АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОРАДАРА

АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОРАДАРА


RU (11) 2206942 (13) C2

(51) 7 H01Q1/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001114074/09 
(22) Дата подачи заявки: 2001.05.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.05.25 
(45) Опубликовано: 2003.06.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2117368 C1, 10.08.1998. SU 229616, 03.03.1969. US 4028707 A, 07.06.1977. US 3967282 A, 29.06.1976. US 4062010 A, 06.12.1977. GB 2165702, 16.04.1986. EP 0087683, 07.09.1983. US 4687445 A, 18.08.1987. US 5057844 A, 15.10.1991. 
(71) Заявитель(и): Общество с ограниченной ответственностью "ГеоСпецФизика" 
(72) Автор(ы): Изюмов С.В. 
(73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "ГеоСпецФизика" 
Адрес для переписки: 125206, Москва, пр-д Соломенная сторожка, 12, ООО "ГеоСпецФизика" 

(54) АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОРАДАРА 

Антенное устройство для георадара предназначено для подземной радиолокации, в частности для опережающего контроля состояния геомассива при проходке тоннелей, а также для зондирования строительных сооружений. Техническим результатом является создание компактного антенного устройства, излучающего и принимающего видеоимпульс главным образом в направлении грунта, экранированного от помех и отражений со стороны объектов, находящихся в воздухе, с высоким декрементом затухания собственных электромагнитных колебаний антенн и поэтому обеспечивающего высокую разрешающую способность радара с высокой развязкой между передающей и приемной антеннами. Зондирование может проводиться как с поверхности земли, так и с поверхности забоя или стен строящегося тоннеля. Антенны размещаются либо вплотную к поверхности грунта, либо на небольшом расстоянии от поверхности грунта. Антенное устройство включает антенны щелевого типа с резистивной нагрузкой. 10 з.п. ф-лы, 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к антенным устройствам и предназначено для использования в геофизике, геологии и строительстве, для зондирования короткими электромагнитными видеоимпульсами подповерхностных слоев земли, например, для опережающего контроля строения грунта впереди забоя строящегося тоннеля, для выявления дефектов и трещин внутри бетонных или других 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 полупериодов колебаний. Зондирование может проводиться как с поверхности земли, так и с поверхности забоя или стен строящегося тоннеля. Антенное устройство включает передающую и приемную антенны, расположенные рядом на определенном расстоянии друг относительно друга, зависящем от требуемой глубины зондирования и доступной площади поверхности. Антенны размещаются либо вплотную к поверхности исследуемой среды, либо на небольшом расстоянии от поверхности среды.

При использовании коротких видеоимпульсов возбуждения в антенне возникают собственные затухающие электромагнитные колебания (звон антенны). В дипольных антеннах они вызваны отражениями излучения от концов вибратора. В щелевой антенне они являются результатом отражений от концов щели, от краев передней проводящей стенки с внешней ее стороны, обращенной к исследуемой среде, и отражений внутри экранирующего короба. В результате излучения эти колебания обычно быстро затухают. При зондировании необходимо иметь видеоимпульс, состоящий не более чем из 1-3 основных осцилляций (полупериодов), и все осцилляции, кроме первой, должны иметь по возможности меньшую амплитуду. Часто первая осцилляция максимальна по амплитуде. Все остальные осцилляции, имеющие меньшую амплитуду, являются помехами, так как могут накладываться на другие отраженные 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 резистивные нагрузки.

В георадиолокации применяются резистивно нагруженные вибраторные антенны, в частности с сопротивлением, распределенным вдоль плеч вибратора. 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 щита, других посторонних предметов и дает высокий уровень помех и ложных отражений при работе георадара. Все это в конечном итоге сильно уменьшает чувствительность аппаратуры. Поэтому подобные антенны накрывают сверху дополнительным экраном в виде экранирующего короба или рефлектора. Это дает существенное ослабление паразитного излучения 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, кл. Н 01 Q 19/13, 1998 г.

Антенное устройство по указанному 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 счет поглотителя малоэффективно по следующим причинам. Если удельная электрическая проводимость материала поглотителя велика, в результате дифракции излучение обойдет стороной поглотитель. Чтобы этого не произошло, поперечные размеры поглотителя должны быть достаточно велики в долях длины волны, но при этом он сильно перекроет основное излучение от рефлектора. Если удельная электрическая проводимость материала поглотителя не будет большой, придется увеличивать толщину слоя поглотителя и также увеличивать его поперечные размеры.

