JP2850994B2 - スロットアンテナを利用するボアホールレーダ - Google Patents
スロットアンテナを利用するボアホールレーダInfo
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- JP2850994B2 JP2850994B2 JP14704693A JP14704693A JP2850994B2 JP 2850994 B2 JP2850994 B2 JP 2850994B2 JP 14704693 A JP14704693 A JP 14704693A JP 14704693 A JP14704693 A JP 14704693A JP 2850994 B2 JP2850994 B2 JP 2850994B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スロットアンテナとダ
イポールアンテナとを組み合わせてなるボアホールレー
ダに関する。
イポールアンテナとを組み合わせてなるボアホールレー
ダに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地下のエネルギーの開発、利用、
地下空間の利用など多方面での応用が期待されており、
このため、構造、建築物の建設のための基盤調査、地下
電力貯蔵、石油備蓄、地下発電等の目的で、地下空洞建
設や各種廃棄物地下貯蔵または資源、エネルギー開発等
に地下き裂や地層の計測が必要となっている。この地下
計測技術には、計測対象に近接した計測ができ、深部の
精密な測定が可能である反面機械的固定装置を必要とせ
ず、高速な計測が可能なボアホールレーダが利用されて
いる。
地下空間の利用など多方面での応用が期待されており、
このため、構造、建築物の建設のための基盤調査、地下
電力貯蔵、石油備蓄、地下発電等の目的で、地下空洞建
設や各種廃棄物地下貯蔵または資源、エネルギー開発等
に地下き裂や地層の計測が必要となっている。この地下
計測技術には、計測対象に近接した計測ができ、深部の
精密な測定が可能である反面機械的固定装置を必要とせ
ず、高速な計測が可能なボアホールレーダが利用されて
いる。
【０００３】ボアホールレーダとは、坑井（ボアホー
ル）内に降下させたゾンデ中に送受信アンテナを配置
し、送信アンテナから電波を送信し、この送信された電
波の地中での反射波を受信アンテナで補促することによ
り、反射体の位置を計測し、地下構造を推定するもので
ある。
ル）内に降下させたゾンデ中に送受信アンテナを配置
し、送信アンテナから電波を送信し、この送信された電
波の地中での反射波を受信アンテナで補促することによ
り、反射体の位置を計測し、地下構造を推定するもので
ある。
【０００４】ボアホ−ルレ−ダは、レ−ダゾンデの中に
送受信アンテナを配置し、地層中の電波減衰を抑え、レ
−ダ分解能を上げるため、通常５０ＭＨｚ〜１００ＭＨ
ｚの周波数の電波が用いられている。このため、従来の
ボアホ−ルレ−ダは、ボアホ−ルに平行なダイポ−ルア
ンテナを使用して電波の送受信に用いている。図６に一
組のダイポールアンテナを送受信用に用いて測定する場
合の概念図を示す。図６において、２１は、直径９０ｍ
ｍのＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製ゾンデ２２を吊
り下げ、地上との間で信号の授受を行う検層ケーブルで
あり、前記ゾンデ２２の中には、それぞれ６２０ｍｍの
長さを有する受信用ダイポールアンテナ２３および送信
用ダイポールアンテナ２４が、給電点位置１０７０ｍｍ
の間隔で配置されている。
送受信アンテナを配置し、地層中の電波減衰を抑え、レ
−ダ分解能を上げるため、通常５０ＭＨｚ〜１００ＭＨ
ｚの周波数の電波が用いられている。このため、従来の
ボアホ−ルレ−ダは、ボアホ−ルに平行なダイポ−ルア
ンテナを使用して電波の送受信に用いている。図６に一
組のダイポールアンテナを送受信用に用いて測定する場
合の概念図を示す。図６において、２１は、直径９０ｍ
ｍのＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製ゾンデ２２を吊
り下げ、地上との間で信号の授受を行う検層ケーブルで
あり、前記ゾンデ２２の中には、それぞれ６２０ｍｍの
長さを有する受信用ダイポールアンテナ２３および送信
用ダイポールアンテナ２４が、給電点位置１０７０ｍｍ
の間隔で配置されている。
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、従来の
ボアホールレーダでは、送受信のアンテナが、狭いボア
ホールゾンデの中で近接して配置されざるを得ないた
め、その結合度が大きく、受信アンテナには、周囲から
の微弱な反射に加えて、送信アンテナからの強力な直接
