RU21116U1 - Антенное устройство для георадара - Google Patents
Антенное устройство для георадара Download PDFInfo
- Publication number
- RU21116U1 RU21116U1 RU2001109281/20U RU2001109281U RU21116U1 RU 21116 U1 RU21116 U1 RU 21116U1 RU 2001109281/20 U RU2001109281/20 U RU 2001109281/20U RU 2001109281 U RU2001109281 U RU 2001109281U RU 21116 U1 RU21116 U1 RU 21116U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna device
- antenna
- slots
- antennas
- box
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 10
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 6
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 101100018713 Arabidopsis thaliana ILR1 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Description
Антенное устройство для георадара. Н 01 Q 1/04
Изобретение относится к антенным устройствам и предназначено для использования в геофизике, геологии и строительстве, для зондирования короткими электромагнитными амщльсами подповерхностных слоев земли, например, для опережающего контроля строения грунта впереди забоя строящегося тоннеля, для выявления дефектов и трещин внутри бетонных или другргх строительных конструкций и сооружений, -для зондирования асфальтового покрытия и автодорожной насыпи и в прочих подобных случаях.
При работе георадара используются короткие электромагнитные видеоимпульсы, содержащие главным образом не более 2-3 основных пол ттериодов колебаний. Зондирование может проводиться как с поверхности земли, так и с поверхности забоя или стен строящегося тоннеля. Антенное устройство включает передающую и приёмную антенны, расположенные рядом на определённом расстоянии друг относительно фyгa, зависящем от требуемой глубины зондщ)ования и доступной площади поверхности. Антенны размещаются либо вплотную к поверхности грунта, либо на небольшом расстояшш от поверхности грунта.
При использовании ютротких видеоимпульсов возбуждения в антенне возникают собственные затухающие электромагнитные колебания (звон антенны). В дипольных антеннах они вызваны отражениями от концов вибратора. В щелевой антенне они являются результатом отражений от кондов щели, от краёв передней проводящей стенки с внепшей её стороны, обращённой к грутпу, и отражений внутри экранирующего короба. В результате излучения эти колебания обычно быстро затухают. При зонд фовашш необходимо иметь видеоимпульс, состоящий не более чем из 1-3 основных осщшлящш (пол}Т1ериодов), и все осщшляции кроме первой должны иметь по возможности меньшую а тлитуду. Часто первая осщшлящм максимальна по амплитуде. Все остальные осщ лляции, имеющие меньшую амплитуду, являются помехами, так как могут накладываться на другие отражённые сигналы, приходящие в близкие моменты времени от других объектов. Следовательно, для увеличения разрешающей способности радара необходимо повысить декремент затухания собственных колебаний антенн. Для этого обычно используются рсзистивныс нагрузки.
В георадиолокации применяются резистивно нагруженные вибраторные антенны, в частности с сопротивлением, распределённым вдоль плеч вибратора.
г Q О т г t) 9 2 81
H01Q 13/10
Антенны этого типа обладают высоким декрементом затухания собственных колебаний. Однако, такие антенны дают большой уровень излучения в обратном направлении, в сторону воздуха. Это излучение отражается от стен тоннеля, механизмов проходческого щитгц посторононоих предметов и даёт высокий уровень помех и ложных отражений при работе гсорадара. Вес это в конечном итоге сильно уменьшает чувствительность аппаратуры. Поэтому подобные антенны накрывают сверху дополнительным экраном в виде короба или рефлектора. Это даёт с}тцественное ослабление паразитного т л}чеШ1я в обратном направлении, а в случае рефлектора формирует более узкую диаграмму направленности в переднем направлении, в сторону грунта. Таким образом, для обеспечения помехозащищенности георадара необходима экранировка антенн.
В антенной технике известны антенны, предназначенные для подземной радиолокации и имеющие экраны. Устройство экранирования антенн описано в авторском свидетельстве СССР 229616, кл. Н 01 Q 15/14, 1969 г.
