用于公路检测的超宽带横向电磁波喇叭天线.pdf

在现代公路基础设施的检测中，探地雷达系统是一种强有力的工具，它利用电磁波的传播特性对地下结构进行无损检测。探地雷达系统中的核心组件之一是超宽带横向电磁波（TEM）喇叭天线，它能够提供高分辨率的地下成像，从而探测到公路路面的结构和状况，特别是对沥青路面层厚的精确测量。为了满足便携性和高精度的要求，传统的TEM喇叭天线设计往往尺寸庞大，限制了其在公路检测现场的应用。因此，本文研究了一种新型的紧凑型超宽带TEM喇叭天线的设计，旨在克服传统设计的局限性，提升公路检测的效率和准确性。 在设计超宽带TEM喇叭天线时，研究者采用了指数渐变结构，这种结构的优点在于可以在较小的物理尺寸下实现超宽的阻抗带宽。这意味着该天线可以覆盖更宽的频率范围，进而提供更丰富、更精细的地下图像信息。通过精确控制指数渐变的参数，天线的电磁特性得到了显著优化。实验结果显示，在0.83至12.8 GHz的频率范围内，天线的电压驻波比（VSWR）小于2，这表明了天线对信号的传输效率高，损耗小。VSWR值的优化直接关系到天线辐射和接收信号的质量，对于实现精确的路面层厚检测至关重要。 为了进一步增强天线的性能，研究者在设计中加入了吸波材料。这种材料可以吸收那些未被天线有效利用的电磁能量，减少天线的反射，从而降低信号的失真。在探地雷达系统中，信号的失真直接影响到地下成像的清晰度和准确性，因此吸波材料的引入显著提升了地下图像的质量，对于公路检测来说是一个重要的性能提升。 为了验证新设计的超宽带TEM喇叭天线的有效性，研究者进行了详尽的仿真和实际测量。仿真结果展示了天线出色的辐射特性和较小的振铃效应，这对于获得无干扰的地下图像至关重要。振铃效应是指在雷达探测中出现的一种信号振荡现象，它可能会掩盖目标的真实反射信号，导致图像失真。通过测量数据与仿真结果的对比，证明了设计的可行性和实用性，确保了天线在实际应用中的性能。 本研究提出了一种新型超宽带TEM喇叭天线设计，不仅具备了便携性、高分辨率和宽频带特性，还通过仿真和实验验证了其在公路检测领域的有效性。该设计在沥青路面层厚无损检测以及道路维护方面展现了其独特的价值，提高了检测的准确性和效率。同时，该紧凑型的设计和优化策略对于其他需要小型化和高性能天线的应用领域也具有重要的参考意义，有望推动相关领域的技术进步。