Имеется также недостаток, заключающийся в возможности появления последовательности паразитных сигналов, возникающей при переотражениях между отражателем и поверхностью в тех случаях, когда диэлектрическая проницаемость грунта и материала, заполняющего рефлектор, заметно различаются и потери в диэлектрике, заполняющем рефлектор, недостаточно велики.

Такие переотражения могут иметь место при наличии воздушного зазора между антенной и поверхностью. Этот воздушный зазор неизбежен при неровности поверхности.

Наличие этих переотражений затрудняет правильную интерпретацию результатов зондирования.

Еще одним недостатком является вырез в рефлекторе, служащий для уменьшения "звона" антенны. Через этот вырез излучение будет идти в сторону воздуха, и этот вырез ослабляет экранирующее свойство рефлектора.

Общими признаками заявленного решения и указанного прототипа являются следующие признаки:

"антенное устройство для георадара, содержит аналогичные передающую и приемную антенны, каждая из которых имеет соответственно электропроводящие излучающий и приемный элементы, средство экранирования в виде экранирующего короба и резистивную нагрузку".

Решаемой технической задачей является создание компактного антенного устройства, излучающего и принимающего видеоимпульс плавным образом в направлении исследуемой среды, экранированного от помех и отражений со стороны объектов, находящихся в воздухе, с высоким декрементом затухания собственных электромагнитных колебаний антенн.

Достижение указанного результата обеспечивается тем, что:

"антенное устройство для георадара содержит аналогичные передающую и приемную антенны, каждая из которых имеет соответственно электропроводящие излучающий и приемный элементы, средство экранирования в виде экранирующего короба и резистивную нагрузку, причем излучающий и приемный элементы выполнены в виде электропроводящих пластин, в каждой из которых образованы восьмеркообразная прорезь, и направленные к узкому центральному участку восьмеркообразной прорези, лепестки, являющиеся частями каждой из электропроводящих пластин, каждое средство экранирования электрически соединено по периметру с соответствующей электропроводящей пластиной,

при этом отношение продольных и поперечных по ориентации к прямой линии, соединяющей середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей, размеров А и В соответственно экранирующего короба выбрано в пределах А/В= 0.5-2, величина меньшего из этих размеров составляет 0.04-0., где - средняя длина волны спектра излучаемого видеоимпульса, высота экранирующего 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 находится в пределах 0.2-5, продольные оси восьмеркообразных прорезей ориентированы под углом от 0 до 90o к прямой линии, соединяющей середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей, и составляют между собой угол не более 50o,

электропроводящие пластины со стороны, обращенной к поверхности исследуемого объекта, снабжены защитными диэлектрическими пластинами,

антенны размещены на общем диэлектрическом основании с образованием между ними изолирующего промежутка,

середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей находятся на расстоянии не более четырех суммарных продольных размеров приемной и передающей антенн, при этом углы между продольными осями восьмеркообразных прорезей и прямой линией, соединяющей середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей, находятся в пределах от 30 до 60o,

восьмеркообразные прорези имеют форму двух треугольников, обращенных вершинами встречно, а продольные оси восьмеркообразных прорезей расположены под углом не более 15o к прямой линии, соединяющей середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей,

плоскость симметрии антенного устройства содержит продольные оси восьмеркообразных прорезей и прямую линию, соединяющую середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей, а антенны размещены на общем диэлектрическом или металлическом основании,

антенны электрически соединены металлическим проводником, идущим в плоскости симметрии антенного устройства, содержащей прямую линию, соединяющую середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей,

антенное устройство снабжено размещенными в полости экранирующего короба генератором и/или приемником сигналов, подключенными в узком центральном участке восьмеркообразной прорези между лепестками,

подключение генератора и/или приемника к лепесткам выполнено посредством коаксиальных фидеров, внутренний и внешний проводники каждого коаксиального фидера подключены в узком центральном участке восьмеркообразной 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,

генератор и/или приемник размещены в полости экранирующего короба или на внешней поверхности экранирующего короба,

антенное устройство снабжено последовательно включенным между центральным проводником коаксиального фидера и соответствующим ему лепестком сопротивлением,

в каждом экранирующем коробе выполнено отверстие для прохождения соответствующего фидера от антенн к приемнику или генератору, так что ортогональная проекция центра отверстия на плоскость электропроводящей пластины находится на расстоянии от середины узкого центрального участка восьмеркообразной прорези не более 0.2 от наибольшего продольного или поперечного размера антенны, а фидеры снабжены коаксиальными разъемами,