波が重畳的に入り込む。このため、その直接波が充分に
減衰する時刻前に到来する反射波を検出することができ
ないという欠点があった。そのため、坑井周辺の地下構
造は精密には計測できなかった。
ボアホールレーダでは、送受信のアンテナが、狭いボア
ホールゾンデの中で近接して配置されざるを得ないた
め、その結合度が大きく、受信アンテナには、周囲から
の微弱な反射に加えて、送信アンテナからの強力な直接
波が重畳的に入り込む。このため、その直接波が充分に
減衰する時刻前に到来する反射波を検出することができ
ないという欠点があった。そのため、坑井周辺の地下構
造は精密には計測できなかった。
【０００６】また、送受信アンテナ間の直接結合を低減
するために、アンテナ間隔を離したり、所定の信号処理
を行うことにより、直接波の影響を低減する方法が考慮
されているが、これらの方法は、いずれも反射波自体の
強度を弱くするため、有効な解決方法ではなかった。殊
に、周辺が損失の大きい媒質である場合には、実用性に
欠けるものであった。
するために、アンテナ間隔を離したり、所定の信号処理
を行うことにより、直接波の影響を低減する方法が考慮
されているが、これらの方法は、いずれも反射波自体の
強度を弱くするため、有効な解決方法ではなかった。殊
に、周辺が損失の大きい媒質である場合には、実用性に
欠けるものであった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、ボア
ホールレーダの送信、受信、または、その双方にボアホ
ールと直交する方向に偏波する電波に対して感度を有す
る導体円筒上軸方向スロットアンテナを用い、これとダ
イポールアンテナとを適宜組み合わせることにより送信
電波の偏波に対して平行と直交の２成分の計測を可能と
したものである。そして、周波数の選択により坑井周辺
および坑井より離れた位置にある反射体をも測定可能と
したものである。
ホールレーダの送信、受信、または、その双方にボアホ
ールと直交する方向に偏波する電波に対して感度を有す
る導体円筒上軸方向スロットアンテナを用い、これとダ
イポールアンテナとを適宜組み合わせることにより送信
電波の偏波に対して平行と直交の２成分の計測を可能と
したものである。そして、周波数の選択により坑井周辺
および坑井より離れた位置にある反射体をも測定可能と
したものである。
【０００８】本願請求項１に係る発明は、ボアホールレ
ーダに係り、一部または全部を金属で形成された地下探
査ボアホールレーダ用ゾンデの円筒導体表面に設けら
れ、所定幅、所定長の誘電体物質によって被覆または充
填されたスロットを有する一組のスロットアンテナと、
一組のダイポールアンテナとを組み合わせてなり、スロ
ットアンテナとダイポールアンテナの組合せにより直交
偏波計測を、一組のスロットアンテナにより水平偏波計
測することを特徴とする。 また、本願請求項２に係る発
明は、前記請求項１記載のボアホールレーダに係り、前
記一組のスロットアンテナは、受信アンテナとして、前
記一組のダイポールアンテナは送信アンテナとして構成
されたことを特徴とする。 本願請求項３に係る発明は、
前記請求項１記載のボアホールレーダに係り、前記一組
のスロットアンテナは、送信アンテナとして、前記一組
のダイポールアンテナは、受信アンテナとして構成され
たことを特徴とする。 本願請求項４に係る発明は、前記
請求項１または２記載のボアホールレーダに係り、前記
一組の送信用ダイポールアンテナのうちの一は、ボアホ
ールゾンデ内の下側に、前記一組の受信用スロットアン
テナのうちの一は、ボアホールゾンデ内の上側に配置さ
れたことを特徴とする。 本願請求項５に係る発明は、前
記請求項１または２記載のボアホールレーダに係り、前
記一組の送信用ダイポールアンテナのうちの一は、ボア
ホールゾンデ内の上側に、前記一組の受信用スロットア
ンテナのうちの一は、ボアホールゾンデ内の下側に配置
されたことを特徴とする。 本願請求項６に係る発明は、
前記請求項１記載のボアホールレーダに係り、円筒導体
表面に設けられた所定幅、所定長のスロットを有する一
組のスロットアンテナを配置し、一方を送信用アンテナ
とし、他方を受信用アンテナとして、それぞれ配置した
ことを特徴とする。 本願請求項７に係る発明は、前記請
求項６記載のボアホールレーダに係り、前記送信用スロ
ットアンテナは、ゾンデ内の上側に、受信用スロットア
ンテナは、ゾンデ内の下側に配置したことを特徴とす
る。 本願請求項８に係る発明は、前記請求項６記載のボ
アホールレーダに係り、前 記送信用スロットアンテナ
は、ゾンデ内の下側に、受信用スロットアンテナは、ゾ
ンデ内の上側に配置したことを特徴とする。 本願請求項
９に係る発明は、前記請求項１ないし８のいずれかに記
載のボアホールレーダに係り、前記スロットアンテナに
替え、マイクロストリップアンテナまたは微小ループア
