JP2506371B2

JP2506371B2 - 地中探査用広帯域アンテナ

Info

Publication number: JP2506371B2
Application number: JP62140436A
Authority: JP
Inventors: 明夫河野; 勝綱崎
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPS63303501A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、地中埋設ガス導管等の地中埋設物体の有
無およびその位置を非掘削で検知するためのレーダ型地
中探査装置において、電波の送信および受信のために使
用する地中探査用広帯域アンテナに関するものである。

〔従来の技術〕

地中に埋設された物体の探査は、レーダ型地中探査装
置を用いて、地表面に平行に配置された送信アンテナに
よりマイクロ波領域の単一パルス状の送信電波を地表面
から地中に向かって放射し、地中埋設物体で反射された
電波を地表面に平行に配置された受信アンテナで捉え、
この受信電波におけるピークの有無により地中の物体の
有無を検知し、さらに送信電波放射時から受信電波のピ
ークまでの時間によりその物体の深度を検知することに
より行う。このために使用するアンテナとしては、10MH
z〜400MHzの範囲でリターンロス特性が略フラットでリ
ンギングを生じにくいものが必要とされる。

上記のようなレーダ型地中探査装置において、送信ア
ンテナ（あるいは受信アンテナ）として使用される従来
の地中探査用広帯域アンテナは、第５図に示すように、
鋭角二等辺三角形状の同形同寸の平板からなる一対のア
ンテナエレメント31,32を同一平面内で頂部31a,32aを内
側にした状態で対称配置している。

また、アンテナエレメント31の両側にそれぞれ短冊状
の導体37,38を一端縁がアンテナエレメント31の底部両
側縁31b,31cから1cm程度間隔をあけた状態に配置すると
ともに、アンテナエレメント32の両側にそれぞれ短冊状
の導体39,40を一端縁がアンテナエレメント32の底部両
側縁32b,32cから1cm程度間隔をあけかつ他端縁が導体3
7,39の他端縁から1cm程度間隔をあけた状態に配置し、
アンテナエレメント31の底部両側縁31b,31cと導体37,38
の一端縁との間およびアンテナエレメント32の底部両側
縁32b,32cと導体39,40の一端縁との間ならびに導体37,3
9の他端縁間および導体38,40の他端縁間にそれぞれ150
Ω程度の抵抗値を有する装荷抵抗33〜36,41,42をそれぞ
れ接続している。

そして、一対のアンテナエレメント31,32の頂部31a,3
2aをそれぞれ給電点とし、頂部31a,32aにバラン43を介
して送信器（ベースバンドパルサ）を接続し、送信器か
らの単一パルス状の出力を一対のアンテナエレメント3
1,32より電波として放射するようになっている。

なお、この地中探査用広帯域アンテナは、第６図に示
すように、一対のアンテナエレメント31,32の両頂部31
a,32aがバラン43を内蔵した絶縁性のバランケース44に
固定され、この状態でフェライトを内張りしたアルミニ
ウム製の下面開放の箱体45に収容されている。この場
合、一対のアンテナエレメント31,32の配置平面を箱体4
5の開口面に合わせ、バランケース44に設けたコネクタ4
6,同軸ケーブル47,コネクタ48,同軸ケーブル49およびコ
ネクタ50を介して箱体45の裏側に取りつけた送信器51に
一対のアンテナエレメント31,32を接続し、送信器51か
らの送信出力をコネクタ50,同軸ケーブル49,コネクタ4
8,同軸ケーブル47,コネクタ46およびバラン43を介して
一対のアンテナエレメント31,32に供給し、一対のアン
テナエレメント31,32より電波を放射することになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した従来の地中探査用広帯域アンテナは、全方向
にわたって広指向特性をもっているので、地中埋設物体
の探査を行う上で、好ましいものではなかった。すなわ
ち、送信アンテナとして使用する場合、空中への漏洩電
波が多く、地中に有効に電波を放射することができな
い。また、地中に対しても広範囲にわたって電波が放射
され、その反射電波が受信アンテナにもどってくるの
で、地中埋設物体の検知精度を高くできない。また、受
信アンテナとして使用する場合にも空中からのノイズお
よび地中の広範囲の地中埋設物体からの反射電波を受け
ることになり、地中埋設物体の検知精度を高くできな
い。

