DE7707428U1

DE7707428U1 - Antenne zum nachweis von unter der erde gelegenen objekten

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Publication number: DE7707428U1
Application number: DE7707428U
Authority: DE
Original assignee: Ohio State University
Current assignee: Ohio State University
Priority date: 1976-03-11
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1977-08-25
Also published as: US4066970A; US4062010A; CA1080333A

Description

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Patentanwälte

Licht . Dr. Schmldl

Hansmann · Herrmann

Postrach 7Π13 05

aoOO München 70

10. März 1977

THE OHIO STATE UNIVERSITY V. St. A.

Antenne zum Nachweis von unter der Erde gelegenen Objekten

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Detektor zum Nachweis von eingegrabenen metallischen und nichtmetallischen Objekten. Bisher wurden unter der Erde verlegte Metallrohrleitungen ausschließlich zur Weiterleitung von Erdgas verwendet. Die Lagefeststellung eingegrabener metallischer Rohrleitungen v/ar verhältnismäßig einfach, da das Metall hochfrequente elektromagnetische Wellen, die leicht nachgewiesen werden können, reflektiert. Doch treten bei unter der Erde verlegten metallischen Rohrleitungen bestimmte Schwierigkeiten auf: Die Rohrleitungen korrodieren nämlich mehr oder weniger, sind schwer zu verlegen und bedeuten immer höhere Anschaffungskosten. Aus diesen Gründen sind andere

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Arten von Rohrleitungen eingeführt worden. Aus Polymeren hergestellte Rohrleitungen sind praktisch nicht korrodierbar, haben geringes Gewicht, lassen sich leicht einbauen und sind verhältnismäßig preisgünstig, sodaß sie in zunehmendem Maße zum Ersatz metallischer Rohrleitungen verwendet werden.

Ein bei Rohrleitungen aus Polymermaterial auftretendes Problem ist es, daß in der Erde eingegrabene Rohranordnungen mit den bekannten Metalldetektoren nicht festgestellt werden können. Untergrund-Detektoren für metallische und nichtmetallische Gegenstände sind deshalb entwickelt worden.

Bei den meisten dieser Geräte wird ein radar-artiges Signal emittiert, von einem Ziel reflektiert, dann empfangen, verändert, und sichtbar gemacht. Das Ziel reflektiert die Wellen in anderer V/eise als die Umgebung, da das Ziel eine andere Dielektrizitätskonstante hat. Die Bodenoberfläche, Mineralien und andere Gegenstände haben verschiedene Dielektrizitätskonstanten und ergeben Signale, die eine falsche Information darstellen können. Insbesondere führt der Viassergehalt zu bedeutenden Änderungen der Dielektrizitätskonstanten und macht einen fehlerfreien Nachweis von Zielen schwierig, wenn er ihn überhaupt zuläßt.

Die vorliegende Erfindung löst das Problem, eine Kompensation für Veränderungen der Dielektrizitätskonstante einzuführen, ohne hierbei ein Doppelantennensystem mit dem ihm eigenen einschränkenden Bedingungen zu verwenden. Durch die

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Verwendung von weniger Ausrüstung konnte ein tragbares
Gerät geschaffen werden, das von einer einzigen Bedienungsperson transportiert und betrieben werden kann. Die vorliegende Erfindung verwendet eine einzige Antenne mit einem
Sendarabschnitt und einem Empfängerabschnitt und vermeidet damit Schwierigkeiten, die sich aus der Anpassung oder der getrennten Aufstellung von Antennen ergeben können. Bei
Verwendung der erfindungsgemäßen Antenne wird eine Kompensation der verschiedenen Dielektrizitätskonstanten dadurch erreicht, daß die Dielektrizitätskonstante in der Nähe des Zielgebiets betrachtet wird und daß das sich hierbei ergebende Signal mit dem direkt vom Zielgebiet erhaltenen
Signal verglichen wird. Die Kompensation wird elektronisch durchgeführt durch Verarbeitung und Speicherung eines ersten Signals, das zum Vergleich mit einem vom Ziel stammenden
zweiten Signal abgerufen werden kann. Die Signale werden
in Digitalform umgesetzt, um ihre Speicherung und ihren
Vergleich in einem Gerät zu ermöglichen, das leicht von
einer einzigen Bedienungsperson an den Einsatzort gebracht und betrieben werden kann. Geräte, die in ähnlicher Weise ' mit einem Analogsignal arbeiten würden, wären so groß, daß sie sich für Arbeiten im Gelände nicht eignen würden.

