本实用新型主要涉及天线技术领域，具体地说，涉及一种定向辐射的超宽带雷达差分天线。
背景技术：
超宽带雷达系统具有功耗低、电磁兼容性好、抗干扰能力强等优点，并且因为不需要调制和解调，系统结构相对简单，具有成本低、易维护的特点。因此，使用方便、测量准确、安全可靠的超宽带雷达非常适用于生命体征检测等应用场景，可以广泛应用在将来的非接触式医疗、智能看护、智能养老等医疗健康领域，大大降低医院，养老院等机构的运营成本。
超宽带雷达系统要求天线能够覆盖极大的带宽，根据美国联邦通信委员会的定义(fcc)：无线通信系统的相对带宽大于25％，或者绝对带宽大于500mhz。除了超宽带的要求之外，应用在医院养老院等等场景的生命体征检测雷达天线还应该具备如下特征：
第一，天线应该是一个差分天线。随着通信技术的不断发展，电子设备的体积要求越来越小，重量要求也越来越轻，由于处理差分信号的电路能够较容易的实现集成度很高的单一芯片，目前的雷达芯片的射频端口都是差分端口。
第二，天线应该是一个定向天线。为适应养老院一间房设置多个床位的需求，超宽带雷达体征检测系统应该能够检测某一个床位而不受相邻床位的干扰，这要求天线在水平方向具有窄波束特征。
目前超宽带天线有若干种类型，能够做到多个倍频程的超宽带天线，比如螺旋天线，宽带平面单极子天线，以及vivaldi天线等等，以及这些天线的各种改进型天线。但是螺旋天线需要加载反射腔体，使得结构过于复杂不利于大批量加工；平面单极子天线是全向天线，不利于雷达等需要定向辐射的应用；vivaldi天线体积比较大。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种定向辐射的超宽带雷达差分天线，可解决现有天线结构复杂、不利于雷达定向辐射的缺陷。
本实用新型的定向辐射的超宽带雷达差分天线，包括介质板、差分端口、连接探针、巴伦传输线、巴伦地、天线馈线和天线地，所述差分端口、连接探针、巴伦传输线、巴伦地和天线地均设置于介质板上，所述差分端口的一端与巴伦传输线连接，其另一端通过连接探针与巴伦地连接，所述连接探针穿过介质板设置，所述天线馈线设置于天线地上，且与巴伦传输线连接，所述天线地包括并排设置的第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元，所述巴伦传输线通过天线馈线给第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元馈电。
进一步地，所述天线馈线包括一个第一t形功率分配器、两个第二t形功率分配器和四段耦合线，两个所述第二t形功率分配器对称设置于第一t形功率分配器的两输出端口，每个所述第二t形功率分配器的输入端口分别与第一t形功率分配器对应的输出端口连接，每个所述第二t形功率分配器的输出端口均设置有一段耦合线，所述第一t形功率分配器的输入端口与巴伦传输线连接。
进一步地，所述第一t形功率分配器和/或第二t形功率分配器的输入端口为35欧姆的传输线宽度，其输出端口为50欧姆的传输线宽度。
进一步地，所述第一阵元和/或第二阵元和/或第三阵元和/或第四阵元为缝隙阵列天线。
进一步地，所述缝隙阵列天线中的缝隙阵元由上下连通的宽缝隙和窄缝隙构成，所述宽缝隙位于缝隙阵元的上部，所述窄缝隙位于缝隙阵元的下部。
进一步地，所述窄缝隙和宽缝隙的总长度为天线中心频率的四分之一介质中波长，所述宽缝隙长度为窄缝隙长度的一半，所述耦合线在对应窄缝隙的中点附近位置。
进一步地，所述缝隙阵列天线的宽缝隙上方对应设置有引向器。
进一步地，所述引向器的长度小于天线中心频率的四分之一介质中波长，离对应宽缝隙的垂足距离为天线中心频率的八分之一介质中波长。
进一步地，所述巴伦传输线为指数渐变结构，窄的一端为50欧姆阻抗，宽的一端为100欧姆阻抗，且其长度大于天线最低工作频段的二分之一介质中波长；
和/或，所述巴伦地为指数渐变结构，其与连接探针相连的一端的宽度与巴伦传输线一样宽，其另一端的宽度是巴伦传输线宽度的3～5倍。
进一步地，所述第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元结构相同，且所述第一阵元、第二阵元、第三阵元、第四阵元中相邻的阵元通过l形缝隙隔离。
