探地雷達(dá)天線的制作方法
【專利摘要】一種用于探地雷達(dá)的天線系統(tǒng)，包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)天線（1）和至少一個(gè)接收機(jī)天線（2），其中發(fā)射機(jī)天線和接收天線被安裝在其各自向下傾斜的接地面（5）上，以形成在正常操作期間尖端向下指向地（10）的V形楔，其中所述天線包括三角形或V形單極子，所述單極子是通過在被放置于雷達(dá)吸收材料（4）的層的下側(cè)的玻璃纖維基底的片載體（3）上施加金屬表面制成的，其中材料層的頂側(cè)被金屬接地面（5）所覆蓋。
【專利說明】探地雷達(dá)天線【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于探地雷達(dá)的天線系統(tǒng)，其中所發(fā)射的電磁波主要輻射到地下。
【背景技術(shù)】
[0002]探地雷達(dá)是一類向地下發(fā)射電磁波(無線電波)并測量來自地下的物體或地層的反射的雷達(dá)。這類雷達(dá)的天線必須使所發(fā)射的信號以盡可能最佳的方式穿透到地下。由此，天線應(yīng)緊密接近地地放置。為了在雷達(dá)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間獲得足夠的隔離度，通常會用到單獨(dú)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)單元，并且這二者是以彼此緊挨著的方式安裝的。
[0003]所謂的“蝴蝶結(jié)”天線已被用于需要寬帶寬的諸多用途。描述這種天線的最有名的文章由 G.H.Brown 和 0.M.Woodward 在 1952 年 12 月發(fā)表于 RCA Review 第 425-452 頁。此后還發(fā)表了與此類天線的變體有關(guān)的很多文章。對于探地雷達(dá)，通常使用的是蝴蝶結(jié)偶極子，但是這些天線需要所謂的“換衡(balun)”(平衡-不平衡)變換器來進(jìn)行令人滿意的操作。在 2000年，E.S.Eide 在 IEE Transactions on Microwave, Antennas and Propagation第147卷第3號發(fā)表了一篇文章,公開了包括由幾個(gè)安裝在V形接地面(ground plane)底側(cè)的蝴蝶結(jié)單極子的新的天線系統(tǒng)。由于該天線系統(tǒng)包含單極子而不是偶極子，因此天線不再依靠換衡變換器。然而接地面的形狀導(dǎo)致使用相對大量的損耗材料(吸收器)來填充接地面與天線元件之間的空間。
[0004]關(guān)于該天線的進(jìn)一步的研發(fā)獲得了專利，即挪威專利號316，658、歐洲專利號1，558，946以及美國專利號7，170，449。根據(jù)該專利，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線安裝在通過鉸鏈連接的共用的接地面上，使其可能將天線之間的角度α調(diào)整到最優(yōu)值。然而，在該結(jié)構(gòu)的下側(cè)，來自發(fā)射機(jī)天線的雷達(dá)信號的一部分會在進(jìn)入地之前在與發(fā)射機(jī)天線位置相對的接收天線處反射。因此產(chǎn)生非預(yù)期的雙脈沖，這降低雷達(dá)分開挨得近的物體的能力。另外，從地本身向上反射的雷達(dá)波會被天線結(jié)構(gòu)額外反射一次，這是由于相連的接地面構(gòu)成所謂的角形反射器。被反射的信號會再次進(jìn)入地并產(chǎn)生所謂的多重信號，其減低雷達(dá)圖像的保真度。該構(gòu)造的第三個(gè)缺點(diǎn)是產(chǎn)生從發(fā)射機(jī)`天線到接收機(jī)天線的強(qiáng)直達(dá)波，因?yàn)榘l(fā)射機(jī)天線與接收機(jī)天線的位置彼此相對。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]現(xiàn)在，天線被進(jìn)一步研發(fā)成根據(jù)本發(fā)明的新的天線系統(tǒng)，其公開針對上述問題的全新的改進(jìn)解決方案。
[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是公布與在先天線系統(tǒng)相比提供更高質(zhì)量的雷達(dá)信號的天線。本發(fā)明允許大幅抑制從發(fā)射機(jī)天線到接收機(jī)天線的直達(dá)波，近乎完全消除雙脈沖，以及天線與地表面之間的多次大幅抑制。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是使能更簡單和更可靠的天線系統(tǒng)機(jī)械構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的天線系統(tǒng)的特性特征在獨(dú)立權(quán)利要求1中是顯而易見的。附加特征則是由從屬權(quán)利要求給出的。[0008]根據(jù)本發(fā)明的用于探地雷達(dá)的天線系統(tǒng)包括兩個(gè)片狀天線裝置，其中兩個(gè)天線裝置分別包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)天線和至少一個(gè)接收機(jī)天線。每個(gè)天線裝置中的天線包括通過在位于雷達(dá)吸收材料的層的下側(cè)的電絕緣載體片上施加金屬表面而形成的單極子，其中金屬層的頂側(cè)被金屬接地面所覆蓋。對天線裝置來說，有利的是將其布置成具有從饋送點(diǎn)向下傾斜的位置，以使天線裝置形成在正常操作期間尖端向下指向地的V形楔。此外，有利的是接地面彼此不處于電連接中。
[0009]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線大體上是V形的。
[0010]根據(jù)實(shí)施例，兩個(gè)天線裝置之間的垂直平面中的角度(α )可以通過使用以機(jī)械的方式將所述接地面相互連接的非導(dǎo)電鉸鏈來調(diào)整。
[0011]天線的端點(diǎn)(從饋送點(diǎn)看是位于天線最外面的部分的)典型地通過電阻器和墊片連接到接地面。此外，對于發(fā)射機(jī)天線的端點(diǎn)來說，有利的是使其指向接收機(jī)天線的端點(diǎn)。
[0012]根據(jù)實(shí)施例，天線系統(tǒng)可以包括多個(gè)發(fā)射機(jī)天線和多個(gè)接收機(jī)天線，構(gòu)成沿著兩個(gè)天線裝置之間的對稱軸分布的線性天線陣列。