ンテナを使用したことを特徴とする。
ーダに係り、一部または全部を金属で形成された地下探
査ボアホールレーダ用ゾンデの円筒導体表面に設けら
れ、所定幅、所定長の誘電体物質によって被覆または充
填されたスロットを有する一組のスロットアンテナと、
一組のダイポールアンテナとを組み合わせてなり、スロ
ットアンテナとダイポールアンテナの組合せにより直交
偏波計測を、一組のスロットアンテナにより水平偏波計
測することを特徴とする。 また、本願請求項２に係る発
明は、前記請求項１記載のボアホールレーダに係り、前
記一組のスロットアンテナは、受信アンテナとして、前
記一組のダイポールアンテナは送信アンテナとして構成
されたことを特徴とする。 本願請求項３に係る発明は、
前記請求項１記載のボアホールレーダに係り、前記一組
のスロットアンテナは、送信アンテナとして、前記一組
のダイポールアンテナは、受信アンテナとして構成され
たことを特徴とする。 本願請求項４に係る発明は、前記
請求項１または２記載のボアホールレーダに係り、前記
一組の送信用ダイポールアンテナのうちの一は、ボアホ
ールゾンデ内の下側に、前記一組の受信用スロットアン
テナのうちの一は、ボアホールゾンデ内の上側に配置さ
れたことを特徴とする。 本願請求項５に係る発明は、前
記請求項１または２記載のボアホールレーダに係り、前
記一組の送信用ダイポールアンテナのうちの一は、ボア
ホールゾンデ内の上側に、前記一組の受信用スロットア
ンテナのうちの一は、ボアホールゾンデ内の下側に配置
されたことを特徴とする。 本願請求項６に係る発明は、
前記請求項１記載のボアホールレーダに係り、円筒導体
表面に設けられた所定幅、所定長のスロットを有する一
組のスロットアンテナを配置し、一方を送信用アンテナ
とし、他方を受信用アンテナとして、それぞれ配置した
ことを特徴とする。 本願請求項７に係る発明は、前記請
求項６記載のボアホールレーダに係り、前記送信用スロ
ットアンテナは、ゾンデ内の上側に、受信用スロットア
ンテナは、ゾンデ内の下側に配置したことを特徴とす
る。 本願請求項８に係る発明は、前記請求項６記載のボ
アホールレーダに係り、前 記送信用スロットアンテナ
は、ゾンデ内の下側に、受信用スロットアンテナは、ゾ
ンデ内の上側に配置したことを特徴とする。 本願請求項
９に係る発明は、前記請求項１ないし８のいずれかに記
載のボアホールレーダに係り、前記スロットアンテナに
替え、マイクロストリップアンテナまたは微小ループア
ンテナを使用したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明によるダイポールアンテナとスロットア
ンテナを適宜組み合わせて直交偏波を利用したボアホー
ルレーダでは、反射波形の偏波特性間でも測定可能と
し、直接波に対する感度のみを低減できるため、反射波
だけを明瞭に検出できる。
ンテナを適宜組み合わせて直交偏波を利用したボアホー
ルレーダでは、反射波形の偏波特性間でも測定可能と
し、直接波に対する感度のみを低減できるため、反射波
だけを明瞭に検出できる。
【００１０】
【実施例】図１に本発明に係るボアホールレーダに使用
するスロットアンテナの実施例について述べる。図１
は、本発明に係るボアホールレーダに使用するスロット
アンテナの一実施例を示したものであり、導体円柱１表
面上に縦方向にスロット（空隙）２を有する構造のもの
である。本発明に係るボアホールレーダに使用するスロ
ットアンテナは、通常、直径１００ｍｍ程度の計測用坑
井（図１では図示せず）内に吊り下ろされる外筒内径７
５ｍｍ、肉厚約１０ｍｍのＦＲＰ（繊維強化プラスチッ
ク）ゾンデの中に配置されるため、直径７０ｍｍφ、長
さ１０３０ｍｍの金属円筒において、円筒上軸方向に長
さ６５０ｍｍ、幅３ｍｍのスロット（空隙）を形成し
た。
するスロットアンテナの実施例について述べる。図１
は、本発明に係るボアホールレーダに使用するスロット
アンテナの一実施例を示したものであり、導体円柱１表
面上に縦方向にスロット（空隙）２を有する構造のもの
である。本発明に係るボアホールレーダに使用するスロ
ットアンテナは、通常、直径１００ｍｍ程度の計測用坑
井（図１では図示せず）内に吊り下ろされる外筒内径７
５ｍｍ、肉厚約１０ｍｍのＦＲＰ（繊維強化プラスチッ
ク）ゾンデの中に配置されるため、直径７０ｍｍφ、長
さ１０３０ｍｍの金属円筒において、円筒上軸方向に長
さ６５０ｍｍ、幅３ｍｍのスロット（空隙）を形成し
た。
【００１１】このスロットアンテナの特性を以下の方法
によって検証した。
によって検証した。
【００１２】今、該スロットアンテナの特性を知るため
に円筒が無限に長いと想定すると、その放射電磁界の遠
方界は次式１で与えられ、アンテナ軸に対し電界が垂直
な偏波を励振する。
に円筒が無限に長いと想定すると、その放射電磁界の遠