したがって、この発明の目的は、狭指向特性を有して
地中埋設物体の検知精度を高めることができる地中探査
用広帯域アンテナを提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の地中探査用広帯域アンテナは、略二等辺三
角形状の一対の平板を底辺と略平行な線を折り目として
鈍角的に折曲してなり，両台形部分を略同一平面内に配
置するとともに両三角形部分を内側にした状態で略対称
配置した一対のアンテナエレメントと、前記一対のアン
テナエレメントの一方の台形部分の下底部両側縁に一端
をそれぞれ接続した第１および第２の装荷抵抗と、前記
一対のアンテナエレメントの他方の台形部分の下底部両
側縁に一端をそれぞれ接続した第３および第４の装荷抵
抗と、前記第１および第２の装荷抵抗の他端にそれぞれ
一端を接続した第１および第２の導体と、前記第３およ
び第４の装荷抵抗の他端にそれぞれ一端を接続した第３
および第４の導体と、前記第１および第３の導体の他端
間に接続された第５の装荷抵抗と、前記第２および第４
の導体間に接続された第６の装荷抵抗とを備えている。

〔作用〕

この発明の構成によれば、一対のアンテナエレメント
を略二等辺三角形状の平板を鈍角的に折曲して形成し、
一対のアンテナエレメントを三角形部分を内側にした状
態で略対称配置したので、一対のアンテナエレメントの
長手方向の指向特性を狭指向特性とすることができ、一
対のアンテナエレメントをその長手方向に移動させなが
ら検知動作を行わせることで、地中埋設物体の検知精度
を高めることができ、さらに電波の放射効率を高めるこ
とができる。

また、一対のアンテナエレメントの長手方向と直交す
る方向の指向特性は広指向特性のままであるので、一対
のアンテナエレメントをその長手方向と直交する方向に
移動させながら検知動作を行わせることで、広範囲にわ
たって地中埋設物体の存在の有無およびその位置が、概
略的ではあるが、比較的短時間に検知することができ、
一対のアンテナエレメントをその長手方向と直交する方
向に移動させながらの地中埋設物体の検知動作と一対の
アンテナエレメントをその長手方向に移動させながらの
検知動作とを組み合わせることで広範囲の地中埋設物体
の探査を短時間で精度良く行わせることができる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第1A図，第1B図，第２図，第３
図，第４図に基づいて説明する。この地中探査用広帯域
アンテナは、第1A図，第1B図に示すように、鋭角二等辺
三角形状の同形同寸の一対の平板を底辺と平行な線を折
り目として鈍角的に折曲して一対のアンテナエレメント
1,2を形成し、この一対のアンテナエレメント1,2を両台
形部分1a,2aを同一平面内に配置するとともに三角形部
分1b,2bを内側にした状態で対称配置している。

また、一対のアンテナエレメント1,2の台形部分1a,2a
のそれぞれの両側に台形部分1a,2aと同一平面内で対称
となるように板状の導体７〜10をそれぞれ配置してい
る。

導体7,8は、一端縁がアンテナエレメント１の台形部
分1aの下底部両側縁1c,1dに所定の幅でそれぞれ近接対
向し、導体9,10も同様に一端縁がアンテナエレメント２
の台形部分2aの下底部両側縁2c,2dに所定の幅でそれぞ
れ近接対向している。また、導体7,9は、他端縁どうし
が所定の幅で相互に対向し、導体8,10も同様に他端縁ど
うしが所定の幅で相互に対向している。また、導体7,9
は両側縁をそれぞれ円弧状に湾曲形成してあり、他端縁
で両側縁が滑らかに連続するようにしている。同様に、
導体8,10も、両側縁をそれぞれ円弧状に湾曲してあり、
他端縁で両側縁が滑らかに連続するようにしている。

また、一対のアンテナエレメント1,2の台形部分1a,2a
の下底部両側縁1c,1d,2c,2dと導体７〜10との間，導体
7,9間および導体8,10間に150Ω程度の抵抗値を有する装
荷抵抗３〜6,11,12をそれぞれ接続している。

そして、一対のアンテナエレメント1,2の三角形部分1
b,2bの頂部1e,2eを給電点とし、頂部1e,2eに出力インピ
ーダンスが200Ωのバラン13を介して送信器（ベースバ
ンドパルサ）を接続し、送信器からの単一パルス状の出
力を一対のアンテナエレメント1,2より電波として放射
するようになっている。

なお、この地中探査用広帯域アンテナは、第２図に示
すように、バラン13を内蔵して絶縁性のバランケース14
に一対のアンテナエレメント1,2の三角形部分1b,2bの頂
部1e,2eが固定され、この状態でフェライトを内張りし
たアルミニウム製の箱体15に収容されている。この場
合、一対のアンテナエレメント1,2の配置平面を箱体15
の開口面に合わせ、バランケース14に設けたコネクタ1
6,同軸ケーブル17およびコネクタ18を介して箱体15の裏
側に設けた送信器19に一対のアンテナエレメント1,2を
接続し、送信器19からの送信出力をコネクタ18,同軸ケ
ーブル17,コネクタ16およびバラン13を介して一対のア
ンテナエレメント1,2に供給し、一対のアンテナエレメ
ント1,2より電波を放射することになる。