Die erfindungsgemäße Antenne ist gedacht zum Nach.veis
von unter der Erde befindlichen Zielen, deren Dielektrizitätskonstante von der der Umgebung abweicht.

Das Hauptkennzeichen und das Hauptziel der vorliegenden.

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Erfindung ist es, eine Antenne mit getrennten Sender- und Empfänger-Teilen zu schaffen, die senkrecht zueinander orientiert sind. Beim Betrieb mit einem System zur Signalverarbeitung ermöglichen diese Teile die wünschenswerte Isolation (Abtrennung) im Betrieb und bleiben unbeeinflußt von Effekten, die andernfalls von unter der Erde vorhandenen ebenen Unregelmäßigkeiten hervorgerufen und bemerkt werden würden.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung des Detektors zum Nachweis von unter der Erde befindlichen Rohrleitungen.

Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht einer experimentellen Antenne, die bei der Entwicklung der erfindungsgemäßen Antenne verwendet wurde.

Figur 3 ist ein Querschnitt längs der in Figur 2 mit 3-3 bezeichneten Linie.

Figur 3A ist eine vergrößerte Teilansicht der Figur 3.

Figur 4 ist eine graphische Darstellung der Antennenempfindlichkeit in Abhängigkeit von dem seitlichen Abstand vom Ziel.

Figur 5 ist eine graphische Darstellung der Antennenempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Länge der Antennenarme.

Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht der verbesserten erfindungsgemäßen Antenne.

Figur 7 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Arms

der in Figur 6 dargestellten Antenne, wobei ein Teil der

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Schutzabdeckung zur Darstellung des Innenaufbaus entfernt ist. .„...

Figur 7A ist eine vergrößerte Teilansicht der Figur 7.

Figur 8 ist eine Aufsicht auf den Mittelabschnitt der gedruckten Schaltung und der zugehörigen Widerstände, die an den oberen, inneren Enden der Arme angebracht sind.

Figur 9 ist schließlich eine Ansicht eines Teils der Unterseite der in Figur 6 dargestellten Antenne und zeigt das Brett mit der gedruckten Schaltung, das an der Mitte der Unterseite der Antennenanordnung befestigt is*.

Das Arbeitsprinzip eines Impulsradars für den Nachweis von Objekten unter der Erde wird anhand des in Figur 1 dargestellten Blockdiagramms erläutert. Die Einrichtungen zum Erzeugen der vom Ziel zurückgestrahlten Signale umfassen eine Impulsquelle 10 (IKOR-Model R 100 oder eine andere entsprechende Signalquelle), die typischerweise sehr kurze Fernseh-

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Impulse von etwa 150*10 see Dauer und 1000 V Spitzenspannung erzeugt, wobei jedoch eine gewisse Veränderung dieser Werte zulässig ist. Die Impulsdauer ist viel geringer als bei bekannten Radar-Geräten. Außerdem hat ein normales Radar eine Bandbreite von etwa 1 $ um die Trägerfrequenz herum, während die Trägerfrequenz des Fernseh-Impulses nicht definiert werden kann, da das Spektrum von 250 Hz (der Impulsfolgefrequenz) bis über 5 G-Hz reicht.

Der Übertrager (Sonde) 12 strahlt die Impulsenergie in den Boden ab und empfängt Echos. Das S-pektrum des abgestrahlten^

