一种探地雷达天线结构及探地雷达

1.本发明涉及智慧农业技术领域，特别涉及一种探地雷达天线结构及探地雷达。


背景技术：

2.冬笋是立秋前后由毛竹的地下茎侧芽发育而成的笋芽，因尚未出土，笋质幼嫩，是一道人们十分喜欢吃的菜肴。在农业生产过程中，常常采用雷达技术对长有冬笋的地下结构进行探测；
3.cn209446785u公开了一种基于雷达探测原理的冬笋位置探测装置，包括探测盘、手持机构和用于显示探测结果的人机交互面板，所述探测盘包括用于完成电磁波发射、接收工作的探测单元，所述电磁波频率控制范围为400～900mhz，所述探测盘与所述手持机构的下端连接，所述探测盘的信号输出端与所述人机交互面板连接，所述人机交互面板安装在手持机构上。本实用新型提供一种准确率较高的基于雷达探测原理的冬笋位置探测装置。
4.由于冬笋生长在土壤含水率较高的地方，对电磁波的能量消耗较大，使用现有的fmcw探地雷达和脉冲式gpr探地雷达进行探测，常常会出现回波信号难以被天线接收的情况。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种探地雷达天线结构及探地雷达，以至少解决现有技术中无法对竹林土壤精准探测技术问题。
6.有鉴于此，本发明旨在提出一种探地雷达天线结构，包括：主体、天线和透镜；所述天线连接在所述主体的一侧，所述天线与所述透镜连接，所述天线用于接收电磁波并发射至所述透镜；所述天线两侧对称设置有若干扼流槽；所述透镜连接在所述主体的另一侧，所述透镜由多个尺寸递增的子透镜套设形成，每个所述子透镜对应的介电常数不同；当所述探地雷达天线结构对土地进行探测的情况下，所述透镜抵接至待测地面。
7.优选地，所述主体至少包括仓体部；所述仓体部内形成有屏蔽腔，所述屏蔽腔用于供天线的两侧抵接。
8.优选地，所述仓体部的第一侧连接有开口部；所述开口部呈喇叭状。
9.优选地，所述仓体部的第二侧连接有馈电结构，所述馈电结构用于供电子发射机构连接。
10.优选地，所述子透镜至少包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜至所述第五透镜对应的尺寸递增；所述第一透镜套设在所述第二透镜中，所述第二透镜套设在所述第三透镜中，所述第三透镜套设在所述第四透镜中，所述第四透镜套设在所述第五透镜中；其中，所述第一透镜至所述第五透镜对应的介电常数递减。
11.优选地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜皆为平面透镜。
12.优选地，所述开口部背向所述天线的一侧连接有连接条，所述连接条用于将所述
透镜悬挂至天线下方。
13.本发明另一方面提出一种探地雷达，包括任意一项所述的探地雷达天线结构和电子发射机构；所述电子发射机构与所述探地雷达天线结构的一侧连接，以向所述天线发送电磁波；所述探地雷达天线结构用于将所述电磁波通过透镜发射至待测地面。
14.优选地，当所述电子发射机构为脉冲式发射机构；所述脉冲式发射机构连接有一个所述探地雷达天线结构，所述探地雷达天线结构用于发射或接收电磁波。
15.优选地，当所述电子发射机构为连续式发射机构；所述脉冲式发射机构连接有两个所述探地雷达天线结构，所述探地雷达天线结构分别用于发射电磁波和接收电磁波。
16.本发明提供了一种探地雷达天线结构，包括主体、天线和透镜；天线设置在主体的一侧，在天线两侧对称设置有若干扼流槽；透镜连接在主体的另一侧，透镜由多个尺寸递增的子透镜套设形成，每个子透镜对应的介电常数不同，从而提高电磁波的汇聚能力；当探地雷达天线结构对土地进行探测的情况下，透镜抵接至待测地面以对冬笋进行探测，其中，扼流槽的设置能够减小辐射臂边沿的电流分布，避免侧边辐射影响天线主辐射性能，透镜的设置能够提高电磁波的汇聚能力，从而使探地雷达具有更高的穿透力和分辨率，能够对冬笋进行有效的探测。
17.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1为本发明实施方式的一种探地雷达天线结构的结构图一；
