(shè)中的工程現(xiàn)場。工作場地條

13、件寬松，適應(yīng)性強(qiáng)（對于輕便類的儀器）；（2）抗電磁干擾能力強(qiáng)，可在城市內(nèi)各種噪聲環(huán)境下工作，環(huán)境干擾影響??；（3）具有工程上較滿意的探測深度和分辨率?，F(xiàn)場直接提供實(shí)時(shí)剖面記錄圖，圖象清晰直觀；（4）便攜微機(jī)控制數(shù)字采集、記錄、存儲和處理。輕便類儀器現(xiàn)場僅需3人或更少人員即可工作，工作效率高。當(dāng)然，由于使用了高頻率，電磁波能量在地下的衰減劇烈，因而在高導(dǎo)厚覆蓋條件下，探測范圍受到限制。探地雷達(dá)（GPR）1是一種使用雷達(dá)脈沖信號對地下目標(biāo)進(jìn)行成像的地球物理方法。這種非破壞性和非導(dǎo)電性方法使用的是電磁輻射，在RF/微波頻譜中一般從幾十MHz到幾GHz,并檢測來自地下或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反射信號。工作在不同頻

14、率的GPR系統(tǒng)顯示不同的分辨率和探測深度，可以用于不同的頻率應(yīng)用。第二章探地雷達(dá)探地雷達(dá)(GroundPenetratingRadar,GPR)又稱透地雷達(dá)，地質(zhì)雷達(dá)，是用頻率介于10人6-10人9Hz的無線電波來確定地下介質(zhì)分布的一種無損探測方法。探地雷達(dá)方法是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)遇到存在電性差異的分界面時(shí)發(fā)生反射，根據(jù)接收到的電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化等特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。探地雷達(dá)可用于檢測各種材料，如巖石、泥土、礫石，以及人造材料如混凝土、磚、瀝青等的組成23。GPR系統(tǒng)中雷達(dá)

15、結(jié)構(gòu)有幾種類型：單站、雙站、多站。在單站雷達(dá)結(jié)構(gòu)中，用單個(gè)天線接受和發(fā)射雷達(dá)信號。在雙站雷達(dá)結(jié)構(gòu)中，用一個(gè)天線接受信號，另一個(gè)天線發(fā)射信號。在多站雷達(dá)系統(tǒng)中，用一個(gè)天線發(fā)射信號，多個(gè)接收天線排成一個(gè)陣列作為接收部分4。2.1單站雷達(dá)系統(tǒng)在單站雷達(dá)結(jié)構(gòu)中，傳輸和接收的信號通過循環(huán)器分離。在發(fā)射機(jī)中產(chǎn)生的信號直接傳送到天線。傳輸?shù)男盘枌⑼ㄟ^地面?zhèn)鞑?，反射信號將被相同的天線接收，并由循環(huán)器路由到接收系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)射的信號遇到和土壤具有不同介電常數(shù)的任何物體時(shí)，發(fā)生反射。在該系統(tǒng)中，目標(biāo)所接收的功率可以按下式計(jì)算：式2-1)P=PG人且A=茲r(4p)2R4r4p在式(1)中，P表示為天線接收的功率?？梢?/p>

16、看出它是由天線發(fā)射功率Pt，發(fā)射增益rtGt，天線接收增益G,接收天線的有效孔徑A和位于距離R處反射目標(biāo)的散射截面a共同trrs決定。在單站雷達(dá)系統(tǒng)中，接收機(jī)中的信號摻雜有源自發(fā)射機(jī)與地面反射的直接耦合的雜波。因此，為了更好的探測地下目標(biāo)，這種耦合應(yīng)該減小至最小化5。通常情況下，GPR系統(tǒng)中的單個(gè)發(fā)送和接收天線是更適用于探測地下目標(biāo)，它避免了在單站雷達(dá)系統(tǒng)中隔離接收和發(fā)射信號的難度。圖1單站雷達(dá)結(jié)構(gòu)2.2雙站雷達(dá)系統(tǒng)圖2雙站雷達(dá)結(jié)構(gòu)圖2是探測地下目標(biāo)的雙站雷達(dá)結(jié)構(gòu)。雙站雷達(dá)結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)相距很遠(yuǎn)的地點(diǎn)。發(fā)射機(jī)放置在一個(gè)位置，相應(yīng)的接收機(jī)放置在另一個(gè)位置。目標(biāo)檢測過程類似于單站雷達(dá)，其中目標(biāo)由發(fā)射