коаксиальные разъемы размещены в соответствующем отверстии экранирующего короба,

антенное устройство дополнительно снабжено подключенным в узком центральном участке восьмеркообразной прорези между лепестками, одним или несколькими шунтирующими сопротивлениями, так чтобы результирующее активное сопротивление полной нагрузки антенны не превышало 100 Ом,

что внутренний объем экранирующего короба заполнен резистивным материалом с удельной электрической проводимостью в пределах 0.02-0.5 См/м,

антенное устройство снабжено оптической, например оптоволоконной, линией связи для подачи видеоимпульса между приемником и генератором, синхронизирующего их работу,

направленные встречно к узкому центральному участку восьмеркообразной прорези лепестки выполнены со скругленными встречно-направленными участками.

Предлагаемая совокупность существенных признаков определяется исходя из следующего.

Средство экранирования, выполненное в форме электропроводящего экранирующего короба, электрически соединено по его периметру с электропроводящей пластиной, являющейся передней стенкой антенны, в которой выполнена восьмеркообразная прорезь (щель). Благодаря этому излучение, идущее внутрь экранирующего короба и распространяющееся вдоль электропроводящих излучающих элементов, не выходит из под краев экранирующего короба.

Электропроводящая пластина с восьмеркообразной прорезью, являющаяся передней стенкой антенны, 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 защитной диэлектрической пластиной.

Основные габаритные размеры экранирующего короба - то есть продольные - "А" и поперечные - "В", по ориентации к прямой линии, соединяющей середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей и длина восьмеркообразной прорези (щели) составляют приблизительно 0.04-0.3, где - средняя длина волны спектра излучаемого видеоимпульса. Большая ширина этого диапазона определяется разнообразием значений диэлектрической проницаемости грунта, на котором может работать антенное устройство. Если антенна вплотную прижата к грунту, длина восьмеркообразной прорези (щели) и габаритные размеры экранирующего короба составляют около 0.3-0.4гр, где гр- упомянутая средняя длина волны спектра с учетом замедления в грунте: Диапазон возможных значений комплексной диэлектрической проницаемости грунта на длине волны 256 см (характерная средняя длина волны спектра видеоимпульса радара, работающего в тоннеле) простирается от 4 (сухой песок) до значений 15+i2 (водонасыщенный песок) и примерно 30+i30 (влажная глина). При более низкой средней частоте диапазона радара замедление в грунте еще более возрастает за счет роста мнимой части , которая растет с понижением частоты. Если антенна приподнята над поверхностью грунта, средняя частота диапазона работы антенного устройства повышается до 0.3-0.4.

По мере уменьшения высоты экранирующего 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 экранирующий короб из узкого центрального участка восьмеркообразной прорези (щели). В отсутствие заполнения экранирующего короба антенны резистивным материалом это приводит к ухудшению импульсной характеристики антенного устройства. В случае резистивного заполнения уменьшается кпд антенны.

Например, радар, используемый для опережающего зондирования грунта при проходке тоннелей имеет диапазон частот спектра видеоимпульса от 50-70 до 200-300 МГц, антенна имеет размеры около 0.3-0.5 м, высота экранирующего 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 экранирующего короба 1-4 см, расстояние между центрами антенн - 1.2-1.5 от размера антенн.

Переотражения внутри экранирующего короба и возможные резонансы экранирующего короба практически не влияют на работу устройства. То есть в излучаемом сигнале не проявляется звон на характерной частоте экранирующего короба. Это достигается выбором конструкции антенны. При работе антенн на грунте или на малом расстоянии от грунта рабочий частотный диапазон антенного устройства таков, что длина волны основного резонанса экранирующего короба существенно меньше средней длины волны рабочего диапазона. Поэтому волна, идущая внутри экранирующего короба вдоль электропроводящих излучающих элементов и отраженная от боковой стенки экранирующего короба сливается с общим электромагнитным колебанием антенны и не выглядит как отдельное отражение.