Недостатками данного устройства являются большой вес и большие габариты, так что данное устройство невозможно использовать в тоннелях.
Известно также антенное устройство с рефлектором по патенту Российской Федерации 2117368, ют Н 01 Q 19/13, 1998 г.
Антенное устройство по з азанному патенту выбрано в качестве прототипа. Устройство содержит резистивно нагруженный дипольный вибратор, отражатель в виде параболоида, в фокусе которого находится вибратор. Внутренняя полость отражателя заполнена средой, близкой по диэлектрической проницаемости к исследуемой среде.
Первый недостаток заключается в больших габаритах, так что два таких устройства невозможно размещать рядом на поверхности забоя в тоннеле.
Предложенное в патенте решение ослабления прямого излучения вибратора за счёт поглотителя малоэффективно по следуюпщм причинам. Если проводиА-юсть матерр1ала поглотителя велика, в результате дифракщ-ш излучение обойдёт стороной поглотитель. Чтобы этого не произошло, поперечные размеры поглотителя долгжны бьтть достаточно велики в долях длины волны, но при этом он сильно перекроет основное излучение от рефлектора. Если проводимость материала поглотителя не будет большой, придётся увеличивать тоттттшяу слоя поглотителя и также увеличивать его поперечные размеры.
Имеется также недостаток, заключающийся в возможностр появления последовате.11ьности паразитных сигналов, возникающей при переотражениях между отражателем и поверхностью в тех случаях, когда дролектрртческая пронрщаемость грунта и матерр1ала, заполняющего рефлектор, заметно различаются и потери в диэлектрике, заполняющем рефлектор, недостаточно
велики. Такие переотражения иметь место nppi наличии воздушного зазора между антенной и поверхностью. Этот воздушный зазор неизбежен при неровности поверхности. Наличие этих переотражений затрудняет правильную интерпретацию реззльтатов зондироваш1я.
Ещё одним недостатком является вырез в рефлекторе, служащий для уменьшения звона антенны. Через этот вырез излучение будет идти в сторону воздуха, и этот вырез ослабляет экраш-фующее свойство рефлектора.
Общими признаками заявленного решения и }тсазанного прототипа являются следуюпще признаки:
антеьшое устройство для георадара, содержит аналогичные передающую и приёмную антенны. каждая из которых имеет. соответственно, электропроводящие излучаюпщй и приёмный элементы, средство экранирования в виде короба и резистивн гю нагрузку.
Решаемой технической задачей является создание компактного антенного устройства, излучающего и принимающего видеоимпульс главным образом в направлении грунта, экранированного от помех и отражений со стороны объектов, находяпщхся в воздухе, с высоким декрементом затухания собственных электромагшггных колебаний антенн, и поэтому обеспечивающего высокую разрешающую способность , с высокой развязкой между передающей и приёмной антеннами.
Достижение указанного результата обеспсч шастся тем, что: антенное устройство для георадара, содержит аналогичные передающую и приёмную антенньт, каждая из которых имеет, соответственно., электропроводящие излучаюпцш и приемный элементы, средство экран фования в виде короба и резистивную нагрузку, причём излучаюпщй и приёмный элементы выполнены в виде пластин, в каждой рв которых образованы восьмёркообразная прорезь, и направленные к центральной части прорези, лепестки, являющиеся частями каждой из проводящих пластин, каждое средство экранирования электрически соедршено по периметру с соответствующей проводящей пластиной, отношение продольных и поперечных по ориентации к линии, соединяютцей центральные з астки восьмеркообразньтх прорезей, размеров А и В, соответственно, короба выбрано в пределах А/В 0.5-2, велич ша меньшего из этих размеров составляет 0.04-0. где К - средняя дщша волны спектра излучаемого импульса, высота короба составляет не менее 0.005 от наибольшего из размеров А ИЛР1 В. отношенрге максршальных продольных И/Р1ЛР1 поперечных соответственно, размеров передающей и приёмной антенн находятся в пределах 0.2-5, продольные оси прорезей ориентированы под углом от О до 90 к
линии, соединяющей центральные участки прорезей и составляют между собой угол не более 50 градусов.