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Signals liegt zwischen 1 MHz und 500 MIIz bei den derzeit verwendeten Überträgern. Bei diesen Frequenzen wirkt unverändertes Erdreich als ein homogenes, mit Verlusten behaftetes Dielektrikum, und die elektromagnetische Wellenfront des Impulse-, pflanzt sich mit nur geringen Verzerrungen fort. Wenn die übertragene Energie auf plötzliche Änderungen der Bodenparameter trifft, wird ein Echo erzeugt. Ein derartiges Eclio kann erzeugt werden durch eine Veränderung der Dielektrizitätskonstante (beispielsweise durch ein Kunststoffrohr), eine Leitfähigkeitsänderung (beispielsweise durch ein Metallrohr) oder eine Permeabilitätsänderung (beispielsweise eine Eisenerzablagerung). Bei den meisten interessierenden Zielen erzeugt die einfallende Wellenfront gestreute Resonanzwellen und das Echo hat eine gewisse Form im Zeitbereich oder "Signatur". Ziele wurden aufgrund der Signatur im Zeitbereich identifiziert im Falle von im freien Raum aufgestellten Zielen, doch wurden auch einige charakteristische Kennzeichen der Signaturen im Falle von unter der Erde befindlichen Objekten beobachtet. Vom Ziel zurückkehrende Echosignale werden von der Probe nach einer Verzögerungszeit empfangen, die proportional dem dem Hin- und Hergang entsprechenden Abstand oder der Tiefe des Ziels ist. Infolge der sehr kurzen Impulsdauer läßt sich eine Tiefenauflösung besser als 30 cm mit einem System dieser Art erzielen. Die Stärke des zurückgestrahlten Signals hängt von der Tiefe und von der Lage des

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Ziels in Bezug auf die Probe, sowie von den Richtcharakteris-

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tiken der Probe bzw. Sonde ab. Die Richtcharakteristik der Antenne wird dazu benutzt, um die Lage des Ziels zu bestimmen. Eine Antenne wurde entwickelt, mit der festgestellt werden kann, daß man sich mit einer Genauigkeit von +0,3 m über dem Ziel befindet.

Das Signal 14 wird vom Ziel 16 reflektiert. Die Übertragersonde 12, die die erfindungsgemäße Antenne umfaßt, weist ein reflektiertes Signal 17 nach und überträgt dieses an die Einrichtungen 18 zur Signalverarbeitung.

1. Sende-Empfangs-Empfindlichkeit der Antenne: Die eingegrabene Rohrleitung sollte mindestens 70 dB weniger als die auf das Rohr einlaufende Signalamplitude zurückstrahlen.

2. Dispersion: Eine Impulsverzerrung und insbesondere eine Verlängerung der Impulsdauer sind unerwünscht,

3. Empfänger-Sender-Abtrennung (Isolation): Das durch Ankopplung erhaltene Signal muß sowohl zeitmäßig und in seiner Amplitude begrenzt sein, sodaß die von der Rohrleitung zurückgeworfenen Echos nicht verdeckt werden.

4. Strahlungscharakteristik: Die Strahlungscharakteristik sollte gleichförmig sein und ist von großer Bedeutung für die Peststellung der Lage des eingegrabenen Gegenstands.

5. Polarisation: Die Antenne sollte Polarisationseigenschaften der Abstrahlungs- und Empfangsteile haben., die eine Peststellung der Richtung der Rohrleitung ermöglichen.

6. Anpassung der Antennenimpedanz: Impedanz-Fehlanpasaungen an den Anschlüssen der Antenne oder an der Antennenstruktur i

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ergeben Impulsreflexionen, die die Empfindlichkeit verringern und auch unerwünschte Echos {Störzeichen) im zurückgestrahlten Signal vortäuschen können, wodurch die vom tatsächlichen Untergrund-Ziel herrührenden Signale verdeckt werden.

7. Äußere Kennzeichen: Struktur mit einer Größe und einem Gewicht, die von einer einzigen Person gehandhabt werden kann, wird benötigt.

8. Zuführungsgeometrie: Es wurde festgestellt, daß die Kopplung bei allen Prüfantennen bedeutend reduziert wird durch genaue Orthogonalität der sendenden und empfangenden Zuführungsteile und durch einen großen Abctand zum Symmetriertransforrnator der Antenne.

Figuren 2, 3 und 3A zeigen eine experimentelle Antenne zum Aussenden und Empfangen von Signalen 19; diese Antenne besteht aus einem ersten Satz von Antennenarmen 20, 21 zum Aussenden der Signale und einem zweiten Satz von Antennenarmen 22, 23 zum Empfang der reflektrierten Signale. Der erste Satz ist dabei praktisch senkrecht zum zweiten Satz von Ant ennenarmen.

Die U-förmigen Arme sind aus Kupferrohr von 9,5 nun Durchmesser angefertigt; an einem Ende jedes Arms ist ein Widerstand 28 bzw. 29 bzw. 30 bzw. 31 von etwa 190 Ohm angeschlossen. Das andere Ende jedes Widerstands ist mit Mittelring 34 verbunden. Die unteren Enden der Arme 20, 21, 22 und 23 sind an entsprechende, isolierte Koachsialkabel 36, 37, 38

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. 39 angeschlossen, die voneinander isoliert sind und durch die Rohre 35 und 44 verlaufen. Ein an Rohr 44 befestigtes Universalgelenk 42 ermöglicht eine leichte Einstellung des Rohrs 44 in Bezug auf die Arme.