ここで、上記第１図および第２図における各部の寸法
関係について説明する。まず、一対のアンテナエレメン
ト1,2の台形部分1a,2aの下底部両側縁1c,1d,2c,2dと導
体７〜10の一端縁との間隔ｄ₁は、例えば0.5mmに設定さ
れ、対向幅ｗ₁は例えば33mmに設定され、また導体7,9間
および導体8,10間の他端どうしの間隔ｄ₂は例えば0.5mm
に設定され、対向幅ｗ₂は例えば10mmに設定され、これ
らの寸法は上記値に限定されることはなく、多少の値の
増減は許容される。

また、一対のアンテナエレメント1,2は、台形部分1a,
2aから三角形部分1b,2bの頂部1e,2eまでの高さｈ₁を10c
mに設定し、三角形部分1b,2bの頂部1e,2eの間隔ｄ₃をバ
ラン13の間隔に合わせて4mmに設定し、また三角形部分1
b,2bの底部の間隔ｄ₄を45mmに設定いている。この場
合、三角形部分1b,2bの開き角度θは約20度になる。な
お、台形部分1a,2aから三角形部分1b,2bの頂部1e,2eま
での高さｈ₁は10cm以上にするのが好ましいが、10cm以
下であってもよい。また、三角形部分1b,2bの底部の間
隔は、30〜50mmの範囲であれば十分な性能を得ることが
できる。

また、三角形部分1b,2bの底部の幅ｗ₃は、三角形部分
1b,2bの底部の間隔ｄ₄に対し、1/1.5〜1/2に設定するの
が好ましく、30〜36mmの範囲で良好な結果が得られた。
また、三角形部分1b,2bの頂部1e,2eの幅ｗ₄は、三角形
部分1b,2bの頂部1e,2eの間隔ｄ₃に対し、バラン13の出
力インピーダンスが200Ωであることから、文献に基づ
いて、1/1.24である3.2mmに設定している。この値につ
いても、多少のずれは許容される。

また、一対のアンテナエレメント1,2の折曲部分の曲
率半径はできるだけ小さい方が好ましい。なお、曲率半
径が多少大きくて一対のアンテナエレメント1,2が円弧
状に湾曲している場合にも、出力は多少低下するが、指
向特性では満足したものが得られる。

ここで、実施例の地中探査用広帯域アンテナおよび従
来例の地中探査用広帯域アンテナの指向特性の差異につ
いて説明する。

指向特性を調べるために、地表面から50cmの深さに微
小ダイポールからなる受信アンテナを配置し、受信アン
テナの直上の地表面の点を通る地表面の直線上を実施例
の地中探査用広帯域アンテナを一対のアンテナエレメン
ト1,2の長手方向に移動させながら地表面から地中に向
けて電波を放射し、受信アンテナによる受信信号レベル
を測定した。また、受信アンテナの直上の地表面の点を
通る地表面の直線上を実施例の地中探査用広帯域アンテ
ナを一対のアンテナエレメント1,2の長手方向と直交す
る方向に移動させながら地表面から地中に向けて電波を
放射し、受信アンテナによる受信信号レベルを測定し
た。また比較のために、地表面から50cmの深さに微小ダ
イポールからなる受信アンテナを配置し、受信アンテナ
の直上の地表面の点を通る地表面の直線上を従来例の地
中探査用広帯域アンテナを一対のアンテナエレメント3
1,32の長手方向に移動させながら地表面から地中に向け
て電波を放射し、受信アンテナによる受信信号レベルを
測定した。また、受信アンテナの直上の地表面の点を通
る地表面の直線上を従来例の地中探査用広帯域アンテナ
を一対のアンテナエレメント31,32の長手方向と直交す
る方向に移動させながら地表面から地中に向けて電波を
放射し、受信アンテナによる受信信号レベルを測定し
た。この結果を次表，第３図および第４図に示す。な
お、実施例および従来例の地中探査用広帯域アンテナ
は、幅60cm、奥行50cm、高さ10cmの下面開放の箱体15,4
5に収容した状態で電波を放射した。

