12、探地雷达天线：特性、设计与优化

探地雷达天线：特性、设计与优化

1. 引言

探地雷达（GPR）在众多领域发挥着重要作用，而天线作为其关键部件，对系统性能有着至关重要的影响。不同类型的天线具有各自独特的特性和适用场景，下面将详细介绍几种常见的探地雷达天线。

2. 常见探地雷达天线类型

2.1 蝶形天线（Bowtie Antennas）

蝶形天线在频率范围上与偶极子天线相近。它具有低剖面、低重量且性能合理的特点，因此常用于商业GPR系统。蝶形天线是有限双锥天线的平面版本，与有限长度偶极子天线和FI天线在几何形状上的相似性决定了其主要特性：
- 能像偶极子一样谐振，但工作带宽有限。
- 辐射参数在尺度变化时保持均匀，这对小型便携式GPR尤为重要。
- 结构简单、坚固且易于制造。

不过，蝶形天线的电流在鳍片末端突然终止，会产生振铃脉冲，导致杂波信号。但与偶极子天线相比，它具有更宽的带宽（通常为2:1带宽），可通过电阻加载进一步改善。在方向性方面，主瓣较窄且垂直于天线平面，其方向性较低，但可通过优化长度和张角来显著提高。

蝶形天线通常采用空气 - 地面配置，靠近被测结构，其辐射特性会受被测结构电气参数的影响。为评估传播到潜在目标的有效功率，需考虑其覆盖范围。以下是一些改进措施：
- 屏蔽蝶形天线 ：用导电屏蔽罩包围蝶形天线，可增加辐射到被测结构的功率并改变覆盖范围。
- 线蝶形天线 ：通过在天线臂上使用电阻负载减少振铃，与地面的耦合更好，覆盖范围也有所改善。
- 印刷蝶形天线 ：将平