20.图2为本发明实施方式的一种探地雷达天线结构的结构图二；
21.图3为本发明实施方式的一种探地雷达天线结构的结构图三；
22.图4为本发明实施方式的一种探地雷达天线结构的结构图四。
23.附图标记说明：
24.1、主体；11、仓体部；12、开口部；121、连接条；2、天线；21、扼流槽；22、馈电结构；3、透镜；31、子透镜；32、第一透镜；33、第二透镜；34、第三透镜；35、第四透镜；36、第五透镜。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
27.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具
有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元；“固定”或“固定连接”通常指的是常见的机械连接方式，例如螺纹连接、焊接或粘结等。
28.图1为本发明实施方式的一种探地雷达天线结构的结构图一；图2为本发明实施方式的一种探地雷达天线结构的结构图二；图3为本发明实施方式的一种探地雷达天线结构的结构图三；图4为本发明实施方式的一种探地雷达天线结构的结构图四。请参考图1-图4；
29.有鉴于此，本发明旨在提出一种探地雷达天线结构，包括：主体1、天线2和透镜3；天线2连接在主体1的一侧，天线2与透镜3连接，天线2用于接收电磁波并发射至透镜3；天线2两侧对称设置有若干扼流槽21；透镜3连接在主体1的另一侧，透镜3由多个尺寸递增的子透镜31套设形成，每个子透镜31对应的介电常数不同；当探地雷达天线结构对土地进行探测的情况下，透镜3抵接至待测地面。
30.本发明提供了一种探地雷达天线结构，包括主体1、天线2和透镜3；天线2设置在主体1的一侧，在天线2两侧对称设置有若干扼流槽21；透镜3连接在主体1的另一侧，透镜3由多个尺寸递增的子透镜31套设形成，每个子透镜31对应的介电常数不同，从而提高电磁波的汇聚能力；当探地雷达天线结构对土地进行探测的情况下，透镜3抵接至待测地面以对冬笋进行探测，其中，扼流槽21的设置能够，减小辐射臂边沿的电流分布，避免侧边辐射影响天线2主辐射性能，透镜3的设置能够提高电磁波的汇聚能力，从而使探地雷达具有更高的穿透力和分辨率，能够对冬笋进行有效的探测。
31.在本公开实施例中，主体1是指用于供天线2连接的主要构成结构；具体的主体1可以为金属件；进一步，主体1可以包括两部分，第一部分为仓体部11，仓体部11内形成有屏蔽腔，屏蔽腔用于供天线2的两侧抵接；具体的，仓体部11为一侧开口的圆柱状金属件；该金属件朝向透镜3方向为开口，其余方向封闭；仓体部11的第一侧，即金属件设置有开口的一侧，连接有开口部12；开口部12呈喇叭状；喇叭型开口能够使天线2的定向辐射更集中，从而提高电磁波的穿透力和分辨率。仓体部11的第二侧连接有馈电结构22，第二侧为背向透镜3的一侧；进一步的，第一侧和第二侧方向相反；馈电结构22用于供电子发射机构连接。具体的，馈电结构22为50欧姆馈电结构22。
32.其中，天线2可以为vivaldi天线2，天线2安装在金属件内；具体的，天线2材料选择fr4基板，上下两面镀铜；在天线2两侧开设有若干扼流槽21，加扼流槽21的原因是因为馈电口处电流较集中，不利辐射较大，利用槽结构使电流爬行时间变长，减小杂波影响，所以通过在传统vivaldi天线2两侧添加对称的扼流槽21，减小辐射臂边沿的电流分布，避免侧边辐射影响天线2主辐射性能；具体的，扼流槽21的尺寸可以为3mm的尺寸，扼流槽21之间的距离为5mm。
33.其中，vivaldi天线外围分别用了圆柱体腔体和喇叭形开口用来汇聚辐射，其金属的材质不做限定，可采用金、银、铜、铝这四者；优选的，使用铜跟铝；若考虑减轻重量，可以使用铝材质。
34.其中，透镜3为龙勃透镜3；透镜3连接在主体1的另一侧，透镜3由多个尺寸递增的子透镜31套设形成，即尺寸小的子透镜31完全嵌设在外层透镜3中，其中，每个子透镜31对应的介电常数不同，具体的每层对应的介电常数由工作人员根据具体情况进行确定；天线2