При этом проводящие пластины со стороны, обращённой к поверхности исследуемого объекта, снабжены зашжными диэлектрическими пластинами,
антенны размещены на общем диэлектрическом основании с образованием между ними изолирующего промеж}тка,
центральные участки прорезей находятся на расстоянии не более четырёх суммарных продольных размеров приёмной и передающей антенн, при этом углы между продольными осями прорезей и линией, соединяющей центральные участки прорезей, находятся в пределах от 30 до 60 градусов.
прорези имеют форму двух треутольников, обращённых вершинами встречно, а продольные оси прорезей расположены под углом не более 15 градусов к линии, соединяющей центральные участки прорезей,
ось симметрии антенного устройства совпадает с лршией, соединяющей центральные участки прорезей, а антенны размещены на общем диэлектрическом или металлическом основании,
антенны электрически соединены металлическим проводником, вдоль оси симметрии антенного устройства,
устройство снабжено размещёными в полости короба генератором и/или приёмником сигналов, подключёнными в зком центральном частке гфорези между лепестками,
подключение генератора и/или приёмника к лепесткам выполнено посредством коаксиальных фидеров, внутренний и внешний проводники каждого коаксиального фидера подключены в узком центральном участке прорези, соответственно, к одном и другому лепесткам, причем внешнрш проводник фидера электрически подключен по всей длине к соответствующему лепестку и к внутренней поверхности экранирующего короба,
генератор и/или приёмник размешены в полости короба или на внешней поверхности короба,
устройство снабжено последовательно включённым между центральным проводником коаксиального фидера и соответств тощ1ш ему лепестком, сопротивлением,
в каждом коробе выполнено отверстие для прохождения соответствующего фидера от антенн к приёмнику или генератору, которое размещено на расстоянии от центрального участка прорези не более 0.2 в долях от наибольшего продольного или поперечного размера антенны, а фидеры снабжены коаксиальными разъёмами.
коаксиальные разъёмы размещены в соответствующем отверетии короба,
устройство дополнительно снабжено подключенным в узкой центральной части прорези между лепестками, одаим шш несколькими шунтрфуюшими
сопротивлениями, так чтобы результирующее активное сопротивление полной нагрузки антенны не превышало 100 Ом.
что внутренний объём экранирующего короба заполнен резистивным материалом с проводимостью в пределах 0.02-0.5 Сименс/метр.,
устройство снабжено оптической или оптоволоконной линией связи для подачи видеоимпульса между приёмником и генератором, синхронизирующего их работу.
Предлагаемая совокупность существенных признаков определяется исходя из следующего.
Средство экранирования, выполненоное в форме проводящего короба, электрически соединено по его периметру с передней стенкой антенны. Благодаря этому излучение, идущее внутрь короба и распространяющееся вдоль излучающих проводящих элементов, не выходит из под краёв короба. Передняя стенка антенны (проводяпще пластины) обращена в сторону грунта. Для защиты антенны от повреждений и от окружающей среды при работе антенного устройства в непосредственном контакте с исследуемой средой предусмотрено покрытие передней стенки антенны пластиной из диэлектрика.
Основные габаритные размеры короба - то есть продо.пиьные- А и поперечные- В, по ориентации к линии, соедршяющей центральные частки восьмёркообразных прорезей и длина щели (восьмёркообразной прорези) составляют щ)иблизительно 0.04-0.3-Х, где X - средняя длина волны спектра излучаемого импульса. Больщая ширина этого диапазона определяется разнообразием значений диэлектрической проницаемости rpvina, на котором может работать антенное устройство. Если антенна вплотн}то прижата к гр}-тт, длина щели и габаритные размеры короба составляют около 0.3-0.4-лгр, где А.гр - упомянутая средняя длина волны спектра с учётом замедления в грунте: А.гр A,/Re(Vs). Диапазон возможных значений комплексной диэлектрической проницаемости грунта s на длине волны 256 см (характерная средняя длрша волны спектра импульса радара, работающего в тониеле) простирается от « 4 (сухой песок) до значений 15+/-2 (водонасыщенный песок) и примерно 30+/-30 (влажная глина). При более низкой средней частоте диапазона радара замедление Re(VE) в грунте ещё более возрастает за счёт роста мнилюй части с, которая растёт с понижением частоты. Если антенна пр1шоднята над поверхностью грунта, средняя частота диапазона работы антенного устройства повышается до « 0.3-0.4-л.