17、機(jī)照射，反射信號在雙站雷達(dá)接收機(jī)中被檢測和處理。目標(biāo)位置的確定比單站雷達(dá)更為復(fù)雜。在這種情況下，需要更多的參數(shù)來解決發(fā)射機(jī)目標(biāo)接收機(jī)的三角形關(guān)系，又稱為雙靜態(tài)三角形。這包括總信號傳播時(shí)間，接收機(jī)的正交角度測量以及發(fā)射機(jī)位置的估計(jì)。關(guān)于單站和雙站雷達(dá)系統(tǒng)的詳細(xì)資料可以參考6-10。2.3多站雷達(dá)系統(tǒng)多站雷達(dá)系統(tǒng)如圖3所示。除了在接收機(jī)端是天線陣列外，其結(jié)構(gòu)類似于雙站雷達(dá)系統(tǒng)天線陣列的功能是為了獲取來自不同方向的反射信號。TransmitterReceiverAntenna2Antenna3narj'bject'圖3多站雷達(dá)結(jié)構(gòu)第三章天線設(shè)計(jì)本節(jié)介紹了一種應(yīng)用于GPR系統(tǒng)中的具有缺

18、陷的接地平面的圓形貼片天線。天線采用CSTMicrowaveStudio設(shè)計(jì)。TaconicTLY-5用作介質(zhì)基板，介電常數(shù)為2.2，厚度為1.57毫米。3.1天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4是提出的天線結(jié)構(gòu)。在該設(shè)計(jì)中，基板的寬度和長度為200mmX250mmo天線用50歐姆的波端口激勵。接地板的長度與圓形貼片天線的傳輸線長度相同。為了獲得寬的工作帶寬，通過這兩個(gè)參數(shù)ls和ws改變接地板的結(jié)構(gòu)。修改部分位于傳輸線和圓形貼片天線之間的接觸點(diǎn)的正下方。圓貼片半徑r為75mm。半徑可以使用下面圓形公式計(jì)算，如式2。（式3-1）Fr=1+丄乞ln）+1.77261/2pe2hr其中F=8.791109注意，h是基

19、板的厚度，必須以厘米為單位。力是工作頻率，?是基板的介電常數(shù)。為了獲得定向輻射圖，天線放置在開口的金屬屏蔽盒內(nèi)。這個(gè)屏蔽盒作為反射板，和天線間距為d。所提出的天線的整體優(yōu)化尺寸如表1所示。(a)(b)圖4天線的幾何形狀：(a)前視圖，(b)側(cè)視圖表1GPR天線的尺寸天線參數(shù)單位介質(zhì)基板的寬度w1200介質(zhì)基板的長度11250地板的長度1280貼片半徑radius75傳輸線的寬度w23反射板的長度w4360反射板的寬度l4310槽的長度l$5槽的寬度w$40第四章仿真結(jié)果和分析在本節(jié)中，分析了仿真所得的反射系數(shù)，輻射圖，增益和屏蔽盒對天線的影響的結(jié)果。仿真的電流分布也在本節(jié)中介紹。4.1回波損耗

20、天線在兩個(gè)條件下（有和沒有屏蔽箱）反射系數(shù)如圖所示。如圖5所示，兩個(gè)條件下的天線的工作性能幾乎可以在高達(dá)4GHz的頻帶上進(jìn)行分析。沒有屏蔽盒時(shí)，天線的-10dBS11帶寬限制在500MHz到2GHz。通過將天線放置在開口的屏蔽盒中，天線的工作帶寬就很容易地從480MHz增加到2.15GHz。這種超寬帶的相對帶寬為60%。4.2輻射方向圖圖6是沒有屏蔽盒的天線的立體輻射圖。分別是在500MHz和1GHz兩種不同的頻率下的輻射圖。如圖6所示，在兩個(gè)不同頻率下天線的輻射均是全向的。天線的增益分別為2.1dB和4.6dB。如圖7所示，是當(dāng)放置在開口的屏蔽盒內(nèi)時(shí)，天線的立體輻射圖。類似地，分別是在500