Ein dielektrisches Material 46, beispielsweise Sperrholz, trennt die Schenkel jedes U-förmigen Arms und wird von einem Metallring 47 in seiner Stellung gehalten. Ein Absorptionsmaterial 48, beispielsweise Hairflex, ist an der Unterseite der Antenne angebracht und umgibt die Abstirnmansätze 49. Die Empfindlichkeit der Antenne hängt hauptsächlich von ihrer Länge ab. Die Kurve der Figur 5 zeigt die relative Empfindlichkeit der Antenne in Abhängigkeit von ihrer Länge (Länge des Leiters, der der Erde gegenüberliegt). Es wurde festgestellt, daß in der endgültxgen Ausführungsform eine Länge von 1;20 m ein brauchbares Verhältnis von Nutzsignalen zu Störsignalen im Falle von Rohrleitungen ergibt, die nachgewiesen v/erden sollen. Wie insbesondere aus Figur 3A ersichtlich, sind die innenseitig gelegenen Leiterteile der Koachsialkabel 36-39 elektrisch mit den unteren Enden der zugehörigen Arme 20-23 verbunden, während die äußeren Abschirmteile der Kabel durchgeführt sind und elektrisch mit der Bodenfläche des Metallrings 47 verbunden sind. So ist z.B. die Außenabschirmung des Kabels 37 am Punkt 40 mit Metallring 47 verbunden, während der Innenleiter mit dem unteren Ende des Arms 21 am Punkt 41 verbunden ist. Eine Aussendung kurzdauernder Impulse ergibt sich damit aus dem oben beschriebenen Symme-

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triertransformator für das Senden; die Ausstrahlung findet mit gegenläufiger Polarität über Kabel 36 und 37 an die Arme 20 und 21 statt. Die leitenden Abschirmungen aller Kabel 36-39 sind zusammen an Metallring 47 angeschlossen. In ähnlicher Weise sind die Innenleiter der empfangenden Koachsialkabel 38 und 39 an die unteren Abschnitte der entsprechenden Empfangsarme 22 und 23 angeschlossen, während die leitenden Abschirmungen zusammen mit Metallring 47 verbunden sind. Ein bestimmtes empfangenes Signal wird mit gegenläufiger Polarität über Kabel 38, 39 an einen Symmetriertr.ansformator zum Empfang übertragen.

Die Dispersion beim Betrieb der Sonde wurde eingestellt durch widerstandsmäßige Belastung und Umbiegen der Antennenelernente. Ein normaler Dipol erzeugt eine beträchtliche Dispersion von Impulsen. Der Dipol strahlt einen unverzerrten Impuls von der Mittelzuleitung ab; diesem folgen nacheinander von den Spitzen ausgehende Impulse und später vom Zuführungsgebiet ausgehende Reflexionen. Durch Umbiegen der Antenne und Anbringung von Lastwiderständen am "entfernten" Ende konnte die von den Spitzen ausgehende Strahlung im wesentlichen ausgeschaltet werden. Die an dem Element auftretende Energie geht um den umgebogenen Abschnitt herum und wird von den Lastwiderständen 28, 29, 30 und 31 absorbiert. Der 5 cm dicke Hairflex-Absorber 48 zwischen dem Element und dem Boden ergibt eine verteilte Belastung; ebenfalls ergeben das Gras und der Boden selbst eine Verteilung

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der Belastung. Das Aböorptionsmaterial 4B hat Z¹Jr Folge, daß das Betriebsverhalten der Antenne im wesentlichen unverändert bleibt, wenn diese auf einer fast verlustfreien Oberfläche, beispielsv/eise einem betonierten Wegabschnitt, aufge- * stellt wird.

