CN103858274A - 探地雷达天线 - Google Patents

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Abstract

一种用于探地雷达的天线系统，包括至少一个发射机天线（1）和至少一个接收机天线（2），其中发射机天线和接收天线被安装在其各自向下倾斜的接地面（5）上，以形成在正常操作期间尖端向下指向地（10）的V形楔，其中所述天线包括三角形或V形单极子，所述单极子是通过在被放置于雷达吸收材料（4）的层的下侧的玻璃纤维基底的片载体（3）上施加金属表面制成的，其中材料层的顶侧被金属接地面（5）所覆盖。

Description

探地雷达天线
技术领域
本发明涉及用于探地雷达的天线系统，其中所发射的电磁波主要辐射到地下。
背景技术
探地雷达是一类向地下发射电磁波（无线电波）并测量来自地下的物体或地层的反射的雷达。这类雷达的天线必须使所发射的信号以尽可能最佳的方式穿透到地下。由此，天线应紧密接近地地放置。为了在雷达发射机与接收机之间获得足够的隔离度，通常会用到单独的发射机和接收机单元，并且这二者是以彼此紧挨着的方式安装的。
所谓的“蝴蝶结”天线已被用于需要宽带宽的诸多用途。描述这种天线的最有名的文章由G.H.Brown和O.M.Woodward在1952年12月发表于RCA Review第425-452页。此后还发表了与此类天线的变体有关的很多文章。对于探地雷达，通常使用的是蝴蝶结偶极子，但是这些天线需要所谓的“换衡（balun）”（平衡-不平衡）变换器来进行令人满意的操作。在2000年，E.S.Eide在IEE Transactions on Microwave,Antennas and Propagation第147卷第3号发表了一篇文章，公开了包括由几个安装在V形接地面（ground plane）底侧的蝴蝶结单极子的新的天线系统。由于该天线系统包含单极子而不是偶极子，因此天线不再依靠换衡变换器。然而接地面的形状导致使用相对大量的损耗材料（吸收器）来填充接地面与天线元件之间的空间。
关于该天线的进一步的研发获得了专利，即挪威专利号316,658、欧洲专利号1,558,946以及美国专利号7,170,449。根据该专利，发射机和接收机天线安装在通过铰链连接的共用的接地面上，使其可能将天线之间的角度α调整到最优值。然而，在该结构的下侧，来自发射机天线的雷达信号的一部分会在进入地之前在与发射机天线位置相对的接收天线处反射。因此产生非预期的双脉冲，这降低雷达分开挨得近的物体的能力。另外，从地本身向上反射的雷达波会被天线结构额外反射一次，这是由于相连的接地面构成所谓的角形反射器。被反射的信号会再次进入地并产生所谓的多重信号，其减低雷达图像的保真度。该构造的第三个缺点是产生从发射机天线到接收机天线的强直达波，因为发射机天线与接收机天线的位置彼此相对。
发明内容
现在，天线被进一步研发成根据本发明的新的天线系统，其公开针对上述问题的全新的改进解决方案。
本发明的一个目的是公布与在先天线系统相比提供更高质量的雷达信号的天线。本发明允许大幅抑制从发射机天线到接收机天线的直达波，近乎完全消除双脉冲，以及天线与地表面之间的多次大幅抑制。
本发明的另一个目的是使能更简单和更可靠的天线系统机械构造。根据本发明的天线系统的特性特征在独立权利要求1中是显而易见的。附加特征则是由从属权利要求给出的。
根据本发明的用于探地雷达的天线系统包括两个片状天线装置，其中两个天线装置分别包括至少一个发射机天线和至少一个接收机天线。每个天线装置中的天线包括通过在位于雷达吸收材料的层的下侧的电绝缘载体片上施加金属表面而形成的单极子，其中金属层的顶侧被金属接地面所覆盖。对天线装置来说，有利的是将其布置成具有从馈送点向下倾斜的位置，以使天线装置形成在正常操作期间尖端向下指向地的V形楔。此外，有利的是接地面彼此不处于电连接中。
根据优选实施例，发射机天线和接收机天线大体上是V形的。
根据实施例，两个天线装置之间的垂直平面中的角度（α）可以通过使用以机械的方式将所述接地面相互连接的非导电铰链来调整。
天线的端点（从馈送点看是位于天线最外面的部分的）典型地通过电阻器和垫片连接到接地面。此外，对于发射机天线的端点来说，有利的是使其指向接收机天线的端点。
根据实施例，天线系统可以包括多个发射机天线和多个接收机天线，构成沿着两个天线装置之间的对称轴分布的线性天线阵列。
雷达吸收材料可以包括一个或多个电阻（resistant）层。片载体可以是层压片，尤其是电路板层压片，优选地包括玻璃纤维基底。
附图说明
现在将参考附图来更详细地描述本发明，其中：
图1示出从侧面看到的天线系统的截面。
图2示出从下侧看到的根据本发明的天线系统的实施例。
图3示出根据本发明的天线系统的实施例，其中若干个发射机天线和若干个接收机天线是沿着天线系统的对称轴分布的。
具体实施方式
图1示出包括如下所述的分别用于发送和接收的两个天线装置的天线系统。发射机天线和接收机天线（1-2）包括在电绝缘片载体（3）上的、用导电材料制成的单极子，其可以是例如FR-4型的1.55mm厚的电路板层压片。单极子可以例如是三角形或V形的，用于与馈送点（6）的最佳的阻抗匹配。电路板层压片（3）位于包括吸收无线电波的吸收材料（4）的片的下侧。该材料既可以是包括薄电阻（resistive）层的材料，或者可以是例如来自爱玛森康明（Emerson and Cuming）的Eccosorb AN79型雷达吸收材料。该吸收材料被放置在包括金属的底层接地面（5）上。用于发射和接收的天线（1-2）的构造相同。天线中的每一个均借助位于馈送点（6）的同轴电缆馈送，其中同轴电缆的中心线连接到天线（1，2），并且屏蔽连接到接地面（5）。在下文中，天线的外部部分被称为端点，其通过例如安装在接地面（5）上的50欧姆的电阻器（7）来连接到接地面。天线装置被布置为形成尖端向下指向地的V形楔。
在操作期间，天线的端点与地（10）最接近，并且垫片（8）提供电路板层压片（3）与接地面（5）的机械附连。在该示例中，接地面的两个部分借助非导电铰链（9）彼此相连，这使能将天线之间的角度α调整到最优值。本发明的基本特征是：分别用于发射机天线和接收机天线的接地面彼此是没有电连接的。本发明的另一个特征是：天线的端点是指向彼此的而不是尽可能远离彼此的。角度α的最优值会随着测量问题的不同而改变，并且土壤的介电特性将会是决定因素。在操作期间，天线将被布置成具有从馈送点（6）向下倾斜的位置。
图2示出从下方的天线系统的实施例，其中发射天线和接收天线（1-2）是V形的，并且至接地面的金属垫片（8）和电阻器（7）定位在与馈送点（6）距离最远的位置。
在图3中示出根据本发明的天线系统的另一个实施例。所述附图示出包含沿着天线系统的对称轴分布的若干发射机天线以及若干接收机天线的线性天线阵列，所述对称轴在V形楔的尖端的底部穿过铰链（9）。