21、MHz和1GHz兩種不同的頻率下的輻射方向圖。如圖7所示，與圖6所示的方向圖相比，天線的輻射圖略微改變，方向性更強(qiáng)。此外，天線的增益在500MHz時(shí)從2.1dB增加到6.8dB。在1GHz時(shí)，增益從4.6dB增加到6.2dB。由于屏蔽盒的作用,放置在開口屏蔽盒內(nèi)的天線具有更好的性能（與沒有屏蔽盒的天線相比）。這些特點(diǎn)為天線應(yīng)用于GPR系統(tǒng)提供了優(yōu)勢，因?yàn)樗沟眯盘栐诘乇硐聜鞑ジ?。因此，使用此天線將增加GPR系統(tǒng)的穿透深度。Typ。ApproxinationbloritorConponntOutputFrcqucncyRod.cFFic.rot.cFficGainCain0-5-G.2797d

22、B05B69dP2.105dDenabled(kR»1)FarField(F=#.5)1fibsFArFiPlri1enabled(kR9.2804dDJ1.6J18dB-9.041573dBfarField(F=1.0)11W*1ApproximationMonitorconponencOutputFrequencyRdiJ.rFFii;.rot.erric.Gain(a)(b)圖6沒有反射板時(shí)的天線輻射圖(a)0.5GHz，(b)1.0GHztnbltdRIE»1)Farfi&ld(F-O-E)1"bncalnB.L-g.1*i7SdB-0.1B57d

23、BTyppApproxinatiomHonitoi-CunpuiiviiLn“TiiirIrequencyRad.effic.TuL.uffiu卜rarripirth.APA(1HUainarlielduzuoudlfL'lidblud(kR>>1)Iarlield1-1>III胛flppruKiiMLiuiiMonitorGuiipuiiuiiLUutputFrpqupnRyHad.僧mr.pfFln.Gain-n.?nunhrdB(a)(b)圖7帶反射板的天線輻射圖(a)0.5GHz(b)1.0GHz4.3電流分布圖查看天線的電流分布是一種物理方法。為了和前面的頻

24、率一致，以相同的頻率分析了在500MHz和1GHz時(shí)具有金屬屏蔽盒的圓形貼片天線的電流分布。圖8所示是通過天線傳播的電流分布和電場。(a)2T?r»：egdtenotrraiUtpo-icp(vld:n:少m：<mum;少W:<,pzston:H-ft-m-fy!Fh-i-:E-Feid0,0.LL.T3.3E+03(b)圖8電流分布(a)0.5GHz時(shí)的電流分布，(b)1GHz時(shí)的電流分布4.4無屏蔽盒時(shí)優(yōu)化仿真結(jié)果dB(GainTotal)-岀5865e-001-2.9808e+000-5.6029e+000-8.2250e+000-108476+001-1.3469

25、e+001-160916+001-1.8714e+001-2.1336e+001-2.3958e+001-2.65806+001-巴9202&+001-3.18246+001-3.44466+001-缶7069e+001-3.9691e+001一42313e+001dB(GainTotal)3.4898e+0008.2195e-001-1.8459e+000-.51386+000-7.1816e+000-9.8495e+000-1.25176+001-1.5185e+001-1.7853e+001-2.0521e+001-2.3189e+001-2.58576+001-2.852也+0

26、01-3.1192e+001-3.38606*001-3.6528e+001-3.9196e+001Z(a)b)圖9沒有屏蔽箱時(shí)天線的輻射圖(a)0.5GHz，(b)1.0GHz由仿真結(jié)果知Ws對天線的回波損耗影響較大，本文分別分析了Ws=38mm、38.5mm、39mm、40mm時(shí)回波損耗的變化情況，如下圖10所示。由分析結(jié)果知選取Ws=39mm比較合適。dB(GainTotal)I-3.1022e+000I-5.8595e+000 -8.6168e+00O-1.1374e+001-1.41316+001 -1.6889e+001L-1.9646e+001 -2.2403e+001 -2.5

