● 摘要
探地雷达或地质雷达是一种新型地下目标探测设备，广泛应用于水文地质和工程地质勘察，正在发挥着越来越重要的作用。探地雷达脉冲天线是探地雷达的关键部件，受地面因素影响大，收发天线耦合强，目标尺寸和性质差异大，因此探地雷达天线设计应与传播媒质的性质、目标体的几何形状和设计指标等因素相匹配。根据不同的探测环境和探测目标，需要选择不同频率的天线。本文借助XFDTD软件，对两种常用天线平面偶极子和TEM喇叭进行了全面、准确的分析和仿真，为工程设计提供了理论数据。XFDTD是一种基于时域有限差分法（FDTD）算法的软件，广泛应用于时域电磁场领域的仿真和计算。本文首先结合XFDTD软件简单介绍了FDTD的基本原理，以及建模、边界条件、激励源以及远近场变换等在XFDTD软件中的实现。针对平面扇形偶极子天线，本文对影响天线性能的各个参数进行了全面的分析，并给出了面向工程应用的近似计算公式以及进行天线设计的方法步骤。本文采用大量的篇幅对平面扇形偶极子屏蔽方式和加载电阻的选择进行了设计及仿真，从实际应用的角度出发，对影响天线性能的几个因素进行了考察，并最终确定了效果较好的屏蔽方式和合适的加载电阻。针对TEM喇叭天线，本文在参阅了大量参考资料后，总结出面向工程应用的设计基本原则和方法步骤，通过对几何参数的理论分析，为天线的尺寸确定提供了清晰的思路，并对TEM喇叭天线的优化方向进行了展望。 最后根据本文的计算结果，设计出天线实物,为进一步联调、测试奠定了基础。