[0013]雷達(dá)吸收材料可以包括一個(gè)或多個(gè)電阻(resistant)層。片載體可以是層壓片，尤其是電路板層壓片，優(yōu)選地包括玻璃纖維基底。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]現(xiàn)在將參考附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中:
[0015]圖1示出從側(cè)面看到的天線系統(tǒng)的截面。
[0016]圖2示出從下側(cè)看到的根據(jù)本發(fā)明的天線系統(tǒng)的實(shí)施例。
[0017]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的天線系統(tǒng)的實(shí)施例，其中若干個(gè)發(fā)射機(jī)天線和若干個(gè)接收機(jī)天線是沿著天線系統(tǒng)的對稱軸分布的。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1示出包括如下所述的分別用于發(fā)送和接收的兩個(gè)天線裝置的天線系統(tǒng)。發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線(1-2 )包括在電絕緣片載體(3 )上的、用導(dǎo)電材料制成的單極子，其可以是例如FR-4型的1.55mm厚的電路板層壓片。單極子可以例如是三角形或V形的，用于與饋送點(diǎn)(6)的最佳的阻抗匹配。電路板層壓片(3)位于包括吸收無線電波的吸收材料(4)的片的下側(cè)。該材料既可以是包括薄電阻(resistive)層的材料，或者可以是例如來自愛瑪森康明(Emerson and Cuming)的Eccosorb AN79型雷達(dá)吸收材料。該吸收材料被放置在包括金屬的底層接地面(5)上。用于發(fā)射和接收的天線(1-2)的構(gòu)造相同。天線中的每一個(gè)均借助位于饋送點(diǎn)(6)的同軸電纜饋送，其中同軸電纜的中心線連接到天線(1, 2)，并且屏蔽連接到接地面(5)。在下文中，天線的外部部分被稱為端點(diǎn)，其通過例如安裝在接地面(5)上的50歐姆的電阻器(7)來連接到接地面。天線裝置被布置為形成尖端向下指向地的V形楔。
[0019]在操作期間，天線的端點(diǎn)與地(10)最接近，并且墊片(8)提供電路板層壓片(3)與接地面(5)的機(jī)械附連。在該示例中，接地面的兩個(gè)部分借助非導(dǎo)電鉸鏈(9)彼此相連，這使能將天線之間的角度α調(diào)整到最優(yōu)值。本發(fā)明的基本特征是:分別用于發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線的接地面彼此是沒有電連接的。本發(fā)明的另一個(gè)特征是:天線的端點(diǎn)是指向彼此的而不是盡可能遠(yuǎn)離彼此的。角度α的最優(yōu)值會隨著測量問題的不同而改變，并且土壤的介電特性將會是決定因素。在操作期間，天線將被布置成具有從饋送點(diǎn)(6)向下傾斜的位置。
[0020]圖2示出從下方的天線系統(tǒng)的實(shí)施例，其中發(fā)射天線和接收天線(1-2)是V形的，并且至接地面的金屬墊片(8)和電阻器(7)定位在與饋送點(diǎn)(6)距離最遠(yuǎn)的位置。
[0021]在圖3中示出根據(jù)本發(fā)明的天線系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。所述附圖示出包含沿著天線系統(tǒng)的對稱軸分布的若干發(fā)射機(jī)天線以及若干接收機(jī)天線的線性天線陣列，所述對稱軸在V形楔的尖端的底部穿過鉸鏈(9)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于探地雷達(dá)的天線系統(tǒng)，其中所述天線系統(tǒng)包括兩個(gè)片狀的天線裝置，其中所述兩個(gè)天線裝置分別包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)天線(I)和至少一個(gè)接收機(jī)天線(2)，其中每個(gè)天線裝置中的所述天線(1-2)包括通過在位于雷達(dá)吸收材料(4)的層的下側(cè)的電絕緣片載體(3)上施加金屬結(jié)構(gòu)而形成的單極子，其中金屬層的頂側(cè)被金屬接地面(5)所覆蓋，其特征在于:所述天線裝置被布置成具有從饋送點(diǎn)(6)向下傾斜的位置，以使所述天線裝置形成在正常操作期間尖端向下指向地(10)的V形楔，其中所述接地面(5)彼此不處于電連接中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的天線系統(tǒng)，其中所述天線(1，2)基本上是V形的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2之一的天線系統(tǒng)，其中所述雷達(dá)吸收材料(4)包括一個(gè)或多個(gè)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的天線系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)天線裝置之間的垂直平面中的角度(α )可以通過使用以機(jī)械的方式將所述接地面(5)相互連接的非導(dǎo)電鉸鏈(9)來調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的天線系統(tǒng)，其中所述天線的端點(diǎn)通過電阻器(7)和墊片(8)連接到所述接地面(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的天線系統(tǒng)，其中所述發(fā)射機(jī)天線(I)的端點(diǎn)指向所述接收機(jī)天線(2)的端點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一的天線系統(tǒng)，包括多個(gè)發(fā)射機(jī)天線(I)和多個(gè)接收機(jī)天線(2)，形成沿著所述兩個(gè)天線裝置之間的對稱軸分布的線性天線陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的天線系統(tǒng)，其中片載體(3)是層壓片，尤其是電路板層壓片，優(yōu)選地包括玻璃纖維基底。
【文檔編號】H01Q1/38GK103858274SQ201280045740
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月7日
【發(fā)明者】埃伊爾·艾德, 尤卡·蒂珀 申請人:3D雷達(dá)公司