По мере уменьшения высоты короба рабочий частотный диапазон антенного устройства сдвигается в область более высоких частот. Кроме того, при уменьшении высоты менее 0.01 от размеров антенны происходит заметное
увеличение доли энергии, поступающей в короб из центральной части щели. В отсутствие заполнения короба антенны резистивным материалом это приводит к ухудшению импульсной характеристики антенного устройства. В случае резистргвного заполнения з мгеньшается КПД антенны.
Например, радар, используемый для опережающего зондирования грунта при проходке тоннелей имеет диапазон частот спектра импульса от 50-70 до 200-300 МГц, антенна имеет размеры около 0.3-0.5 м. высота короба 5-10 см, минимальное расстояние между центрами антенн составляет 0.6-1.2 м. В радаре, использующемся при зондировании строительных конструкций антенны имеют размеры около 8-16 см, высота короба 1-4 см, расстояние между центрами антенн -1.2-1.5 от размера антенн.
Переотражения внутри короба и возможные резонансы короба практически не влияют на работу устройства. То есть в излучаемом сигнале не проявляется звон на характерной частоте короба. Это достигается выбором конструкции антенны. При работе антенн на грунте или на малом расстоянии от грзшта рабочий частотный диапазон антенного устройства таков, что длина волны основного резонанса экранирующего короба существенно меньше средней длины волны рабочего диапазона. Поэтому волна, идущая внутри короба вдоль проводящих излучающих элементов и отражённая от боковой стенки короба сливается с общим электромагнитным колебанием антенны и не выглядит как отде.льнос отражение. Поступившее в короб поле достаточно быстро затухает за излучения через щель, а после отражения от стен короба - в результате потерь в сопротивлении нагрузки антенны, подключённой в центральной узкой части щели. Нагрузкой антенн служат фидеры или непосредственно генератор и приёмник, а также дополнительные щунтирующ ю сопротивлешю, подключаемые между краями щели в центральной узкой части щели. Для ещё бо.11ьшего подавления электромагнитных колебаний внутри короба внутренняя полость короба может заполняться резистивным материалом. Кроме того, если антенна вплотную прижата к грунту или находится на малой высоте, не превышающей примерно 0.02-0.04 от максимального габаритного поперечного размера антенны, большая доля энергрш сразу радёт в сторону грунта и излучается. Меньшая доля идёт в сторону короба. Фактически, собственные колебания поля внутри короба не проявляются отдельно и являются частью общих электромагнитных колебаний всей конструтодш антенны.
Если антенна отодвинута от грунта на расстояние более 0.2 от поперечного размера антенн, частоты, на которых работает антенное устройство, сильно повышаются, и отражение указанной волны, идущей внутри короба, от боковых стен короба может ухудшить форму видеоимпульсного сигнала антенного устройства. Для подавления этой волны предусматривается заполнение внлтренней полости короба резистивным материалом.
Для обеспечения высокого декремента затухания собственных колебаний конструкции антенн, антенны нафужены на сопротивления не более 30-100 Ом. Для этого между сторонами щели в центральной зкой части щели могут подключаться дополнительные сопротивления параллельно фидеру, приёмнику или генератору. Для достижения той же цели внутренняя часть антенны между экражфующим коробом и проводящей пластршой может заполняться резистивным материалом с проводимостью в пределах 0.02-0.5 См/м .