方界は次式１で与えられ、アンテナ軸に対し電界が垂直
な偏波を励振する。
【００１３】
【数１】
【００１４】但し、
【００１５】
【数２】
【００１６】
【数３】
【００１７】ここで、Ｓ（*）は、無限完全導体平板上
スロットアンテナの放射電磁界、Ｍ（*）は、円筒の影
響を表わす項であり、ここで、スロット幅が使用する周
波数に比べ充分に小さく、かつ、円筒直径が十分に小さ
いとすると、次式４が成り立ち、周方向に無指向性とな
る。
スロットアンテナの放射電磁界、Ｍ（*）は、円筒の影
響を表わす項であり、ここで、スロット幅が使用する周
波数に比べ充分に小さく、かつ、円筒直径が十分に小さ
いとすると、次式４が成り立ち、周方向に無指向性とな
る。
【００１８】
【数４】
【００１９】なお、スロットアンテナをボアホールレー
ダに使用するに際して、特に、前記スロットアンテナを
パルスレーダの送受信アンテナとして使用した場合の給
電点の位置について検討する必要がある。これは、パル
スレーダの送受信アンテナとして前記スロットアンテナ
を使用する場合には、広帯域での動作が要求され、その
ためは、広帯域でのインピーダンス整合を改善しなけれ
ばならないからである。給電位置と指向性、入力インピ
ーダンスとの関係を解析した結果、中央以外で給電した
場合には、スロット長ｌ、波長λとすると、図２（ａ）
に示されるように、ｌ／λ＝０．５なる周波数付近で
は、Ｈ面内指向性は、アンテナ正面に向いているが、ｌ
／λ＝１．０となる周波数付近で使用した場合には、図
２（ｂ）に示されるように、アンテナの正面方向でロー
ブが割れるという結果を得た。図２は、端部より１／４
全長の位置で給電した場合のスロットアンテナのＨ面内
指向性を示す図である。
ダに使用するに際して、特に、前記スロットアンテナを
パルスレーダの送受信アンテナとして使用した場合の給
電点の位置について検討する必要がある。これは、パル
スレーダの送受信アンテナとして前記スロットアンテナ
を使用する場合には、広帯域での動作が要求され、その
ためは、広帯域でのインピーダンス整合を改善しなけれ
ばならないからである。給電位置と指向性、入力インピ
ーダンスとの関係を解析した結果、中央以外で給電した
場合には、スロット長ｌ、波長λとすると、図２（ａ）
に示されるように、ｌ／λ＝０．５なる周波数付近で
は、Ｈ面内指向性は、アンテナ正面に向いているが、ｌ
／λ＝１．０となる周波数付近で使用した場合には、図
２（ｂ）に示されるように、アンテナの正面方向でロー
ブが割れるという結果を得た。図２は、端部より１／４
全長の位置で給電した場合のスロットアンテナのＨ面内
指向性を示す図である。
【００２０】これらの解析結果から、ボアホールレーダ
用スロットアンテナを設計する場合には、インピーダン
ス整合だけでなく、指向性も考慮に入れなけらばならな
いことが判明する。
用スロットアンテナを設計する場合には、インピーダン
ス整合だけでなく、指向性も考慮に入れなけらばならな
いことが判明する。
【００２１】したがって、本実施例において、スロット
アンテナを使用するに際して、その給電点を円筒表面上
のスロット全長の１／４の位置に給電点３を設けた（図
３参照）。
アンテナを使用するに際して、その給電点を円筒表面上
のスロット全長の１／４の位置に給電点３を設けた（図
３参照）。
【００２２】図３は、給電点の構造を示すもので、図３
において、符号４は、円筒内部に設けられる同軸給電線
であり、スロットを横切る給電点３に高周波電圧を給電
する。なお、このスロット２の形状や、給電点３の位置
等は使用周波数によって適宜決定されるべきものであ
り、実際に使用されるスロットアンテナにあっては、前
記金属円筒１は、坑井内では保護のため、または、電磁
波放射効率を良くするため、誘電体によって被覆され、
また、スロット２についても、スロット空隙内を誘電体
を充填したり、あるいは、空洞共振器を結合したりする
こともある。このような誘電体による被覆や、充填は、
放射効率の向上や、温度や衝撃による変形を防止して、
安定して電磁波の送受信を行う効果を有する。
において、符号４は、円筒内部に設けられる同軸給電線
であり、スロットを横切る給電点３に高周波電圧を給電
する。なお、このスロット２の形状や、給電点３の位置
等は使用周波数によって適宜決定されるべきものであ
り、実際に使用されるスロットアンテナにあっては、前
記金属円筒１は、坑井内では保護のため、または、電磁
波放射効率を良くするため、誘電体によって被覆され、
また、スロット２についても、スロット空隙内を誘電体
を充填したり、あるいは、空洞共振器を結合したりする
こともある。このような誘電体による被覆や、充填は、
放射効率の向上や、温度や衝撃による変形を防止して、
安定して電磁波の送受信を行う効果を有する。
【００２３】図４に、実際のゾンデ５の中に、このアン