Поступившее в экранирующий короб поле достаточно быстро затухает за счет излучения через восьмеркообразную прорезь (щель), а после отражения от стен экранирующего короба - в результате потерь в сопротивлении нагрузки антенны, подключенной в узком центральном участке восьмеркообразной прорези. Нагрузкой антенн служат фидеры или непосредственно генератор и приемник, а также дополнительные шунтирующие сопротивления, подключаемые между лепестками, другими словами, между противоположными сторонами восьмеркообразной прорези, в узком центральном участке восьмеркообразной прорези. Для еще большего подавления электромагнитных колебаний внутри экранирующего короба внутренняя полость экранирующего 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 поперечного размера антенны, большая доля энергии сразу идет в сторону грунта и излучается. Меньшая доля идет в сторону экранирующего короба. Фактически, собственные колебания поля внутри экранирующего короба не проявляются отдельно и являются частью общих электромагнитных колебаний всей конструкции 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 экранирующего короба, от боковых стен экранирующего короба может ухудшить форму видеоимпульсного сигнала антенного устройства. Для подавления этой волны предусматривается заполнение внутренней полости экранирующего короба резистивным материалом.

Для обеспечения высокого декремента затухания собственных колебаний конструкции антенн, антенны нагружены на сопротивления не более 30-100 Ом. Для этого между лепестками, другими словами, между противоположными сторонами восьмеркообразной прорези, в узком центральном участке восьмеркообразной прорези могут подключаться дополнительные сопротивления параллельно фидеру, приемнику или генератору. Для достижения той же цели полость экранирующего короба, то есть внутренняя часть антенны между экранирующим коробом и электропроводящей пластиной может заполняться резистивным материалом с удельной электрической проводимостью в пределах 0.02-0.5 См/м.

К возбуждению паразитных электромагнитных колебаний всего антенного устройства может приводить соединение антенн металлическими конструкциями, особенно тонкими проводниками. Поэтому для предотвращения таких паразитных колебаний антенны целесообразно крепить на общем диэлектрическом основании. Если приемник и генератор объединены в единые блоки с антеннами, передачу видеоимпульса синхронизации между приемником и генератором целесообразно осуществлять посредством оптической, например оптоволоконной, линии связи, с тем чтобы избежать прокладывания фидера с металлическим внешним проводником между антеннами. Отведение коаксиальных фидеров через отверстие в экранирующем коробе может приводить к возбуждению паразитных токов на внешних проводниках фидеров. Поэтому ортогональная проекция центра этого отверстия на плоскость электропроводящей пластины находится на расстоянии от середины узкого центрального участка восьмеркообразной прорези не более 0.2 от наибольшего продольного или поперечного размера антенны.

Для уменьшения электромагнитной связи между антеннами продольные оси восьмеркообразных прорезей (щелей) повернуты на определенный угол в диапазоне от 0 до 90o по отношению к прямой линии, соединяющей середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей.

Для предотвращения возбуждения паразитных электромагнитных колебаний всего антенного устройства как целого, антенны не имеют непосредственного электрического контакта друг с другом, например, прикреплены к общему диэлектрическому основанию с образованием между ними изолирующего промежутка.

Другой способ предотвратить возбуждения паразитных электромагнитных колебаний всего антенного устройства - это выполнить антенное устройство симметричным, так чтобы плоскость симметрии антенного устройства содержала как продольные оси восьмеркообразных прорезей (щелей), так и прямую линию, соединяющую середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей. При этом антенны могут быть установлены как на диэлектрическом, так и на металлическом основании. При использовании металлического основания в нем должны быть предусмотрены вырезы или отверстия напротив восьмеркообразных прорезей, чтобы металлическое основание не влияло на излучение из восьмеркообразных прорезей. Металлическое основание может также крепиться к экранирующим коробам.

При выполнении указанного условия симметрии антенного устройства допускается наличие металлического проводника, проложенного в упомянутой плоскости симметрии антенного устройства, и соединенного электрически с экранирующими коробами или электропроводящими пластинами антенн. Наличие такого проводника, например коаксиального фидера, по которому передается видеоимпульс между приемником и генератором, синхронизирующий их работу, не приведет к возбуждению паразитных электромагнитных колебаний антенного устройства.

Изобретение поясняется графически.

На фиг. 1 показан вид сверху на антенное, разрез по А-А, устройство со снятым экранирующим коробом. На фиг.2 показан разрез по Б-Б антенного 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 приемную 2 антенны, каждая из которых имеет соответственно электропроводящие излучающий и приемный элементы, средство экранирования в виде экранирующего короба 3, экранирующего короба 4 и резистивную нагрузку.

Излучающий и приемный элементы выполнены в виде электропроводящей пластины 5, электропроводящей пластины 6, в каждой из которых соответственно образованы восьмеркообразные прорезь 7, восьмеркообразная прорезь 8, и направленные к узким центральным участкам 9 и 10 восьмеркообразных прорезей, лепестки 11, 12 и 13, 14, являющиеся частями каждой из электропроводящих пластин 5, 6.