27、161e+001-2.7918e+001I-3.0675e+001-3.3433e+001-3.61906+001-3.8947e+001I-4.17046+001'-4.4462e+001(LdsmpFreqGHz圖10天線的仿真反射系數(shù)比較圖(L-Lwmp-18-20-22-FreqGHz圖11天線的仿真反射系數(shù)dB(GainTotal)3,51678+000I1.0008e+000 -1.5150e+000 -4.0309e+000-6.5468e+000.-9.0626e+000.-1.1579e+001.-1.4094e+00iI-1.6610e+001 -1.9126e+0

28、01I-2.16426+001I-2.m58e+001 -2.6674e+001-2.91906+001-3.17056+001 -3.42216+001 -3.6737e+001(a)(b)圖12Ws=39mm時(shí)的天線輻射圖(a)0.5GHz，(b)1.0GHz4.5帶屏蔽盒的優(yōu)化仿真結(jié)果圖13仿真模型的主視圖和側(cè)視圖由下圖可知Ws=40mm時(shí)，d=100mm時(shí)S性能比較好。(L-L)smp0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5FreqGHz圖14W=40mm時(shí)S“比較圖s11(L-L)smp圖15W=39mm時(shí)S“比較圖s11根據(jù)優(yōu)化仿真結(jié)果，在帶屏蔽盒時(shí)選取Ws=4

29、0mm,d=100mm。(L-L)smp圖16W=40mm時(shí)圖s11dB(GainTotal)-4.41516-001I-2.9882e+000-5,53486十000-8.0815e+000-1.06288+001-1.3175e+001-1.57216+001-1.8268e+001I-2.0815e+001-2.33616+001-2.5908e+001-2.8455e+001l-3.10016+001-33548e+001-3.6095e+001I-3.86me+001-U,1188e+001dB(GainTotal)318756+000I1.0027e+000V -1.1822e+0

30、00V -3.36708+000-5.5518e+000-7.7367e+000.-9.9215e+000-1.2106e+00i-1.4291e+001-1.64768+001-1.8661e+001-2.0866+001-2.30306+001 -2.5215e+001-2.74006+001B-2.9585e4-001 -3.17706+001(a)b)圖17W=40mm時(shí)天線的輻射圖(a)0.5GHz,(b)1.0GHz第五章結(jié)論本文提出并仿真分析了一種應(yīng)用于GPR系統(tǒng)的圓形貼片天線，其接地平面挖有矩形槽。通過在天線中添加金屬屏蔽盒來增大探地范圍。在高達(dá)4GHz的工作頻帶內(nèi)幾乎可以觀察

31、到兩種情況下（有屏蔽盒和無屏蔽盒）的所以類似特性。屏蔽盒可以讓天線具有更好的定向輻射性。除此之外，在觀察到的兩個(gè)工作頻率下，天線的增益也增加了，在500MHz時(shí)從2.1dB增加到6.8dB,在1GHz時(shí)從4.6dB增加到6.2dB。這些是本文所提出的天線的顯著優(yōu)點(diǎn)，使其更適用于GPR系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1 Ren,W.,ThePortableGroundPenetratingRadarSystemDesign.2010,UniversityofHouston.2 Soldovieri,F.andR.Solimene,"GroundPenetratingRadarSubsurfaceImag

32、ingofBuriedObjects,"N.R.C.InstituteforElectromagneticSensingoftheEnvironment,Italy,Editor.2010.3 L.Li,A.EChoonTan,K.JhambandK.Rambabu,"Buriedobjectcharacterizationusingultra-widebandgroundpenetratingradar"IEEETransactiononMicrowaveandTechniques,Vol.60,No8,Aug2012.4 P.Cao,YHuangandJZhang,"AUWBmonopoleantennaforGPRApplications,"6thEuropeanConferenceonAntennaandPropagationsEuCAP2012.5 N.PAgrawall,G.KumarandK.PRay,"Widebandplanarmonopoleantennas."IEEEtransactionAntennaandPropagationVol.46,1998.6 C.ABalanis,"Antennatheory:Analy