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1、探测地下目标的探地雷达天线的设计探测地下目标的探地雷达天线的设计摘摘 要要：本文提出了用于地下物体检测的探地雷达（GPR）中的平面天线的设计。天线的工作带宽在 500MHz 至 2GHz 频带内。这种宽频带的性能使天线适用于探测地下目标的GPR 应用。Taconic TLY-5 用作介质基板的材料，介电常数为 2.2，损耗正切为 0.0009，厚度为 1.57 mm。 所提出的天线结构简单，平面完整，易于与其他平面设备集成。为了使天线定向辐射，天线放置在开口的金属屏蔽箱内。反过来，这种方法也增加了天线的增益。本文还分析了天线的反射系数，增益，辐射方向图的仿真结果。关键词关键词：天线，探地雷达，
2、GPRDesign of Ground Penetrating Radar Antenna for Buried Object DetectionAbstract: In this paper, the design of planar antenna for use in Ground Penetrating Radar (GPR) for buried object detection is presented. The proposed antenna offers wide operational bandwidth within 500 MHz to 2 GHz frequency
3、band. This property makes the antenna suitable for the application of GPR for buried object detection. Taconic TLY-5 is used as the substrate with dielectric constant of 2.2, tangent loss of 0.0009 and thickness of 1.57 mm. The proposed antenna has simple structure and fully planar, therefore it is
4、easy to integrate with other planar devices. To obtain a directional radiation pattern, the antenna is placed inside an open metallic shielded box. In turn, the gain of the antenna is also increased using this approach. The results in term of reflection coefficient, gain, radiation pattern of the an
5、tenna are discussed in this paper.Key word: Antenna, Ground Penetrating Radar, GPR目目 录录第一章 引言.3 第二章 探地雷达.5 2.1 单站雷达系统.5 2.2 双站雷达系统.6 2.3 多站雷达系统.6 第三章 天线设计.7 3.1 天线的结构设计.7 第四章 仿真结果和分析.9 4.1 回波损耗.9 4.2 辐射方向图.9 4.3 电流分布图.10 4.4 无屏蔽盒时优化仿真结果.11 4.5 带屏蔽盒的优化仿真结果.13 第五章 结论.15 参考文献.16第一章第一章 引言引言雷达探测技术用于地下，是一
6、项提出较早的课题。然而只是在高频微电子技术以及计算机数据处理方法迅速开发的近代，这项技术才获得本质性的进展。今天，探地雷达不仅在探测装备上高度集中了现代技术领域的成就而得到了极大的改善，它的应用领域也正在迅速开拓。美国、加拿大、日本以及西欧等国正大力开发这一技术，服务业务也日益增多。有关该项技术方面的应用成果和文章，已频繁地出现在一些期刊、专门会议文集以及各种地球物理国际学术会议的报告中。1992 年在芬兰召开的第四届探地雷达国际会议上，提交优秀论文45 篇，并已汇集成册。目前我国也有不少部门，包括地矿、水电、煤炭、铁道等单位正在开展这一技术的试验和应用。与探空或通讯雷达技术相类似，探地雷达也
7、是利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象的，只是它是从地面向地下发射电磁波来实现探测的，故亦称之为地质雷达。将雷达原理用于探地，早在 1910 年就已提出，当时德国的 G. Leimback 和 Lowy 曾以专利形式阐明这一问题.以后，J.C. Cook 在 1960 年用脉冲雷达，在矿井中做了试验.但是，由于地下介质比空气具有强得多的电磁波衰减特性，加之地下介质情况的多样性，波在地中的传播特性比在空气中要复杂得多.因此，探地雷达的初期应用仅限于波吸收很弱的冰层、岩盐矿等介质中。如 S.Evans1963 年用雷达测量极地冰层的厚度；Harrison1970 年在南极冰面上取得了穿透
8、800220om 的资料；1974 年 L. T. Procello 用雷达研究月球表面结构；Unbterberger 探测冰川和冰山的厚度等。随着仪器信噪比的大大提高和数据处理技术的应用，70 年代以后，探地雷达的实际应用范围迅速扩大，其中有:石灰岩地区采石场的探测(1971 年 Takazi;1973年 Kitahra)、工程地质探测(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)、煤矿井探测(1975 年 J.C. Cook)、泥炭调查(
9、1982 年 C. P. F. Ulriksen)、放射性废弃物处理调查(1982 年 D.L. wright，R.D.Watts;1985 年 0.Olsson 以及地面和钻孔雷达用于地质构造填图、水文地质调查、地基和道路下空洞及裂缝调查、埋设物探测和水坝、隧道、堤岸、古墓遗迹探查等（19821987 年加拿大、日本、美国、瑞典等报道） 。随着微电子技术的迅速发展，现在的探地雷达设备早已由庞大、笨重的结构改进为现场适用的轻便工具。目前，已推出的商用探地雷达有:美国地球物理探测设备公司(GSSI)的 SIR系列，微波联合公司(M/A 一 Com，Ine.)的 Terrascan MK 系列，日本应用地质株式会社(OYO 公司)的 GEORADAR 系列，加拿大探头及软件公司(SSI)的 pulse EKKO 系列，瑞典地质公司(SGAB)的 RAMAC 钻孔雷达系统等。这些商用的探地雷达所使用的中心工作频率在101000MHz 范围，时窗在 020000ns。据