本实用新型的定向辐射的超宽带雷达差分天线，包括介质板、差分端口、连接探针、巴伦传输线、巴伦地、天线馈线和天线地，所述差分端口、连接探针、巴伦传输线、巴伦地和天线地均设置于介质板上，所述差分端口的一端与巴伦传输线连接，其另一端通过连接探针与巴伦地连接，所述连接探针穿过介质板设置，所述天线馈线设置于天线地上，且与巴伦传输线连接，所述天线地包括并排设置的第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元，所述巴伦传输线通过天线馈线给第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元馈电。相比现有技术，本实用新型在拓宽天线频谱带宽的同时，具有结构简单、天线的旁瓣电平以及阵元间的耦合较低、天线的端射方向增益较高的优点。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型一实施例的定向辐射的超宽带雷达差分天线的结构示意图；
图2是本实用新型一实施例的定向辐射的超宽带雷达差分天线的俯视图；
图3是本实用新型天线馈线的结构示意图；
图4是本实用新型中天线地、l形缝隙和引向器的结构示意图；
图5是本实用新型差分端口及巴伦传输线、巴伦地的俯视图；
图6是本实用新型差分端口及巴伦传输线、巴伦地的结构示意图。
附图标记说明：
差分端口-1连接探针-2
巴伦传输线-3巴伦地-4
天线馈线-5第一t形功率分配器-51
第二t形功率分配器-52耦合线-53
天线地-6窄缝隙-61
宽缝隙-62宽缝隙-63
引向器-7介质板-8
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
本实用新型中，使用的方位如“上”、“下”、“前”、“后”等均以图2所示的视图为基准。术语“第一”、“第二”主要用于区分不同的部件，但不对部件进行具体限制。
参见图1-图6，该实施例的定向辐射的超宽带雷达差分天线包括介质板8、差分端口1、连接探针2、巴伦传输线3、巴伦地4、天线馈线5和天线地6，其中，差分端口1、连接探针2、巴伦传输线3、巴伦地4和天线地6均设置于介质板8上，差分端口1的一端与巴伦传输线3连接，其另一端通过连接探针2与巴伦地4连接，连接探针2穿过介质板8设置，天线馈线5设置于天线地6上，且与巴伦传输线3连接，具体地，天线地6包括并排设置的第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元，所述巴伦传输线3通过天线馈线5给第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元馈电。优选地，第一阵元、第二阵元、第三阵元、第四阵元结构相同，均为缝隙阵列天线，且相邻的阵元通过l形缝隙63隔离，但本实用新型并不受限于此，上述l形缝隙63通过蚀刻形成，具有抑制电流，降低天线的旁瓣电平以及阵元之间耦合的效果，其长度小于四分之一介质中波长。需要说明的是，介质板8为透明板，通常采用fr4材料制作，但不仅限于此，其也可用任何适合于常规印制电路板工艺的板材。
参见图1-图3，天线馈线5包括一个第一t形功率分配器51、两个第二t形功率分配器52和四段耦合线53，两个所述第二t形功率分配器52对称设置于第一t形功率分配器51的两输出端口，每个所述第二t形功率分配器52的输入端口分别与第一t形功率分配器51对应的输出端口连接，每个所述第二t形功率分配器52的输出端口均设置有一段耦合线53，所述第一t形功率分配器51的输入端口与巴伦传输线3连接。需要说明的是，第一t形功率分配器51和/或第二t形功率分配器52的输入端口为35欧姆的传输线宽度，其输出端口为50欧姆的传输线宽度。应当清楚，第一t形功率分配器51和/或第二t形功率分配器52的输入端口和输出端口的传输线宽度还可以有其他更多可能，均可以实现本实用新型的技术效果。
进一步地，参见图4，缝隙阵列天线中的缝隙阵元由上下连通的宽缝隙62和窄缝隙61构成，以满足超宽带雷达系统带宽需求，具体地：宽缝隙62位于缝隙阵元的上部，窄缝隙61位于缝隙阵元的下部，窄缝隙61和宽缝隙62的总长度为天线中心频率的四分之一介质中波长，宽缝隙62长度为窄缝隙61长度的一半，耦合线53在对应窄缝隙61的中点附近位置。同时，四个缝隙阵列天线中，每个宽缝隙62上方均对应设置有引向器7，用来提升天线的端射方向增益。优选地，引向器7的长度小于天线中心频率的四分之一介质中波长，离对应宽缝隙62的垂足距离为天线中心频率的八分之一介质中波长
为实现良好的阻抗匹配，巴伦传输线3长度大于天线最低工作频段的二分之一介质中波长，该巴伦传输线3为指数渐变结构，窄的一端为50欧姆阻抗，宽的一端为100欧姆阻抗；同时，巴伦地4也为指数渐变结构，其与连接探针2相连的一端的宽度与巴伦传输线3一样宽，其另一端的宽度是巴伦传输线3宽度的3～5倍
作为本实用新型的优选实施例，天线地6由四块天线地6模块从左至右依次拼接组成，第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元各自对应一块天线地6模块。需要说明的是，天线地6也可以一体成型，第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元依次从左至右设置于一体成型的一整块天线地6上。