Die Abtrennung der Aussendung vom Empfang hängt bei

dieser Sonde hauptsächlich von der rechtwinkligen Anbringung O
der Sende- und Empfangs-Teile ab. Da eine vollkommene Orthogonalität an den Zuführungsanschlüssen der dargestellten experimentellen Ausführungsform nicht erzielt v/erden konnte_f wurden kleine Abstirnmansätze 49 aus Metall angefügt. Diese wurden so eingestellt, daß sich gute Isolation im Gebiet der Eingangsanschlüsse ergibt. Es wurde festgestellt, daß kleine Bodenerhebungen, Grasbüschel usw. ebenfalls die Isolation, d.h. die Abtrennung des Empfangsteils vom Sendeteil, nachteilig beeinflussen können. Das Absorptionsmaterial 48 zwischen der Antennne und dem Boden reduziert diese Effekte. Es wurde durch Versuche festgestellt, daß eine etwa 5 cm dicke Absorptionsschicht den besten Kompromiß darstellte, um vom Boden ausgehende Störsignale zu reduzieren, während gleichzeitig die Empfindlichkeit der Antenne nicht herabgesetzt wurde. Belastung durch Widerstände beeinflußt die Ankopplung auch, da durch Kopplung eingestreute Signale gedämpft werden. Die restliche Kopplung im Anschlußgebiet ist so kurz, daß die von den vergrabenen Rohrleitungen zu erwartenden Echosignale nicht überdeckt und zum Verschwinden

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gebracht werden.

Die Strahlungsver teilung und die Polarisation der Sondenanordnung hängen von den gekreuzten Dipolen ab. Jedes Element strahlt Energie ab oder empfängt sie, wobei das E-FeId parallel zu den Drähten des Elements polarisiert ist. Die von einer Rohrleitung scammende Reflexion ist damit am stärksten, wenn die Rohrleitung sieh unter einem Winkel von 45 in Bezug auf die beiden Elemente befindet. Die von der Rohrleitung stammenden Echos verschwinden theoretisch völlig, wenn die Rohrleitung parallel zu einem der beiden Elemente verläuft. Diese Eigenschaft der Antenne ergibt ein sehr vorteilhaftes Betriebsverhalten. Beispielsweise sprechen bekannte Nachweissysteme für im Boden eingegrabene Objekte auf die Grenzfläche verschiedener Schichten an, die gewöhnlich unter der Erdoberfläche vorhanden sind. Die vorliegende Erfindung wird von derartigen Unregelmäßigkeiten nicht beeinflußt, da dadurch keine Polarisation eines abgestrahlten Signals entsteht. Die Richtung der Rohrleitung läßt sich ferner leicht feststellen durch eine geringe Verschiebung der Antenne. Figur 4 zeigt die Stärke der Echos als Funktion der Verschiebung von einer Stelle, die oberhalb einer 90 cm tief vergrabenen Kunststoff-Rohrleitung gelegen ist und bezieht sich auf eine der beispielhaften Sonde ähnelnde Sonde. Es ist anzunehmen, daß die Lage einer Rohrleitung mit einer Genauigkeit festgestellt werden kann, die besser als +15 cm ist. Die Strahlung oberhalb der Erdoberfläche ist

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vernachlässigbar schwach, solange die Sonde in der Nähe -der Erdoberfläche ist. Oadurch, daß man die Antenne sehr ^{; : :}

nahe an der Erdoberfläche hält, wird die Kopplung der \

elektromagnetischen Energie zwischen der Antenne und dem { Boden vergrößert. Die Bedienungsperson selbst und andere |

i über dem Erdboden gelegene, verteilte Ziele machen sich · !

.nicht in den zurückkehrenden Echos bemerkbar. Figur 5 ';'

verdeutlicht die Bedeutung einer größeren Armlänge für die Empfindlichkeit. Eine Armlänge von 60 cm ergab einen guten Kompromiß zwischen Empfindlichkeit und Beweglichkeit der j Anordnung.

Die Impedanz der Sendeteile und Empfangsteile der experimentellen Antenne hängt vom dielektrischen Material 46 Χ Sperrholz) ab, an dem sie angebracht sind, vom Absorber und von den Belastungswiderständen.

Figuren 6, 7, 7A, 8 und 9 zeigen die verbesserte Antenne der vorliegenden Erfindung. Wie die in Figur 2 dargestellte Antennenform hat die verbesserte Antenne zur Aufgabe, ein weites Spektrum von elektromagnetischer Strahlung auszusenden und zu empfangen.