テナを配置し、従来のダイポールアンテナと組み合わせ
て使用するボアホールレーダーの概念図を示す。図４に
おいて、５は、ＦＲＰ製ゾンデ、６は、受信用スロット
アンテナであり、直径７０ｍｍ、長さ１０３０ｍｍの導
体円柱１からなり、その中央表面上に長さ６３０ｍｍ、
スロット幅３ｍｍのスロット部２が設けられている。７
は、これら受信用スロットアンテナ６および送信用ダイ
ポールアンテナ８を配置したゾンデ５が、吊り下げら
れ、電磁波の送受信操作を制御する検層ケーブルであ
り、坑井外地上より直流電源、送信トリガ信号を送り込
み、または、受信波を地上に導く同軸線路（図示外）等
からなる。
テナを配置し、従来のダイポールアンテナと組み合わせ
て使用するボアホールレーダーの概念図を示す。図４に
おいて、５は、ＦＲＰ製ゾンデ、６は、受信用スロット
アンテナであり、直径７０ｍｍ、長さ１０３０ｍｍの導
体円柱１からなり、その中央表面上に長さ６３０ｍｍ、
スロット幅３ｍｍのスロット部２が設けられている。７
は、これら受信用スロットアンテナ６および送信用ダイ
ポールアンテナ８を配置したゾンデ５が、吊り下げら
れ、電磁波の送受信操作を制御する検層ケーブルであ
り、坑井外地上より直流電源、送信トリガ信号を送り込
み、または、受信波を地上に導く同軸線路（図示外）等
からなる。
【００２４】なお、前記ダイポールアンテナ８は、全長
６２０ｍｍ、直径３８ｍｍのものを使用し、受信アンテ
ナのスロットアンテナ６と送信アンテナのダイポールア
ンテナ８との、各給電点間の距離は、１２３０ｍｍにし
た。この場合の該スロットアンテナ６とダイポールアン
テナ８の共振周波数は、ネットワークアナライザを用い
て空中で測定した結果、その共振周波数は、それぞれ約
４３０ＭＨｚおよび２４０ＭＨｚであった。
６２０ｍｍ、直径３８ｍｍのものを使用し、受信アンテ
ナのスロットアンテナ６と送信アンテナのダイポールア
ンテナ８との、各給電点間の距離は、１２３０ｍｍにし
た。この場合の該スロットアンテナ６とダイポールアン
テナ８の共振周波数は、ネットワークアナライザを用い
て空中で測定した結果、その共振周波数は、それぞれ約
４３０ＭＨｚおよび２４０ＭＨｚであった。
【００２５】本実施例において、パルス発生器は、ダイ
ポールアンテナ内部に内蔵し、発生器のトリガ信号は光
ファイバを用いて与えることで、送信アンテナと受信ア
ンテナを電気的に絶縁した。その上で、送信用ダイポー
ルアンテナ８には、ピーク電圧約１８８Ｖ、半値幅約
４．１ｎｓのＤＣパルスを給電し、受信アンテナとして
の前記スロットアンテナ６からの信号を約５０ｍの同軸
ケーブルを介して直接地上のオシロスコープまで伝送し
た。
ポールアンテナ内部に内蔵し、発生器のトリガ信号は光
ファイバを用いて与えることで、送信アンテナと受信ア
ンテナを電気的に絶縁した。その上で、送信用ダイポー
ルアンテナ８には、ピーク電圧約１８８Ｖ、半値幅約
４．１ｎｓのＤＣパルスを給電し、受信アンテナとして
の前記スロットアンテナ６からの信号を約５０ｍの同軸
ケーブルを介して直接地上のオシロスコープまで伝送し
た。
【００２６】このようなスロットアンテナとダイポール
アンテナとの組み合わせにおいて、実際にフィールドで
測定した。このフィールドは、電磁波、弾性波等を用い
た高精度地下計測技術を開発する目的で所定の鉱山坑道
内に整備されたものであり、４本の垂直坑井の他に６本
の水平計測井が掘削されている。
アンテナとの組み合わせにおいて、実際にフィールドで
測定した。このフィールドは、電磁波、弾性波等を用い
た高精度地下計測技術を開発する目的で所定の鉱山坑道
内に整備されたものであり、４本の垂直坑井の他に６本
の水平計測井が掘削されている。
【００２７】このフィールドの岩体は、比較的均質な花
崗岩であり、比誘電率は、３．７５、導電率は、１０
■3Ｓ／ｍ以下であることが報告されている。
崗岩であり、比誘電率は、３．７５、導電率は、１０
■3Ｓ／ｍ以下であることが報告されている。
【００２８】測定に使用した坑井は、直径１１０ｍｍ、
深度４０ｍの垂直井であり、坑口まで清水で満たされて
いる。測定は、受信波形を２００ｍｍ深度毎に記録して
行った。
深度４０ｍの垂直井であり、坑口まで清水で満たされて
いる。測定は、受信波形を２００ｍｍ深度毎に記録して
行った。
【００２９】なお、この上記実施例においては、前記ス
ロットアンテナ６を受信用に用い、前記ダイポールアン
テナ８を送信用に用いて、かつ、受信用スロットアンテ
ナ６を上側に、送信用ダイポールアンテナ８を下側に配
置したが、これは、スロットアンテナ６を送信用に用
い、ダイポールアンテナ８を受信用に用いても良く、ま
た、その上下関係は、いずれが上側であっても、また、
他が下側であっても良いものである。
ロットアンテナ６を受信用に用い、前記ダイポールアン
テナ８を送信用に用いて、かつ、受信用スロットアンテ