发射端朝向透镜3设置，天线2用于接收电磁波并发射至透镜3；具体的，开口部12背向天线2的一侧连接有连接条121，连接条121用于将透镜3悬挂至天线2下方。其中，子透镜31为平面透镜3；提供一个子透镜31为五层的具体实施例，优选地，子透镜31至少包括第一透镜32、第二透镜33、第三透镜34、第四透镜35和第五透镜36；对应的，第一透镜32、第二透镜33、第三透镜34、第四透镜35和第五透镜36皆为平面透镜3；第一透镜32至第五透镜36对应的尺寸递增；第一透镜32套设在第二透镜33中，第二透镜33套设在第三透镜34中，第三透镜34套设在第四透镜35中，第四透镜35套设在第五透镜36中；其中，第一透镜32至第五透镜36对应的介电常数递减。
35.具体地，子透镜31的尺寸与介电常数如下表所示。
[0036][0037][0038]
通过从内到外不同介电常数的物质层层嵌套。电磁波在不同介电常数的物质中折射率不一样，阶梯式的介电物质使龙勃透镜3在可以实现扁平化的同时还能增大汇聚能力。可以通过仿真实验测试出当前的发射频率下的最大放大增益，其中发射频率为适于探笋的频率。当探地雷达天线结构对土地进行探测的情况下，透镜3的一侧抵接至待测地面，以对地下进行探测。
[0039]
提供一个具体实施例，本技术通过一个带有两面扼流槽21的vivaldi天线2、三面封闭的圆柱形金属屏蔽腔、喇叭型定向耦合口、平面龙伯透镜3。通过在传统vivaldi天线2两侧添加对称的扼流槽21，减小辐射臂边沿的电流分布，避免侧边辐射影响天线2主辐射性能，又在弧形出口处添加喇叭型开口使天线2的定向辐射更集中；又在喇叭口250mm处放置在传统球型龙伯透镜3基础上改良的平面龙伯透镜3，进一步提高在此频率下的辐射增益和方向性，在1.2ghz频率时此探地雷达天线2的增益达到15.74dbi，是传统的天线2辐射能量提高近两倍，使探地雷达具有更高的穿透力和分辨率。解决了现有天线2增益不高，方向性差的缺点。
[0040]
本发明旨在提出一种探地雷达，包括任意一项的探地雷达天线结构和电子发射机构；电子发射机构与探地雷达天线结构的一侧连接，以向天线2发送电磁波；探地雷达天线结构用于将电磁波通过透镜3发射至待测地面。
[0041]
在本公开实施例中，探地雷达当电子发射机构为脉冲式发射机构；脉冲式发射机构连接有一个探地雷达天线结构，探地雷达天线结构用于发射或接收电磁波。当电子发射机构为连续式发射机构；脉冲式发射机构连接有两个探地雷达天线结构，探地雷达天线结构分别用于发射电磁波和接收电磁波。其中，电子发射机构通过馈电结构22与天线2连接；
将电磁波输入天线2并通过透镜3后发射如地面，进行地下探笋。具体地，当使用探地雷达的情况下，将天线2透镜3一侧整体平放在地面上，此时透镜3悬挂与地面上方；当电子发射机构为连续式发射机构，电子发射机构发射端雷达，即通过50ohmsma线经发射端雷达发射高频电磁波；电磁波回波的时，电磁波经50ohmsma线到达接收端雷达。如发射端为脉冲式则只需要一个天线2就可完成收发功能。
[0042]
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
[0043]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0044]
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或电连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或电连接，可以是电性或其它的形式。
[0045]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0046]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0047]