Каждое средство экранирования электрически соединено по периметру с соответствующей проводящей пластиной, отношение продольных и поперечных по ориентации к прямой линии 15, соединяющей середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей, размеров А и В соответственно экранирующего короба выбрано в пределах А/В=0.5-2, величина меньшего из этих размеров составляет 0.04-0.3, где - средняя длина волны спектра излучаемого видеоимпульса, высота экранирующего 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 восьмеркообразных прорезей 20, 21 ориентированы под углом от 0 до 90o к прямой линии - 15, соединяющей середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей и составляют между собой угол не более 50o.

Под продольной осью восьмеркообразной прорези следует понимать прямую линию, проходящую через центры тяжести (ЦТ) двух составных частей восьмеркообразной прорези, расположенных по разные стороны от прямого отрезка, соединяющего по наикратчайшему пути противоположные стороны восьмеркообразной прорези в ее узком центральном участке.

Под серединой узкого центрального участка восьмеркообразной прорези следует понимать середину прямого отрезка, соединяющего по наикратчайшему пути противоположные стороны восьмеркообразной прорези в ее узком центральном участке.

При этом электропроводящие пластины со стороны, обращенной к поверхности исследуемого объекта, снабжены одной или двумя защитными диэлектрическими пластинами 16 и 17,

антенны размещены на общем диэлектрическом основании 18 с образованием между ними изолирующего промежутка 19,

середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей находятся на расстоянии не более четырех суммарных размеров "А" и "В" приемной и передающей антенн, при этом углы между продольными осями 20, 21 восьмеркообразных прорезей и прямой линией 15, соединяющей середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей, находятся в пределах от 30 до 60o,

восьмеркообразные прорези могут иметь форму двух треугольников, обращенных вершинами встречно, а продольные оси восьмеркообразных прорезей могут быть расположены под углом не более 15o к прямой линии 15, соединяющей середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей,

антенное устройство может быть выполнено симметричным, так что плоскость симметрии антенного устройства содержит продольные оси восьмеркообразных прорезей и прямую линию, соединяющую середины узких центральных участков восьмеркообразных прорезей, при этом антенны могут быть электрически соединены друг с другом металлическим проводником, идущим в указанной плоскости симметрии антенного устройства,

антенное устройство может быть снабжено размещенными в полости экранирующего короба 3, 4 генератором и/или приемником (не показаны) сигналов, подключенными в узком центральном участке 9 (10) восьмеркообразной прорези между лепестками,

подключение генератора и/или приемника к лепесткам выполнено посредством коаксиальных фидеров 22, 23, внутренний 24, 25 и внешний 26, 27 проводники каждого коаксиального фидера подключены в узком центральном участке восьмеркообразной 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,

генератор и/или приемник могут быть размещены в полости экранирующего короба или на внешней поверхности экранирующего короба,

антенное устройство может быть снабжено последовательно включенным между центральным проводником коаксиального фидера и соответствующим ему лепестком, сопротивлением 28, 29,

антенное устройство может быть снабжено оптической или оптоволоконной линией связи (не показаны) для подачи видеоимпульса между приемником и генератором, синхронизирующего их работу,

в каждом экранирующем коробе выполнено отверстие 30, 31 для прохождения соответствующего фидера от антенн к приемнику или генератору, так что ортогональная проекция центра этого отверстия на плоскость электропроводящей пластины находится на расстоянии от середины узкого центрального участка восьмеркообразной прорези не более 0.2 от наибольшего продольного или поперечного размера антенны, а фидеры снабжены коаксиальными разъемами 32, 33, которые размещены вблизи, или в соответствующем отверстии экранирующего короба,

антенное устройство дополнительно снабжено подключенным в узком центральном участке восьмеркообразной прорези между лепестками одним или несколькими шунтирующими сопротивлениями 34, 35, так чтобы результирующее активное сопротивление полной нагрузки антенны не превышало 100 Ом,

внутренний объем экранирующего короба может быть заполнен резистивным материалом (не показан) с удельной электрической проводимостью в пределах 0.02-0.5 См/м,

антенное устройство может быть снабжено оптической, например оптоволоконной, линией связи (не показаны) для подачи видеоимпульса между приемником и генератором, синхронизирующей их работу,

направленные встречно к узкому центральному участку 9 и 10 восьмеркообразной прорези 7 и 8 лепестки 11, 12 и 13, 14 выполнены со скругленными встречно-направленными участками.