Jeder der Arme, beispielsweise der in Figur 7 dargestellte Arm 120, umfaßt einennach außen verlaufenden, ira wesentlichen horizontalen Leiterabschnitt 125, der an seinem I äußeren Ende 127 an eine Rückkehrschleife 129 angeschlossen i ist, die ihrerseits höher gelegen ist als der horizontale Abschnitt 125 und auf den Mittelanschluß 131 zurückläuft.

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Jeder Arm umfaßt ferner einen Widerstand, der das Innenende der Rückkehrschleife mit dem Mittelanschluß 131 verbindet« Der Widerstand 133 verbindet beispielsweise das Innenende 135 der Rückkehrschleife 129 mit dem Mittelanschluß 131.

Die in Figur 6 dargestellte Antenne ist an ihrem horizontalen Abschnitt mit einer Schicht eines mit Verlusten behafteten, resonanzfreien dielektrischen Absorptionsmaueriais umgeben, das ebenfalls die Rückkehrschleife jedes Arms umgibt ο Statt eine Absorptionsschicht zu verwenden, die eine horizontale Lage unter jedem Arm enthält, wie im Falle der in Figur 2 dargestellten Antenne, wird in der verbesserten Antenne 6 eine Absorptionsschicht für jeden Arm verwendet. Die Schicht besteht aus einer vertikalen Lage, die zwischen und um den horizontalen Abschnitt gelegt ist und außerdem die Rückkehrschleife jedes Arms umschließt, Das Absorptionsmaterial 137 verläuft zwischen raid um den horizontalen Abschnitt ι L/ und die Rückkehrschleife 129 des Arms 120.

Als absorbierendes Material wird vorzugsweise ein mit Kohlenstoff versetztes, biegsames Dielektrikum verwendet. Ein Absorber mit beigemischtem Kohlenstoff ist vorteilhaft, da es zweckmäßig ist, Resonanzbedingungen auszuschalten, die auftreten können, wenn Metallteilchen enthaltende Absorbermaterialien verwendet werden.

Die Leiberabschnitte bestehen zweckmäßigerweise aus Stangen, bei denen es sich im allgemeinen um längliche,

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U-förmige Rohre mit einer Mittelöffnung handelt, die in —einer senkrechten Ebene ausgerichtet liegen. Die Arme sind zueinander unter rechten Winkeln angeordnet und geometrisch und elektrisch symmetrisch zur vertikalen Mittelachse der Antenne»

Da es die Aufgabe des Absorbers ist, eine verteilte, resonanzfreie Widerstandsbelastung zu schaffen, können auch andere Strukturen zur Erzeugung von Verlusten verwendet werden. Beispielsweise können statt des vorzugsweise verwen deten, mit Verlusten behafteten Dielektrikums magnetische Verluste erzeugt werden durch Anbringung eines Materials mit einer imaginären Permeabilitätskomponente. Auch ist es möglich, Verluste in dem die Antennenarme bildenden Stangen material einzuführen. Zu diesem Zweck können Leitermaterialien mit hohem Widerstand, beispielsweise Nichrom oder Kohlenstoff, für die Stangen verwendet werden. Es ist sehr wichtig, daß Verluste im horizontalen Abschnitt jedes Arms erzeugt werden, da die erwünschte elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, wenn der Impuls über den betreffenden Abschnitt lauft. Der größe Teil der Eingangsenergie ist verbraucht worden, wenn der Impuls die Rückkehr schleife erreicht.

Kennzeichnend ist ferner die Anbringung gedruckter Schaltungsbretter am oberen und unteren Mittelabschnitt der Antenne, d.h. am Schnittpunkt der Antennenarme. Die ' Verwendung des -gedruckten^ Schaltungs.bretts erhöht die

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Orthogonalität der Anordnung und die elektrische Symmetrie und verbessert die mechanische Festigkeit der Antenne, was ^!|

ebenfalls zur Stabilisierung der elektrischen Kenngrößen beiträgt.

Das obere gedruckte Schaltungsbrett HO ist in Figuren 7A und 8 dargestellt. Der mechanisch starre, nichtleitende Träger 141 hat den Mittelanschluß 131 und vier zueinander senkrecht angeordnete, elektrische Anschlüsse, beispielsweise den Anschluß 143, die aus leitenden Metallstreifen hergestellt sind und am Träger befestigt sind. Das zentral gelegene Ende der Rückkehrschlaue jedes Arms ist mechanisch am nichtleitenden Träger des gedruckten Schaltungsbretts 140 befestigt und elektrisch jeweils mit einem anderen der metallischen Anschlüsse verbunden. Das zentral gelegene Ende 135 der Rückkehrschleife 129 ist beispielsweise elektrisch an Anschluß 143 angeschlossen. Die Widerstände werden dann mechanisch starr zwischen dem Mittelanschluß 13I und dem jedem Arm zugeordneten Anschluß eingesetzt. Beispielsweise ist Widerstand 133 zwischen dem Mittelanschluß I3I und dem Anschluß 143 eingesetzt.