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、移动终端、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0048]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种探地雷达天线结构，其特征在于，包括：主体(1)、天线(2)和透镜(3)；所述天线(2)连接在所述主体(1)的一侧，所述天线(2)与所述透镜(3)连接，所述天线(2)用于接收电磁波并发射至所述透镜(3)；所述天线(2)两侧对称设置有若干扼流槽(21)；所述透镜(3)连接在所述主体(1)的另一侧，所述透镜(3)由多个尺寸递增的子透镜(31)套设形成，每个所述子透镜(31)对应的介电常数不同；当所述探地雷达天线结构对土地进行探测的情况下，所述透镜(3)抵接至待测地面。2.根据权利要求1所述的探地雷达天线结构，其特征在于，所述主体(1)至少包括仓体部(11)；所述仓体部(11)内形成有屏蔽腔，所述屏蔽腔用于供天线(2)的两侧抵接。3.根据权利要求2所述的探地雷达天线结构，其特征在于，所述仓体部(11)的第一侧连接有开口部(12)；所述开口部(12)呈喇叭状。4.根据权利要求2所述的探地雷达天线结构，其特征在于，所述仓体部(11)的第二侧连接有馈电结构(22)，所述馈电结构(22)用于供电子发射机构连接。5.根据权利要求1所述的探地雷达天线结构，其特征在于，所述子透镜(31)至少包括第一透镜(32)、第二透镜(33)、第三透镜(34)、第四透镜(35)和第五透镜(36)；所述第一透镜(32)至所述第五透镜(36)对应的尺寸递增；所述第一透镜(32)套设在所述第二透镜(33)中，所述第二透镜(33)套设在所述第三透镜(34)中，所述第三透镜(34)套设在所述第四透镜(35)中，所述第四透镜(35)套设在所述第五透镜(36)中；其中，所述第一透镜(32)至所述第五透镜(36)对应的介电常数递减。6.根据权利要求5所述的探地雷达天线结构，其特征在于，所述第一透镜(32)、第二透镜(33)、第三透镜(34)、第四透镜(35)和第五透镜(36)皆为平面透镜(3)。7.根据权利要求3所述的探地雷达天线结构，其特征在于，所述开口部(12)背向所述天线(2)的一侧连接有连接条(121)，所述连接条(121)用于将所述透镜(3)悬挂至天线(2)下方。8.一种探地雷达天线结构，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的探地雷达天线结构和电子发射机构；所述电子发射机构与所述探地雷达天线结构的一侧连接，以向所述天线(2)发送电磁波；所述探地雷达天线结构用于将所述电磁波通过透镜(3)发射至待测地面。9.根据权利要求8所述的探地雷达，其特征在于，当所述电子发射机构为脉冲式发射机构；所述脉冲式发射机构连接有一个所述探地雷达天线结构，所述探地雷达天线结构用于发射或接收电磁波。10.根据权利要求8所述的探地雷达，其特征在于，当所述电子发射机构为连续式发射机构；所述脉冲式发射机构连接有两个所述探地雷达天线结构，所述探地雷达天线结构分别用于发射电磁波和接收电磁波。

技术总结
本发明涉及智慧农业技术领域，提供了一种探地雷达天线结构及探地雷达，包括主体、天线和透镜；天线设置在主体的一侧，在天线两侧对称设置有若干扼流槽；透镜连接在主体的另一侧，透镜由多个尺寸递增的子透镜套设形成，每个子透镜对应的介电常数不同，从而提高电磁波的汇聚能力；当探地雷达天线结构对土地进行探测的情况下，透镜抵接至待测地面以对冬笋进行探测，其中，扼流槽的设置能够减小辐射臂边沿的电流分布，避免侧边辐射影响天线主辐射性能，透镜的设置能够提高电磁波的汇聚能力，从而使探地雷达具有更高的穿透力和分辨率，能够对冬笋进行有效的探测。对冬笋进行有效的探测。对冬笋进行有效的探测。


技术研发人员：倪益华 周凯琪 余铖 吕艳 倪忠进
受保护的技术使用者：浙江农林大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/2