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一种用于浅层探冰雷达的改进型宽带小型化TSA天线

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资料介绍

摘 要:该文介绍了一种用于高分辨率浅层探冰雷达(工作于500 MHz-2 GHz)的小型化TSA 天线。该天线采用共

面波导到槽线的转换结构实现馈电,天线的两侧边采用波纹结构,构成波纹结构的金属细条带的长度从馈点端到辐

射孔径端逐渐减小。仿真结果表明,比之传统的TSA 天线,该天线的工作频带可向低频扩展,同时低频段端射向

增益能够提高3 dB。测试结果表明,除550 MHz 附近的一个窄频带(S11<-8.2 dB)外,天线的阻抗带宽(S11<-10 dB)

大于10:1。此外,在500 MHz-2 GHz 内测量得到的端射向增益大于3.9 dBi,测量得到的辐射方向图与仿真值有

较好的一致性。


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33 卷第 6 期  
2011 6 月  
Vol.33No.6  
Jun. 2011  
Journal of Electronics & Information Technology  
一种用于浅层探冰雷达的改进型宽带小型化 TSA 天线  
*  
刘小军  
纪奕才  
方广有  
巨汉基  
(中国科学院电子学研究所 北京 100190)  
要:该文介绍了一种用于高分辨率浅层探冰雷达(工作于 500 MHz-2 GHz)的小型化 TSA 天线。该天线采用共  
面波导到槽线的转换结构实现馈电线的两侧边采用波纹结构成波纹结构的金属细条带的长度从馈点端到辐  
射孔径端逐渐减小。仿真结果表明,比之传统的 TSA 天线,该天线的工作频带可向低频扩展,同时低频段端射向  
增益能够提高 3 dB试结果表明550 MHz 附近的一个窄频带(S11<-8.2 dB)线的阻抗带宽(S11<-10 dB)  
大于 10:1。此外,在 500 MHz-2 GHz 内测量得到的端射向增益大于 3.9 dBi,测量得到的辐射方向图与仿真值有  
较好的一致性。  
关键词:TSA 天线;宽带;小型化;波纹型边缘  
中图分类号:TN957.2  
文献标识码: A  
文章编号:1009-5896(2011)06-1471-04  
DOI: 10.3724/SP.J.1146.2010.01136  
A Novel Wideband Compact Tapered Slot Antenna for  
Shallow Icecap Detection Radar Applications  
Zhang Feng  
Liu Xiao-jun  
Ji Yi-cai  
Fang Guang-you  
Ju Han-ji  
(Institute of Electronics, Chinese Academy of Science, Beijing 100190, China)  
Abstract: A novel compact Tapered Slot Antenna (TSA), which is used for high resolution polar ice penetrating  
radar (0.5 GHz-2 GHz), is proposed. This antenna is fed by a CoPlanar Waveguide (CPW) to slot-line transition.  
The lateral edges of the antenna are corrugated, and lengths of the corrugations gradually decrease from the  
feeding terminal to the open aperture. Simulated results show that the lowest operating frequency of this novel  
antenna is lower compared to conventional TSA, and the peak gain is enhanced about 3 dB at low frequencies.  
Measured bandwidth is larger than 10:1(S11<-10 dB), which agrees well with the simulated results except at about  
550 MHz (S11-8.2 dB). Furthermore, in the operating band of shallow icecap detection radar, the measured  
patterns agree well with the simulated results at most frequencies except that the back lobes are higher, and the  
measured gain is higher than 3.9 dBi.  
Key words: Tapered Slot Antenna (TSA); Wideband; Compact; Corrugated edge  
1 引言  
或者槽线到共面波导的馈电结构[7,8],能够保证较大  
的带宽和较低的交叉极化电平,且易于加工,因此  
应用较多。  
超宽带系统和雷达要求天线具有很大的工作带  
[13] TSA 天线具有大带宽、端射向辐射、增益  
为了定量地分析南极冰盖冰雪的积累和融化与  
气候变化的关系,需要测量冰雪的累积率,浅层高  
分辨率雷达可以完成这一工作。这种雷达是一种宽  
带雷达,采用调频连续波体制,因此要求天线具有  
宽带特性。TSA 天线是一个合适的选择,但是传统  
的观点认为 TSA 的长度和孔径的宽度应分别满足:  
2λL L 12λL , W λL/2 ,λL 是最低工作频率时  
的自由空间波长[3]于浅层探冰雷达而言样的  
尺寸是不可接受的型化 TSA 天线的长度和宽度  
均保持λL /4 的量级上能够满足浅层探冰雷达  
对于天线小型化的要求。但小型化 TSA 的增益较  
低,特别是在低频端,因此提高其低频端增益成为  
适中、造价低、易于制作等优点,因此得到了广泛  
的应用[3]TSA 天线有共面结构和异面结构之分,  
而异面结构又有反对跖和双边结构。反对跖异面  
TSA通常采用槽线到微带或者槽线到平行双线的馈  
电结构,具有很宽的带宽[3,4]。但由于结构的不对称  
交叉极化电平较高边异面 TSA 没有交叉  
极化电平高的问题,且带宽也很宽,但其加工较为  
复杂价较高[5,6]共 面 TSA 一般采用槽线到微带  
2010-10-25 收到,2010-12-03 改回  
国 家 自 然 科 学 基 金 (40976114) 和 国 家 863 计 划 项 目  
(2008AA121702-3)资助课题  
*通信作者:张锋

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