К возбуждению паразитных электромагнитных колебаний всего антенного устройства может приводить соед шение антенн металлическими конструкциями, особенно тонкими проводниками. Поэтому для предотвращения таких паразитных колебаний антенны целесообразно крепить на общем диэлектрическом основании. Если приёмник и генератор объединены в единые блоки с антеннами, передачу видеоимпульса синхронизации между приёмником и генератором целесообразно осутцествлять посредством оптической lum оптоволоконной линии связи, с тем чтобы избежать протягивания фидера с металлическим внешним проводником между антеннами. Отведение коаксиальных фидеров через отверстие в коробе, может пр юодкть к возбуждешпо паразитных токов на внещних проводниках фидеров. Поэтому точка отведения фидеров должна располагаться вблизи к центру антенн или вблизи к оси симметрии антенны, если она совпадает с осью щели.
Подавление собственных колебаний антенн обеспечивается подключением кабеля с волновым сопротивлением не более 50-100 Ом, а также дополнительного шунтирующего сопротивления между краями щели, так чтобы результирующее сопротивление кабеля и сопротрюления не превышало 30-50 Ом.
Для уменьшения электромагнитной связи между антеннами щели повёрнуты на определёьшый угол в диапазоне от О до 90° по отношению к линии, соедршяющей центры антенн.
Для предотвращения возбуждения паразитных колебаний всего антенного устройства как целого, антенны не имеют непосредственного электрического контакта друг с другом, например, прикреплены к общему дтолектрическому основанию с образованием между ними изолирующего промежутка, либо антенное устройство выполнено симметричным, так что эта ось симметрии совпадает с линией, соединяющей центры антенн.
Изобретение поясняется графически.
На фиг. 1 показан вид сверху на антенное ,разрез по А-А,
устройство со снятым экранирующим электропроводящим коробом. На фиг.2 показан разрез по Б-Б антеноного устройства, представленного на фиг. 1. На фиг.3-разрез по С-С на фиг. 1.(повернуто).
Антенное устройство для георадара, содержит аналогичные передающую -1 и приёмную - 2 антенны, каждая из которых имеет, соответственно, электропроводящие излучающий и приёмный элементы, средство экранирования в виде короба - 3 и короба 4 и резистивную нагрузку.
Излучаюпщй и приёмный элементы выполнены в виде пластины -5, пластины - 6, в каждой из которых, соответственно, образованы восьмёркообразные прорезь - 7,
прорезь - 8, и направленные к узким центральным частям (З асткам) 9 и 10 прорези, лепестки 11,12и13,14, являющиеся частями каждой из проводящих пластин 5,6.
Каждое средство экранирования электрически соединено по периметру с соответствующей проводящей пластиной, отношение продольных и поперечных по ориентации к линии - 15, соединяющей центральные участки восьмеркообразных прорезей, размеров
А и В, соответственно, короба выбрано в пределах А/В 0.5-2, величина меньшего из этих размеров составляет 0.04-0.3-Л,, где Л, средняя длина волны спектра излз аемого импульса, высота короба составляет не менее 0.005 от наибольщего из размеров А или В, отношение максимальных продольных и/или поперечных соответственно, размеров передающей и приёмной антенн находятся в пределах 0.2-5, продольные оси прорезей 20,21 ориентированы под углом от О до 90 градусов к линии -15, соединяющей центральные З астки прорезей и составляют между собой угол не более 50 градусов.
Под осью симметрии восьмёркообразной прорези следует понимать линию, проходящую через центры тяжести,(Ц.Т.) двух составных частей восьмёркообразной прорези, расположенные по разные стороны от узкой центральной части восьмёркообразной прорези.