Ein weiteres gedrucktes Schaltungsbrett I50 wird dazu verwendet, die zentral gelegenen Enden der horizontalen Abschnitte jedes Arms anzuschließen. Figuren 7A und 9 stellen das gedruckte bchaltungsbrett 150 dar, an dem der horizontale Leiterabschnitt jedes Arms, z.B. der horizontale Abschnitt 125, mechanisch angeschlossen ist. Vier zueinander

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senkrecht gelegene, symmetrisch angeordnete metallische Anschlüsse sind an einer nichtleitenden Trägerfläche befestigt und elektrisch mit den vier zugeordneten horizontalen Abschnitten der Arme verbunden. Beispielsweise ist Anschluß 151 elektrisch mit dem horizontalen Abschnitt 125 über den leitenden Draht 153 verbunden. Die vier Zuführungskabel 180 sind in geeigneter Weise mit den vier Anschlüssen des unteren Leiterbretts 150 verbunden, sodaß ein Paar gegenüberliegender Arme Impulse aussendet, während das dazu senkrecht gelegene Paar gegenüberliegender Arme die elektromagnetische Strahlung empfängt„ Wie aus Pigur 7A ersichtlich, sind die leitenden Abschirmungen (beispielsweise 180) der Kabel elektrisch durch Löten oder dergleichen an eine elektrisch leitende Metallfläche 152 angeschlossen, während die Innenleiter der Kabel elektrisch an Anschlüsse (beispielsweise Anschluß I5I) angeschlossen sind, von denen jeweils einer einer Leitung zugeordnet ist. Die Oberfläche 152 besteht aus einem leitenden "Überzug auf dem nichtleitenden Trägermaterial des gedruckten Schaltungsbretts I50. Wie vorher sind alle Außenleiter gemeinsam am Punkt 152 zusammengeführt, während die Enden der Rückkehrschleifen aller Arme über die Widerstände an den gemeinsamen Mittelanschluß 131 angeschlossen sind_o Jeder der Arme ist gemeinsam mit dem zugeordneten Absorptionsinaterial in einer Kunststoff-Schutzhülle 160 eingeschlossen, deren Außenenden Stützfüße 161 aufweisen.

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Vier aus einem geeigneten dielektrischen Material hergestellte Winkel 165 sind zwischen benachbarten Armen angeordnet, um die Festigkeit und Starrheit der Anordnung zu erhöhen. In der Mitte ist ein Kunststoff-Gehäuse angebracht, das über die Winkel und den Mittelabschnitt der Antenne verläuft und die gedruckten Schaltungsbretter und andere in der Mitte angebrachte Leitungsteile schützt. Der in der Mitte gelegene Stutzen 167 kann mit einem Universalgelenk 42 der in Figur 2 dargestellten Art versehen werden. Die erfindungsgemäße Antenne funktioniert in der gleichen Weise, wie die unter Bezugnahme auf Figur 2 beschriebene Antenne. Ein kurzdauernder Hochspannungsimpuls mit einer sehr kurzen Anstiegszeit, um eine sehr hochfrequente Strahlung zu erzielen, wird an die in der Mitte gelegenen Enden der horizontalen Leitertexlabschnitte gegenüberliegender Senderarme angelegt. Während der Impuls über den Leiterabschnitt jedes Arms läuft, wird seine Energie abgestrahlt und gleichzeitig wird der Impuls vom Absorptionsmaterial beträchtlich gedämpft. Wenn der Impuls den Widerstand des Arms erreicht, wird die verbleibende Energie im zugeordneten Widerstand verbraucht, sodaß Impulsreflexionen minimalisiert werden. Die gedruckten Schaltungsbretter verbessern die orthogonale Geometrie der Anordnung und verringern dadurch die Kopplung zwischen den Senderarmen und Empfangerarmen. Außerdem halten die Schaltungsbretter

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die Arme in der Stellung, in der sie zueinander senkrecht Bind, d.h. die Arme werden nicht bewegt und die elektrische Abstimmung und die elektrischen Kenngrößen der Antenne werden nicht verändert.