此外，值得提及的是，差分端口1、连接探针2、巴伦传输线3、巴伦地4、第一t形功率分配器51、第二t形功率分配器52、天线地6以及引向器7均为金属部件，且一般采用常规的印刷电路板工艺进行蚀刻。
总之，本实用新型天线采用四阵元的缝隙天线阵实现水平方向的窄波束定向辐射，具体地，天线通过差分端口1馈电，经过指数渐变结构的巴伦传输线3，完成100欧姆到50欧姆的阻抗变换，巴伦传输线3的50欧姆端口通过两级“t形”功分(第一t形功率分配器51、第二t形功率分配器52)实现一分四给四个缝隙阵列天线馈电，缝隙阵列天线中的缝隙阵元由上下连通的宽缝隙62和窄缝隙61构成，宽缝隙62位于缝隙阵元的上部，窄缝隙61位于缝隙阵元的下部，宽缝隙62上方各有一个引向器7用来提升天线的端射方向增益，各阵元之间蚀刻l形缝隙63起到抑制电流作用，降低天线的旁瓣电平以及阵元间的耦合。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种定向辐射的超宽带雷达差分天线，其特征在于，包括介质板(8)、差分端口(1)、连接探针(2)、巴伦传输线(3)、巴伦地(4)、天线馈线(5)和天线地(6)，所述差分端口(1)、连接探针(2)、巴伦传输线(3)、巴伦地(4)和天线地(6)均设置于介质板(8)上，所述差分端口(1)的一端与巴伦传输线(3)连接，其另一端通过连接探针(2)与巴伦地(4)连接，所述连接探针(2)穿过介质板(8)设置，所述天线馈线(5)设置于天线地(6)上，且与巴伦传输线(3)连接，所述天线地(6)包括并排设置的第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元，所述巴伦传输线(3)通过天线馈线(5)给第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元馈电。
2.根据权利要求1所述的定向辐射的超宽带雷达差分天线，其特征在于，所述天线馈线(5)包括一个第一t形功率分配器(51)、两个第二t形功率分配器(52)和四段耦合线(53)，两个所述第二t形功率分配器(52)对称设置于第一t形功率分配器(51)的两输出端口，每个所述第二t形功率分配器(52)的输入端口分别与第一t形功率分配器(51)对应的输出端口连接，每个所述第二t形功率分配器(52)的输出端口均设置有一段耦合线(53)，所述第一t形功率分配器(51)的输入端口与巴伦传输线(3)连接。
3.根据权利要求2所述的定向辐射的超宽带雷达差分天线，其特征在于，所述第一t形功率分配器(51)和/或第二t形功率分配器(52)的输入端口为35欧姆的传输线宽度，其输出端口为50欧姆的传输线宽度。
4.根据权利要求2所述的定向辐射的超宽带雷达差分天线，其特征在于，所述第一阵元和/或第二阵元和/或第三阵元和/或第四阵元为缝隙阵列天线。
5.根据权利要求4所述的定向辐射的超宽带雷达差分天线，其特征在于，所述缝隙阵列天线中的缝隙阵元由上下连通的宽缝隙(62)和窄缝隙(61)构成，所述宽缝隙(62)位于缝隙阵元的上部，所述窄缝隙(61)位于缝隙阵元的下部。
6.根据权利要求5所述的定向辐射的超宽带雷达差分天线，其特征在于，所述窄缝隙(61)和宽缝隙(62)的总长度为天线中心频率的四分之一介质中波长，所述宽缝隙(62)长度为窄缝隙(61)长度的一半，所述耦合线(53)在对应窄缝隙(61)的中点附近位置。
7.根据权利要求5或6所述的定向辐射的超宽带雷达差分天线，其特征在于，所述缝隙阵列天线的宽缝隙(62)上方对应设置有引向器(7)。
8.根据权利要求7所述的定向辐射的超宽带雷达差分天线，其特征在于，所述引向器(7)的长度小于天线中心频率的四分之一介质中波长，离对应宽缝隙(62)的垂足距离为天线中心频率的八分之一介质中波长。
9.根据权利要求1所述的定向辐射的超宽带雷达差分天线，其特征在于，所述巴伦传输线(3)为指数渐变结构，窄的一端为50欧姆阻抗，宽的一端为100欧姆阻抗，且其长度大于天线最低工作频段的二分之一介质中波长；
和/或，所述巴伦地(4)为指数渐变结构，其与连接探针(2)相连的一端的宽度与巴伦传输线(3)一样宽，其另一端的宽度是巴伦传输线(3)宽度的3～5倍。
10.根据权利要求4所述的定向辐射的超宽带雷达差分天线，其特征在于，所述第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元结构相同，且所述第一阵元、第二阵元、第三阵元、第四阵元中相邻的阵元通过l形缝隙(63)隔离。
技术总结