ナ６を上側に、送信用ダイポールアンテナ８を下側に配
置したが、これは、スロットアンテナ６を送信用に用
い、ダイポールアンテナ８を受信用に用いても良く、ま
た、その上下関係は、いずれが上側であっても、また、
他が下側であっても良いものである。
【００３０】さらに、一組のスロットアンテナ６を組み
合わせて、これらをそれぞれ送信用または受信用として
も良く、また、それらの上下のいずれをも、送信用、ま
たは、受信用アンテナとしても良いものである。
合わせて、これらをそれぞれ送信用または受信用として
も良く、また、それらの上下のいずれをも、送信用、ま
たは、受信用アンテナとしても良いものである。
【００３１】いずれにしても、これらの組み合わせによ
る反射波の偏波の概念状態を図５に示す。図５（ａ）
は、前記ダイポールアンテナを送信用として用いた場合
に現れる反射波の状態を示す概念図であり、Ｅi yは、入
射波、符号１０は、地中に存在する反射体、Ｅs yyおよ
びＥs xyは、反射波を示すものである。同様に、図５
（ｂ）は、スロットアンテナを送信用として用いた場合
に現れる反射波の状態を示すもので、Ｅi xは、入射波、
符号１０は、地中に存在する反射体、Ｅs yxおよびＥs xx
は、前記入射波Ｅi xが、前記反射体１０に当たって、反
射してきた反射波を示すものである。
る反射波の偏波の概念状態を図５に示す。図５（ａ）
は、前記ダイポールアンテナを送信用として用いた場合
に現れる反射波の状態を示す概念図であり、Ｅi yは、入
射波、符号１０は、地中に存在する反射体、Ｅs yyおよ
びＥs xyは、反射波を示すものである。同様に、図５
（ｂ）は、スロットアンテナを送信用として用いた場合
に現れる反射波の状態を示すもので、Ｅi xは、入射波、
符号１０は、地中に存在する反射体、Ｅs yxおよびＥs xx
は、前記入射波Ｅi xが、前記反射体１０に当たって、反
射してきた反射波を示すものである。
【００３２】なお、これらの入射波、反射波（散乱波）
を直交するｘ、ｙ成分に分離して表示すると、以下の式
で表わされる。
を直交するｘ、ｙ成分に分離して表示すると、以下の式
で表わされる。
【００３３】
【数５】
【００３４】
【数５】において、
【数６】 は、反射波（散乱波）、
【数７】 は、散乱行列、
【数８】 は、入射波である。
【００３５】ここで、散乱行列は、反射体１０の固有の
値をもつから、送受信波の偏波を制御して散乱行列を同
定すれば、その物体の反射特性を求めることができ、こ
れにより地下構造を解析できることになる。すなわち、
従来の一組のダイポールアンテナで計測できるのが、数
５におけるＳｙｙだけであるのに対し、ダイポールアン
テナとスロットアンテナの組み合わせにより、
（Ｓｘｘ、Ｓｘｙ、Ｓｙｘ、Ｓｙｙ）のすべての成分を
計測可能とすることができ、反射体の偏波特性を完全に
同定することができる。
値をもつから、送受信波の偏波を制御して散乱行列を同
定すれば、その物体の反射特性を求めることができ、こ
れにより地下構造を解析できることになる。すなわち、
従来の一組のダイポールアンテナで計測できるのが、数
５におけるＳｙｙだけであるのに対し、ダイポールアン
テナとスロットアンテナの組み合わせにより、
（Ｓｘｘ、Ｓｘｙ、Ｓｙｘ、Ｓｙｙ）のすべての成分を
計測可能とすることができ、反射体の偏波特性を完全に
同定することができる。
【００３６】本実施例においては、送信する電磁波とし
て、尖頭値１８８Ｖ、パルス幅１０ｎｓ、繰り返し周波
数３０ｋＨｚのＤＣパルスを直接アンテナに給電し、一
方、受信は、広帯域アンプを介して同軸ケーブルで地表
に伝送し、その結果をオシロスコープで計測して、地下
構造を推定した。
て、尖頭値１８８Ｖ、パルス幅１０ｎｓ、繰り返し周波
数３０ｋＨｚのＤＣパルスを直接アンテナに給電し、一
方、受信は、広帯域アンプを介して同軸ケーブルで地表
に伝送し、その結果をオシロスコープで計測して、地下
構造を推定した。
【００３７】本実施例においては、上記のような送信お
よび受信条件としたが、これは、送信には、パルス発
生器を用い、受信回路をサンプリング回路により低周波
変換下信号を光ファイバーで伝送して計測してもよい
し、また、連続波を用いて、周波数を掃引して振幅、
位相を計測するようにしてもよい。
よび受信条件としたが、これは、送信には、パルス発
生器を用い、受信回路をサンプリング回路により低周波
変換下信号を光ファイバーで伝送して計測してもよい
し、また、連続波を用いて、周波数を掃引して振幅、
位相を計測するようにしてもよい。
【００３８】本実施例の効果を比較するため、従来の一
組のダイポールアンテナを使用したボアホールレーダと
の比較を行った。
組のダイポールアンテナを使用したボアホールレーダと
の比較を行った。
【００３９】図７は、スロットアンテナとダイポールア