Claims (8)

1.一种用于探地雷达的天线系统，其中所述天线系统包括两个片状的天线装置，其中所述两个天线装置分别包括至少一个发射机天线（1）和至少一个接收机天线（2），其中每个天线装置中的所述天线（1-2）包括通过在位于雷达吸收材料（4）的层的下侧的电绝缘片载体（3）上施加金属结构而形成的单极子，其中金属层的顶侧被金属接地面（5）所覆盖，其特征在于：所述天线装置被布置成具有从馈送点（6）向下倾斜的位置，以使所述天线装置形成在正常操作期间尖端向下指向地（10）的V形楔，其中所述接地面（5）彼此不处于电连接中。
2.根据权利要求1的天线系统，其中所述天线（1，2）基本上是V形的。
3.根据权利要求1-2之一的天线系统，其中所述雷达吸收材料（4）包括一个或多个层。
4.根据权利要求1-3之一的天线系统，其中所述两个天线装置之间的垂直平面中的角度（α）可以通过使用以机械的方式将所述接地面（5）相互连接的非导电铰链（9）来调整。
5.根据权利要求1-4之一的天线系统，其中所述天线的端点通过电阻器（7）和垫片（8）连接到所述接地面（5）。
6.根据权利要求1-5之一的天线系统，其中所述发射机天线（1）的端点指向所述接收机天线（2）的端点。
7.根据权利要求1-6之一的天线系统，包括多个发射机天线（1）和多个接收机天线（2），形成沿着所述两个天线装置之间的对称轴分布的线性天线阵列。
8.根据权利要求1-7之一的天线系统，其中片载体（3）是层压片，尤其是电路板层压片，优选地包括玻璃纤维基底。
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