Нри этом проводящие пластины со стороны, обращенной к поверхности исследуемого объекта, снабжены одной или двумя защитными диэлектрическими пластинами 16,(17),
антенны размещены на общем диэлектрическом основании 18с образованием между ними изолирующего промежутка -19,
центральные участки прорезей находятся на расстоянии не более четырех суммарных продольных размеров А и В приёмной и передающей антенн, при этом углы между продольными
прорези MorjT MAfCTb форму двзх треугольников, обращённых вершинами встречно, а продольные оси прорезей при этом могут расположены под углом не более 15 градусов к линии -15, соединяющей центральные участки прорезей,
антенное устройство может быть выполнено симметричным, так что эта ось симметрии совпадает с линией, соединяющей центральные участки прорезей, при этом антенны могут быть размещены на общем диэлектрическом или металлическом основании,
антенное устройство может быть выполнено симметричным, так что эта ось симметрии совпадает с линией, соединяющей центральные участки прорезей, при этом антенны могут бьггь электрически соединены металлическим проводником, идущим вдоль оси симметрии антенного устройства,
устройство может быть снабжено размещёными в полости короба 3,4 генератором и/или приёмником (не показаны) сигналов, подключёнными в узком центральном участке 9 (10) прорези между лепестками,
подключение генератора и/или приёмника к лепесткам выполнено посредством коаксиальных фидеров 22,23, внутренний 24,25 и внеппшй 26,27 проводники каждого коаксиального фидера подключены в узком центральном участке прорези, соответственно, к одному и другому лепесткам, причём внепший проводник фидера электрически подключён по всей длине к соответствующему лепестку и к внутренней поверхности экранирующего короба,
генератор и/или приёмник могут быть размещены в полости короба или на внепшей поверхности короба,
устройство может быть снабжено последовательно включённым между центральным проводником коаксиального фидера и соответствующим ему лепестком, сопротивлением 28,29,
в каждом коробе выполнено отверстие 30,31 для прохождения соответствующего фидера от антенн к приёмнику или генератору, которое размещено на расстоянии от центрального участка прорези не более 0.2 в долях от наибольшего продольного или поперечного размера антенны, а фидеры могут быть снабжены коаксиальными разъёмами 32,33, которые размещены вблизи,или в соответствующем отверстии короба,
устройство дополнительно снабжено подключённым в узкой центральной части прорези между лепестками, одним или несколькими шунтирующими сопротивлениями 34,35, так чтобы результирующее активное сопротивление полной нагрузки антенны не превышало 100 Ом,
устройство может быть снабжено оптической или оптоволоконной линией связи (не показаны) для подачи видеоимпульса между приёмником и генератором, синхронизирующей, их работу.
Работа антенного устройства для радиолокации происходит следующим образом. Антенны размещаются либо непосредственно на поверхности исследуемой среды, либо на небольшом расстоянии от поверхности, обычно не более 0.02-0.04 от максимального габаритного (продольного или поперечного) размера антенны. В некоторых случаях, при неглубоко расположенных объектах или при низких потерях в грунте можно располагать антенны на большем расстоянии от поверхности. Короткий видеоимпульс генератора, содержащий главным образом один основной пик, или ступенчатый импульс с коротким передним фронтом подаётся на вход передающей антенны непосредственно или через фидер. Импульс излучается передающей антенной, поступает в исследуемую среду, отражается от объекта зондирования и поступает на приёмную антенну, затем на приёмште. Именно такой ртмпульс, отражённый, например, от проводящей плоскости, расположенной в группе, и принятый приёмником, считается импульсной характеристикой антенного устройства в отношении полезного сигнала.
Одновременно с излучением полезного сигнала передающей антенной в грунт происходит отражение части энергии поля от краёв передней стенки антенны, что даёт паразитную осциллящпо излучаемого сигнала. Некоторая небольшая часть энерпш за счёт дифракции огибает экрашфующий короб антенны и даёт паразитное излучение в сторону воздуха. Электромагнрггное поле поступает также внутрь короба, распространяется как в направлениях к концам прорези (щели), частично проникая через щель в грунт, так PI между задней стенкой короба и проводщцими излучающими элементами. Затем эти волны достигают боковых стенок короба и отражаются обратно. Попадая обратно в центральную часть антенны эти волны поглощаются в нагрузке антенны. Эти волны вместе с волнами, отражёнными от концов щели и от краёв передней стороны антенны, состав.11яют вместе паразитные собственные колебания антенны, которые, однако, быстро затухают за счёт потерь на 1случеш1е, потерь в нагрззке антенны и в резистивном материале, наполняющем короб. Конструкция антенн обеспечивает быстрое затухание этих колебаний во времени. Использование общего диэлектрического основания для крепления антенн и изоляция корпусов антенн предотвращает возбуждение паразитных собственных колебаний всего ангенного устройства как целого.