ンテナの組み合わせによる本実施例に係るボアホールレ
ーダと一組のダイポールアンテナの組み合わせに係る従
来のボアホールレーダで得られた受信波形を濃淡表示で
示したものである。２０ｎｓ付近に到来する振幅の比較
的大きな波は送信アンテナからの直達波であり、深度が
変化してもあまり波形は変化しない。一方、反射波の到
達時刻は、反射体の形状や距離等によって、深度ごとに
特徴的な変化を示す。例えば、ゾンデが水平境界層と交
差した場合、境界層を挟んでＶ字形の軌跡を描いてい
る。図７の深度７ｍおよび３０ｍ付近にみられるＶ字形
の軌跡は、水を含んだ地下亀裂や境界線からの反射波に
よるものと考えられる。従来のボアホールレーダで得ら
れた受信波形では、直達波の振幅が反射波の振幅に比べ
非常に大きいことが知り得る。これに対し、本実施例に
係るボアホールレーダを使用した場合には、直達波の振
幅が反射波の振幅に比較し相対的に小さいので反射波の
識別が容易になる。堆積岩や石油貯留層のような導電率
が高いために可深距離が小さい地域では、一般に得られ
る情報は坑壁近傍に限られていて、従来のボアホールレ
ーダでは、直接結合の影響が大きいため、反射波の検出
が困難であった。本実施例に係るボアホールレーダで
は、このような地域でもボアホールレーダによる計測が
可能となった。
ンテナの組み合わせによる本実施例に係るボアホールレ
ーダと一組のダイポールアンテナの組み合わせに係る従
来のボアホールレーダで得られた受信波形を濃淡表示で
示したものである。２０ｎｓ付近に到来する振幅の比較
的大きな波は送信アンテナからの直達波であり、深度が
変化してもあまり波形は変化しない。一方、反射波の到
達時刻は、反射体の形状や距離等によって、深度ごとに
特徴的な変化を示す。例えば、ゾンデが水平境界層と交
差した場合、境界層を挟んでＶ字形の軌跡を描いてい
る。図７の深度７ｍおよび３０ｍ付近にみられるＶ字形
の軌跡は、水を含んだ地下亀裂や境界線からの反射波に
よるものと考えられる。従来のボアホールレーダで得ら
れた受信波形では、直達波の振幅が反射波の振幅に比べ
非常に大きいことが知り得る。これに対し、本実施例に
係るボアホールレーダを使用した場合には、直達波の振
幅が反射波の振幅に比較し相対的に小さいので反射波の
識別が容易になる。堆積岩や石油貯留層のような導電率
が高いために可深距離が小さい地域では、一般に得られ
る情報は坑壁近傍に限られていて、従来のボアホールレ
ーダでは、直接結合の影響が大きいため、反射波の検出
が困難であった。本実施例に係るボアホールレーダで
は、このような地域でもボアホールレーダによる計測が
可能となった。
【００４０】また、図８に隣接する５つの深度の計測波
形を平均し、その波形を各深度での波形から減算した波
形を濃淡表示したものを示す。直達波の波形は深度に関
係なく比較的一定であるので、このような信号処理によ
り、直達波の影響を容易に取り除くことができる。すな
わち、このような信号処理により、反射波の微細な様子
が強調され、遠方まで反射波の存在が確かめられること
になる。
形を平均し、その波形を各深度での波形から減算した波
形を濃淡表示したものを示す。直達波の波形は深度に関
係なく比較的一定であるので、このような信号処理によ
り、直達波の影響を容易に取り除くことができる。すな
わち、このような信号処理により、反射波の微細な様子
が強調され、遠方まで反射波の存在が確かめられること
になる。
【００４１】以上のことから、本実施例に係るボアホー
ルレーダと従来のボアホールレーダとの測定結果を比べ
ると、本実施例に係るものは、従来のものに比べ、分解
能は高い。
ルレーダと従来のボアホールレーダとの測定結果を比べ
ると、本実施例に係るものは、従来のものに比べ、分解
能は高い。
【００４２】一般に平均波形の減算は、地下レーダにお
ける直達波の除去方法として用いられるが、その場合に
も、計測位置において直接波波形が常に一定であるとい
う条件が充分にみたされる場合のみに実用可能である。
地層が複雑に変化している場所では、直接波の波形が一
定には現われないため、この平均波形の減算の手法を用
いることは問題があった。ところが、本実施例に係るボ
アホールレーダを使用する場合には、直接波除去の信号
処理を必要としないため、これを利用することに意義が
生じる。
ける直達波の除去方法として用いられるが、その場合に
も、計測位置において直接波波形が常に一定であるとい
う条件が充分にみたされる場合のみに実用可能である。
地層が複雑に変化している場所では、直接波の波形が一
定には現われないため、この平均波形の減算の手法を用
いることは問題があった。ところが、本実施例に係るボ
アホールレーダを使用する場合には、直接波除去の信号
処理を必要としないため、これを利用することに意義が
生じる。
【００４３】なお、本実施例においては、スロットアン