次表は、実施例および従来例の地中探査用広帯域アン
テナにおいて、地中の受信アンテナの直上の地表面の位
置、すなわち受信アンテナの直上の地表面の点からの距
離が0cmの位置で電波を放射したときの受信信号レベル
をそれぞれ基準（1.0）として、5cm,10cmの距離での受
信信号レベルを示している。なお、次表において、の
欄は実施例の地中探査用広帯域アンテナを一対のアンテ
ナエレメント1,2の長手方向と直交する方向に移動させ
ながら地表面から地中に向けて電波を放射し、受信アン
テナによる受信信号レベルを測定した結果を示し、の
欄は実施例の地中探査用広帯域アンテナを一対のアンテ
ナエレメント1,2の長手方向に移動させながら地表面か
ら地中に向けて電波を放射し、受信アンテナによる受信
信号レベルを測定した結果を示し、の欄は従来例の地
中探査用広帯域アンテナを一対のアンテナエレメント3
1,32の長手方向と直交する方向に移動させながら地表面
から地中に向けて電波を放射し、受信アンテナによる受
信信号レベルを測定した結果を示し、の欄は従来例の
地中探査用広帯域アンテナを一対のアンテナエレメント
31,32の長手方向に移動させながら地表面から地中に向
けて電波を放射し、受信アンテナによる受信信号レベル
を測定した結果を示している。

第３図は、第１表のデータを、横軸に受信アンテナの
直上の地表面上の点からの距離をとり縦軸に受信信号レ
ベルをとってグラフに示したもので、第３図中の符号
〜は第１表の〜にそれぞれ対応している。

この第３図から、実施例の地中探査用広帯域アンテナ
では、受信信号レベルの距離に対する低下勾配が、一対
のアンテナエレメント1,2の長手方向に移動させながら
受信信号レベルを測定した場合（の場合）は一対のア
ンテナエレメント1,2の長手方向と直交する方向に移動
させながら受信信号レベルを測定した場合（の場合）
より小さくなっていることがわかる。このことは、実施
例の地中探査用広帯域アンテナでは、一対のアンテナエ
レメント1,2の長手方向と直交する方向の指向特性より
一対のアンテナエレメント1,2の長手方向の指向特性の
方が狭指向特性を有しているということである。また、
従来例の地中探査用広帯域アンテナでは、受信信号レベ
ルの距離に対する低下勾配が、一対のアンテナエレメン
ト32,32の長手方向に移動させながら受信信号レベルを
測定した場合（の場合）と一対のアンテナエレメント
31,32の長手方向と直交する方向に移動させながら受信
信号レベルを測定した場合（の場合）とで略同じであ
ることがわかる。このことは、従来例の地中探査用広帯
域アンテナでは、一対のアンテナエレメント31,32の長
手方向と直交する方向の指向特性と一対のアンテナエレ
メント31,32の長手方向の指向特性とが略同じであると
いうことである。

なお、第３図において、地表面の距離5cm,10cmの点と
50cmの深さの受信アンテナとを結ぶ線は垂線に対して、
それぞれ略5.7度,11.3度の角度をなすことになる。

第４図は、実施例の地中探査用広帯域アンテナにおい
て、地中の受信アンテナの直上の地表面の位置、すなわ
ち受信アンテナの直上の地表面の点からの距離が0cmの
位置で電波を放射したときの受信信号レベルを基準（0d
B）として、実施例の地中探査用広帯域アンテナにおけ
る5cm,10cm,……の距離での受信信号レベルならびに従
来例の地中探査用広帯域アンテナにおける0cm,5cm,10c
m,……の距離での受信信号レベルをそれぞれ示してい
る。なお、第４図において、曲線は実施例の地中探査
用広帯域アンテナを一対のアンテナエレメント1,2の長
手方向に移動させながら地表面から地中に向けて電波を
放射し、受信アンテナによる受信信号レベルを測定した
結果を示し、曲線は従来例の地中探査用広帯域アンテ
ナを一対のアンテナエレメント31,32の長手方向に移動
させながら地表面から地中に向けて電波を放射し、受信
アンテナによる受信信号レベルを測定した結果を示して
いる。

この第４図から、実施例の地中探査用広帯域アンテナ
を一対のアンテナエレメント1,2の長手方向に移動させ
ながら電波を放射したときの受信信号レベルは、距離が
小さい領域において、従来例の地中探査用広帯域アンテ
ナを一対のアンテナエレメント31,32の長手方向に移動
させながら電波を放射したときの受信信号レベルに比べ
て大きいことがわかる。このことは、実施例の地中探査
用広帯域アンテナが従来例の地中探査用広帯域アンテナ
に比べて電波の放射効率が高いことを示している。