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 (продольного или поперечного) размера антенны. В некоторых случаях, при неглубоко расположенных объектах или при низких потерях в среде можно располагать антенны на большем расстоянии от поверхности. Короткий видеоимпульс генератора, содержащий главным образом один основной пик, или ступенчатый видеоимпульс с коротким передним фронтом подается на вход передающей антенны непосредственно или через фидер. Видеоимпульс излучается передающей антенной, поступает в исследуемую среду, отражается от объекта зондирования и поступает на приемную антенну, затем на приемник. Именно такой видеоимпульс, отраженный, например, от проводящей плоскости, расположенной в среде, и принятый приемником, считается импульсной характеристикой антенного устройства в отношении полезного сигнала.

Одновременно с излучением полезного сигнала передающей антенной в среду происходит отражение части энергии поля от краев передней стенки антенны, что дает паразитную осцилляцию излучаемого сигнала. Некоторая небольшая часть энергии за счет дифракции огибает экранирующий короб антенны и дает паразитное излучение в сторону воздуха. Электромагнитное поле поступает также внутрь экранирующего короба, распространяется как в направлениях к концам восьмеркообразной прорези (щели), так и в промежутке между задней стенкой экранирующего короба и электропроводящими излучающими элементами (лепестками) в направлении от центра антенны к краям экранирующего короба. Затем эти волны достигают боковых стенок экранирующего короба и отражаются обратно. Попадая обратно в центральную часть антенны, эти волны поглощаются в нагрузке антенны. Эти волны вместе с волнами, отраженными от концов восьмеркообразной прорези (щели) и от краев передней стороны антенны, составляют вместе паразитные собственные колебания антенны, которые, однако, быстро затухают за счет потерь на излучение, потерь в нагрузке антенны и в резистивном материале, наполняющем экранирующий 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 антенного устройства как целого.

Одновременно с распространением полезного зондирующего сигнала распространяется также сигнал прямого прохождения непосредственно между передающей и приемной антенной. Сигнал прямого прохождения является помехой при работе антенного устройства для радиолокации. Минимизация паразитного сигнала прямого прохождения при выбранном фиксированном расстоянии между антеннами обеспечивается выбором направления продольных осей восьмеркообразных прорезей (щелей) относительно прямой линии, соединяющей середины узких центральных участков щелей, в конструкции антенного устройства.

При измерениях антенны могут перемещаться вдоль поверхности среды, сигналы записываются в память компьютера. Затем можно проводить синтез апертуры с целью получения высокого углового и пространственного разрешения при зондировании удаленных объектов. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



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 электропроводящего экранирующего короба и резистивную нагрузку, отличающееся тем, что излучающий и приемный элементы выполнены в виде электропроводящих пластин, в каждой из которых образованы восьмеркообразная прорезь и направленные к узкому центральному участку восьмеркообразной прорези лепестки, являющиеся частями каждой из электропроводящих пластин, каждое средство экранирования электрически соединено по периметру с соответствующей электропроводящей пластиной.

2. Антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что электропроводящие 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 любому из пп.1-3, отличающееся тем, что оно снабжено размещенными в полости экранирующего короба генератором и/или приемником сигналов, подключенным в узком центральном участке восьмеркообразной прорези между лепестками.

5. Антенное устройство по любому из пп.1-4, 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 восьмеркообразной 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.

6. Антенное устройство по п.5, отличающееся тем, что генератор и/или приемник размещены в полости экранирующего короба или на внешней поверхности экранирующего короба.

7. Антенное устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно включенным между центральным проводником коаксиального фидера и соответствующим ему лепестком сопротивлением.

8. Антенное устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено подключенным в узком центральном участке восьмеркообразной прорези между лепестками одним или несколькими шунтирующими сопротивлениями так, чтобы результирующее активное сопротивление полной нагрузки антенны не превышало 100 Ом.

9. Антенное устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что внутренний объем экранирующего короба заполнен резистивным материалом с удельной электрической проводимостью в пределах 0.02-0.5 См/м.

10. Антенное устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что оно снабжено оптической, например оптоволоконной, линией связи для подачи видеоимпульса между приемником и генератором, синхронизирующего их работу.

11. Антенное устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что направленные встречно в узком центральном участке восьмеркообразной прорези, лепестки выполнены со скругленными встречно-направленными участками.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru