葛薇 刘闯 元勇虎 朱今祥 陈娟

摘  要  为了提高探地雷达天线的增益，增加地下目标探测的深度，本文提出了在探地雷达天线辐射端加载透镜的方法. 通过对阿基米德螺旋天线分别加载圆环式透镜、超材料透镜和介质平板透镜进行仿真设计，对天线加载透镜与否的回波损耗和增益进行对比，研究发现，加载不同的透镜均可提高天线增益. 三种透镜均具有结构简单、成本低、易加工的优势，除此之外也各有特点，选择透镜时，需要综合考虑探地雷达天线的回波损耗、增益、工作频率与尺寸大小.

关键词  透镜；探地雷达；天线；回波损耗；增益

Design of radiation end lens for ground penetrating radar antenna

Ge Wei1  Liu Chuang1  Yuan Yonghu1  Zhu Jinxiang1  Chen Juan2

1.China Research Institute of Radiowave Propagation  ShandongQingdao  266107; 2. Xian Jiao Tong University  ShaanxiXian  710071

Abstract  In order to improve the gain of ground penetrating radar antenna and increase the depth of subsurface target detection， a method of loading lens at the radiation end of ground penetrating radar （GPR） antenna is proposed in the paper. After we simulate the Archimedes spiral antenna with toroidal lens， metamaterial lens and dielectric plate lens respectively and compare the return loss and gain of the antenna loading with or without lens， it is found that the antenna gain can be improved by loading different lenses. All the three kinds of lenses have the advantages of simple structure， low cost and easy processing. In addition， they also have their own characteristics. When selecting the lens， we should consider the return loss， gain， frequency and size of GPR antenna comprehensively.

Keywords：lens; GPR; antenna; return loss; gain

如何提高探地雷达的探测深度是地下目标探测领域共同关注的问题，而提高天线的增益是提高探深的重要手段。近年來，各国学者尝试通过在天线辐射端加载透镜来提高天线增益，如常见的介质凸透镜。介质凸透镜原是一种用于使光线聚焦的光学器件，用于天线设计时，将弱方向性天线置于透镜的一个焦点或焦平面上，馈源所辐射的球面波经透镜折射后转变为口径面的平面波，从而极大地提高了天线的增益，降低了天线的旁瓣和后瓣。苏格兰ADROK公司基于其提出的原子介电共振（ADR）理论设计了一款可进行深地探测的探地雷达[1-2]。为了使天线辐射出准直、相干、聚焦的电磁波，天线辐射端加载了菲涅尔透镜[3]。这一关键技术使得整个系统的探测深度最深可达4km。国内西安电子科技大学设计了介质透镜加载的TEM喇叭天线和加载超材料透镜的屏蔽蝶形天线[4]，天线增益最高可达11dB。……