この地中探査用広帯域アンテナは、一対のアンテナエ
レメント1,2を鋭角二等辺三角形状の平板を鈍角的に折
曲して形成し、一対のアンテナエレメント1,2を三角形
部分1b,2bを内側にした状態で対称配置したので、一対
のアンテナエレメント1,2の長手方向の指向特性を狭い
指向特性とすることができ、一対のアンテナエレメント
1,2をその長手方向に移動させながら検知動作を行わせ
ることで、地中埋設物体の検知精度を高めることがで
き、さらに電波の放射効率を高めることができる。

また、一対のアンテナエレメント1,2の長手方向と直
交する方向の指向特性は広指向特性のままであるので、
一対のアンテナエレメント1,2をその長手方向と直交す
る方向に移動させながら検知動作を行わせることで、広
範囲にわたって地中埋設物体の存在の有無およびその位
置が、概略的ではあるが、比較的短時間に検知すること
ができ、一対のアンテナエレメント1,2をその長手方向
と直交する方向に移動させながらの地中埋設物体の検知
動作と一対のアンテナエレメント1,2をその長手方向に
移動させながらの検知動作とを組み合わせることで広範
囲の地中埋設物体の探査を短時間で精度良く行わせるこ
とができる。

また、この地中探査用広帯域アンテナは、一対の鋭角
二等辺三角形状の平板を鈍角的に折曲して一対のアンテ
ナエレメント1,2を形成し、三角形部分1b,2bを内側にし
た状態で対称配置しているため、一対のアンテナエレメ
ント1,2が立体的となり、箱体15に収容した状態で電波
を放射するように構成にするに際して、台形部分1a,2a
から三角形部分1b,2bの頂部1e,2eまでの高さｈ₁を箱体1
5の高さと同程度に設定することにより三角形部分1b,2b
の頂部1e,2eに固定するバランケース14を箱体15の裏側
に突出させることができ、箱体15の裏側に取りつけられ
た送信器19とバラン14とを接続する場合に、バランケー
ス15と送信器19との空間距離を少なくでき、したがっ
て、コネクタ数を従来例よりも削減することができ、構
造的に簡素化できるとともに、コネクタによる不要反射
を低減してリンギングを低減することができる。

なお、上記実施例では、一対のアンテナエレメント1,
2は鋭角三角形状の平板を鈍角的に折曲して形成した
が、平板の形状は正確な鋭角二等辺三角形状でなくても
よく、これに近い形状であればよい。

〔発明の効果〕

この発明の地中探査用広帯域アンテナによれば、一対
のアンテナエレメントを略二等辺三角形状の平板を鈍角
的に折曲して形成し、一対のアンテナエレメントを三角
形部分を内側にした状態で略対称配置したので、一対の
アンテナエレメントの長手方向の指向特性をを狭指向特
性とすることができ、一対のアンテナエレメントをその
長手方向に移動させながら検知動作を行わせることで、
地中埋設物体の検知精度を高めることができ、さらに電
波の放射効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第1A図はこの発明の一実施例の地中探査用広帯域アンテ
ナの構成を示す斜視図、第1B図は第1A図の要部の拡大斜
視図、第２図は同じく箱体に収容した状態の断面図、第
３図は実施例および従来例の地中探査用広帯域アンテナ
の指向特性を示す特性図、第４図は実施例および従来例
の地中探査用広帯域アンテナの放射効率を示す特性図、
第５図は従来の地中探査用広帯域アンテナの構成を示す
平面図、第６図は同じく箱体に収容した状態の断面図で
ある。 1,2……アンテナエレメント、1a,2a……台形部分、1b,2
b……三角形部分、３〜６……装荷抵抗、７〜10……導
体、11,12……装荷抵抗

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】略二等辺三角形状の一対の平板を底辺と略
平行な線を折り目として鈍角的に折曲してなり，両台形
部分を略同一平面内に配置するとともに両三角形部分を
内側にした状態で略対称配置した一対のアンテナエレメ
ントと、前記一対のアンテナエレメントの一方の台形部
分の下底部両側縁に一端をそれぞれ接続した第１および
第２の装荷抵抗と、前記一対のアンテナエレメントの他
方の台形部分の下底部両側縁に一端をそれぞれ接続した
第３および第４の装荷抵抗と、前記第１および第２の装
荷抵抗の他端にそれぞれ一端を接続した第１および第２
の導体と、前記第３および第４の装荷抵抗の他端にそれ
ぞれ一端を接続した第３および第４の導体と、前記第１
および第３の導体の他端間に接続された第５の装荷抵抗
と、前記第２および第４の導体間に接続された第６の装
荷抵抗とを備えた地中探査用広帯域アンテナ。