Richt- und Hochgewinn-Ultra-Breitband-Schleifenantenne für Anwendungen in der Bodenradar-Technologie

Schleifenantennen werden umfassend in Bodenradarsystemen (GPR) eingesetzt. Um eine ausreichende Eindringtiefe und Auflösung zu erreichen, benötigen die Schleifenantennen für GPR-Anwendungen eine niedrige Betriebsfrequenz, hohen Gewinn und hervorragende Breitbandigkeit. In diesem Papier wird eine neuartige Ultra-Breitband (UWB) Schleifenantenne mit Gewinnsteigerung für GPR-Anwendungen vorgeschlagen. Zunächst wird eine UWB-Schleifenantenne mit resistiver Last entworfen. Der Metallreflektor und die Metamaterial-Last machen die Schleifenantenne richtungsfähig, und das Laden des gleichen Metamaterials auf der Vorderseite der Antenne verbessert den Richtungsgewinn weiter. Nach Tests liegt die tiefste Frequenz der gefertigten Antenne bei 317 MHz, die relative Bandbreite beträgt 98,6 %, der Spitzengewinn im Frequenzbereich liegt bei 9,3 dBi, und die Größe beträgt nur 0,38 λ bei der niedrigsten Frequenz. Die vorgeschlagene kompakte Antenne berücksichtigt sowohl Gewinn als auch Bandbreite. Schließlich wurde ein schrittfrequenzkontinuierliches Wellenbodenradarsystem (SFCW-GPR) aufgebaut, um die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Antenne im GPR-System weiter zu überprüfen. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die entworfene Antenne für das GPR-System mit tiefer Eindringung und hochauflösender Detektion geeignet ist, was der Bildgebung unterirdischer Strukturen zugutekommt.