Одновременно с распространением полезного зондирующего сигнала распространяется также импульс прямого прохождения непосредственно между передающей и приёмной антенной. Импульс прямого прохождения является
помехой при работе антенного устройства для радиолокации. Минимизация паразитного сигнала прямого прохождения при выбранном фиксированном расстоянии между антеннами обеспечивается выбором направления осей щелей относительно прямой, соедршяющей центры антенн, в конструкции антенного устройства.
При измерениях антенны могут перемещаться вдоль поверхности грунта, сигналы записываются в память компьютера. Затем можно проводить синтез апертуры с целью получения высокого углового и пространственного разрешения при зондировании удалённых объектов.
Claims (16)
1. Антенное устройство для георадара, содержащее аналогичные передающую и приемную антенны, каждая из которых имеет, соответственно, электропроводящие излучающий и приемный элементы, средство экранирования в виде короба и резистивную нагрузку, отличающееся тем, что излучающий и приемный элементы выполнены в виде пластин, в каждой из которых образованы восьмеркообразная прорезь, и направленные к узкой центральной части прорези, лепестки, являющиеся частями каждой из проводящих пластин, каждое средство экранирования электрически соединено по периметру с соответствующей проводящей пластиной, отношение продольных и поперечных по ориентации к линии, соединяющей центральные участки восьмеркообразных прорезей, размеров А и В, соответственно, короба выбрано в пределах А/В = 0,5-2, величина меньшего из этих размеров составляет 0,04-0,3 • λ , где λ - средняя длина волны спектра излучаемого импульса, высота короба составляет не менее 0,005 от наибольшего из размеров А или В, отношение максимальных продольных и/или поперечных соответственно размеров передающей и приемной антенн находятся в пределах 0,2-5, продольные оси прорезей ориентированы под углом от 0 до 90o к линии, соединяющей центральные участки прорезей и составляют между собой угол не более 50o.
2. Антенное устройство по п. 1, отличающееся тем, что проводящие пластины со стороны, обращенной к поверхности исследуемого объекта, снабжены защитными диэлектрическими пластинами.
3. Антенное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что антенны размещены на общем диэлектрическом основании с образованием между ними изолирующего промежутка.
4. Антенное устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что центральные участки прорезей находятся на расстоянии не более четырех суммарных продольных размеров приемной и передающей антенн, при этом углы между продольными осями прорезей и линией, соединяющей центральные участки прорезей, находятся в пределах от 30 до 60o.
5. Антенное устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что прорези имеют форму двух треугольников, обращенных вершинами встречно, а продольные оси прорезей расположены под углом не более 15o к линии, соединяющей центральные участки прорезей.
6. Антенное устройство по п. 5, отличающееся тем, что ось симметрии антенного устройства совпадает с линией, соединяющей центральные участки прорезей, а антенны размещены на общем диэлектрическом или металлическом основании.
7. Антенное устройство по п. 6, отличающееся тем, что антенны электрически соединены металлическим проводником, идущим вдоль оси симметрии антенного устройства.
8. Антенное устройство по пп. 1-7, отличающееся тем, что оно снабжено размещенными в полости короба генератором и/или приемником сигналов, подключенными в узком центральном участке прорези между лепестками.
9. Антенное устройство по пп. 1-7, отличающееся тем, что подключение генератора и/или приемника к лепесткам выполнено посредством коаксиальных фидеров, внутренний и внешний проводники каждого коаксиального фидера подключены в узком центральном участке прорези, соответственно, к одному и другому лепесткам, причем внешний проводник фидера электрически подключен по всей длине к соответствующему лепестку и к внутренней поверхности экранирующего короба.