Es wurde ferner festgestellt, daß die neuartige, in Figuren 6, 7 und 7A dargestellte Anordnung des Absorptionsmaterials zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Verluste fünrt und daß die Verwendung der Kunststoff-Hülle eine starre, dauerhafte Antenne ergibt, die wasserdicht ist und deshalb praktisch nicht korrodiert wird. Dies verhindert seinerseits Veränderungen der elektrischen Kenngrößen, die andernfalls durch das Vorhandensein von Feuchtigkeit im Absorptionsmaterial oder an anderen Stellen der Antenne hervorgerufen werden könnten.

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Claims

SCHUT. Z ANSPRÜCHE

^:: 1. Antenne zum Nachweis von unter

der Erde gelegenen Zielen, gekennzeichnet durch ein Paar in Achsialrichtung fluchtender, sich in gegenläufigen Richtungen erstreckender resonanzfreier., aussendender Antennenarme (20, 21); ein Paar in Achsialrichtung fluchtender, sich in gegenläufigen Richtungen erstreckender resonanzfreier, empfangender Antennenarme (22, 23), die senkrecht zu den aussendenden Antennenarmen (20, 21) angeordnet sind; einen an jedem Antennenarm (20, 21: 22, 23) nach außen verlaufenden, eine horizontale Lage ergebenden Abschnitt, der am Außenende U-förmig abgebogen ist und eine Rückkehr«chleife (129) ergibt, wobei die Arme an einem Mittelamschnitt (131) fest gelagert sind, sodaß alle Abschnitte für die horizontale Lageeinstellung in einer bestimmten Ebene gelegen sind und daß dit* Rückkehrschleifen (129) in Ebenen senkrecht zu dieser Ebene gelegen sind, und daß jede Rückkehrschleife an einen gemeinsamen Mittelanschluß (131) angeschlossen ist; und ein resonanzfreies, mit Verlusten behaftetes, dielektrisches Absorptionsmaterial, das zwischen dem horizontalen Antennenabschnitt und dem zugeordneten Rückleitungsabschnitt angeordnet ist.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmaterxal (48) so angebracht ist, daß es

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jeden Rückkehrschliefenabschnitt (129) umgibt.
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antennenarm (20-23) und der zugeordnete Absorber (48) in einer starren Außenumhüllung (163) eingeschlossen sind.
4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmaterial (48) den Abschnitt für die horizontale Lageeinstellung umgibt.
5. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Außenumhüllung (163) einatiaus Kunststoff einstückig ausgeführten Abschnitt enthält, der so ausgebildet ist, daß er Abschnitte aller von einer bestimmten Ebene ausgehenden Arme (20-23) umschließt.
6. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen jedem Abschnitt zur horizontalen Lageeinstellung und der zugeordneten Rückkehrschleife gelegene Absorptionsmaterial als Lage verwendet wird und so ausgebildet ist, daß es in die Innenperipherie des U-förmigen Abschnitts paßt.
7. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rückkehrschleife durch einen Widerstand (133) an einen gemeinsamen Mittelanschluß (13¹O ^am Mittelteil angeschlossen ist.
8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß der gemeinsame Mittelanschluß als gedrucktes üchaltungsbreti^ii!ausgebildet ist und daß jeder-'Widerstand an diesem

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bchaltungsbrett befestigt ist. ff
9* Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, |

f daß die mittelseitigen Enden jedes Abschnitts zur hori- |

zontalen Lageeinstellung an jeweils einen von vier f

Anschlüssen angeschlossen sind, die zueinander senkrecht |

und symmetrisch auf dem gedruckten Schaltungsbrett ange- | bracht sind. i
10. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß | die Außenumhüllung (160) einstückig aus Kunststoff ausge- I führt ist und die von einer bestimmten Ebene ausgehenden j

Abschnitte aller Arme (20-23) umschließt, und daß das I zwischen den Abschnitten zur horizontalen Lageeinstellung ] und den zugeordneten Rückkehrschleifen (129) gelegene
Absorptionsmaterial (137) plattenförmig und so ausgebildet
ist, daß es an der Innenperipherie des Unförmigen Abschnitts
anliegt.