10. Антенное устройство по п. 9, отличающееся тем, что генератор и/или приемник размещены в полости короба или на внешней поверхности короба.
11. Антенное устройство по п. 9, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно включенным между центральным проводником коаксиального фидера и соответствующим ему лепестком, сопротивлением.
12. Антенное устройство по п. 9, или 10, или 11, отличающееся тем, что в каждом коробе выполнено отверстие для прохождения соответствующего фидера от антенн к приемнику или генератору, которое размещено на расстоянии от центрального участка прорези не более 0,2 в долях от наибольшего габаритного поперечного размера антенны.
13. Антенное устройство по п. 12, отличающееся тем, что фидеры снабжены коаксиальными разъемами, а коаксиальные разъемы размещены в соответствующем отверстии короба.
14. Антенное устройство по пп. 1-13, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено подключенными в узкой центральной части прорези между лепестками, один или несколькими шунтирующими сопротивлениями, так чтобы результирующее активное сопротивление полной нагрузки антенны не превышало 100 Ом.
15. Антенное устройство по пп. 1-14, отличающееся тем, что внутренний объем экранирующего короба заполнен резистивным материалом с проводимостью в пределах 0,02 - 0,5 См/м.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001109281/20U RU21116U1 (ru) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | Антенное устройство для георадара |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001109281/20U RU21116U1 (ru) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | Антенное устройство для георадара |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU21116U1 true RU21116U1 (ru) | 2001-12-20 |
Family
ID=36714319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001109281/20U RU21116U1 (ru) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | Антенное устройство для георадара |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU21116U1 (ru) |
-
2001
- 2001-04-09 RU RU2001109281/20U patent/RU21116U1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4006481A (en) | Underground, time domain, electromagnetic reflectometry for digging apparatus | |
| CA1280487C (en) | Intrusion detection system | |
| US5106175A (en) | Locatable object suitable for underground use and methods of locating same | |
| US4697190A (en) | Borehole located directional antennae means for electromagnetic sensing systems | |
| EP0178877B1 (en) | Microwave reflection survey equipment | |
| US20140125509A1 (en) | Radar for rejecting and looking past surface reflections | |
| US5440316A (en) | Broadband antennas and electromagnetic field simulators | |
| JP2003517615A (ja) | 土壌透過レーダを用いた地下画像の獲得方法 | |
| CA2957597A1 (en) | Subsurface sensing using guided surface wave modes on lossy media | |
| RU2206942C2 (ru) | Антенное устройство для георадара | |
| Burrell et al. | Pulse propagation in lossy media using the low-frequency window for video pulse radar application | |
| US2573682A (en) | Means and method for electromagnetic-wave investigations | |
| RU21116U1 (ru) | Антенное устройство для георадара | |
| CA1189569A (en) | Method and apparatus for single pulse electromagnetic measurements of soil conductivity and dielectric constant | |
| CN118554166B (zh) | 一种钻孔多频雷达的天线模组 | |
| Iwasaki et al. | A unidirectional semi-circle spiral antenna for subsurface radars | |
| US6154167A (en) | Excitation method and ultra-wide bandwidth antenna for ground penetrating radar systems | |
| JPH033503A (ja) | 折り曲げアンテナ | |
| US3221330A (en) | Cavity backed log periodical antenna system | |
| JP3883251B2 (ja) | レーダアンテナ | |
| US3680133A (en) | Subsurface traveling wave antenna | |
| Ostapenko et al. | Characteristics of VLF atmospherics near the resonance frequency of the Earth-ionosphere waveguide 1.6–2.3 kHz by observations in the auroral region | |
| JP2850994B2 (ja) | スロットアンテナを利用するボアホールレーダ | |
| RU2117368C1 (ru) | Антенна для георадара | |
| CN201011524Y (zh) | 天线与收发前端一体化设计的非线性结探测雷达 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ND1K | Extending utility model patent duration | ||
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20090410 |