テナを用い、これを他のダイポールアンテナや、スロッ
トアンテナとの組み合わせることにより、反射波を補促
するようにしたが、これは、スロットアンテナに限ら
ず、理論的には、マイクロストリップアンテナや微小ル
ープアンテナを所望偏波に感度を有するように回転配置
し、これらと、他のスロットアンテナ、ダイポールアン
テナ等と組み合わせてボアホールレーダを構成してもよ
いものである。
テナを用い、これを他のダイポールアンテナや、スロッ
トアンテナとの組み合わせることにより、反射波を補促
するようにしたが、これは、スロットアンテナに限ら
ず、理論的には、マイクロストリップアンテナや微小ル
ープアンテナを所望偏波に感度を有するように回転配置
し、これらと、他のスロットアンテナ、ダイポールアン
テナ等と組み合わせてボアホールレーダを構成してもよ
いものである。
【００４４】
【発明の効果】本発明に係るボアホールレーダを使用す
ることによって、特に、坑壁近傍での反射波の識別が実
際に容易になり、より高精度の計測が行えるという効果
がある。さらに、堆積層や石油貯留層のような地中での
電磁波の損失が大きく、従来のボアホールレーダでは、
計測できなかった場所でも計測が行えるという効果があ
る。
ることによって、特に、坑壁近傍での反射波の識別が実
際に容易になり、より高精度の計測が行えるという効果
がある。さらに、堆積層や石油貯留層のような地中での
電磁波の損失が大きく、従来のボアホールレーダでは、
計測できなかった場所でも計測が行えるという効果があ
る。
【００４５】本発明に係るボアホールレーダは、同じ平
行偏波による反射計測でも偏波が水平か垂直かでは全く
異なる反射が得られることに鑑み、さらに、水平、垂直
の両平行偏波ならびに直交偏波を組み合わせて計ること
で、任意の偏波状態を合成でき、この合成結果を利用し
て、埋設物体や地下き裂面の傾きの推定が可能となり、
また、埋没物体から反射する反射体表面の粗さの推定が
可能となるという優れた効果がある。
行偏波による反射計測でも偏波が水平か垂直かでは全く
異なる反射が得られることに鑑み、さらに、水平、垂直
の両平行偏波ならびに直交偏波を組み合わせて計ること
で、任意の偏波状態を合成でき、この合成結果を利用し
て、埋設物体や地下き裂面の傾きの推定が可能となり、
また、埋没物体から反射する反射体表面の粗さの推定が
可能となるという優れた効果がある。
【００４６】また、スロットアンテナを利用するボアホ
ールレーダは、それ自体が金属円筒であるので、ゾンデ
表面を金属で形成することができ、そのため、これを使
用することができない従来のボアホールレーダのゾンデ
に比し、機械的に強固な構造のものとすることができ、
その分、坑井内での計測に適するものとすることができ
る。
ールレーダは、それ自体が金属円筒であるので、ゾンデ
表面を金属で形成することができ、そのため、これを使
用することができない従来のボアホールレーダのゾンデ
に比し、機械的に強固な構造のものとすることができ、
その分、坑井内での計測に適するものとすることができ
る。
【００４７】さらに、断層や地下亀裂のような面での結
合で構成される表面で起こる反射の偏波は、表面の幾何
学的な性質に依存するので、ボラリメトリックレーダと
しても使用できる。したがって、本発明に係るボアホー
ルレーダに、従来のレーダ計測とは異なる新たな情報を
与えて計測することができ、本発明に係るボアホールレ
ーダにおいて行った手法を用いて偏波を制御することに
より、反射面の粗さ、密度など従来のボアホールレーダ
を始めとして、他の計測方法では得ることのできなかっ
た、これらの地下構造情報を得ることができ、地下構造
推定に大きく貢献することとなる。
合で構成される表面で起こる反射の偏波は、表面の幾何
学的な性質に依存するので、ボラリメトリックレーダと
しても使用できる。したがって、本発明に係るボアホー
ルレーダに、従来のレーダ計測とは異なる新たな情報を
与えて計測することができ、本発明に係るボアホールレ
ーダにおいて行った手法を用いて偏波を制御することに
より、反射面の粗さ、密度など従来のボアホールレーダ
を始めとして、他の計測方法では得ることのできなかっ
た、これらの地下構造情報を得ることができ、地下構造
推定に大きく貢献することとなる。
【図１】図１は、本発明に係るボアホ−ルレ−ダに使用
するスロットアンテナの一実施例図、
するスロットアンテナの一実施例図、
【図２】図２は、端部より１／４全長の位置で給電した
場合のスロットアンテナのＨ面内指向性を示す図、
場合のスロットアンテナのＨ面内指向性を示す図、
【図３】図３は、給電点の構造を示す図、
【図４】図４は、ゾンデ５中に、本実施例に係るスロッ
トアンテナを配置し、従来のダイポ−ルアンテナと組み
合わせて使用するボアホ−ルレ−ダ−の概念図、
トアンテナを配置し、従来のダイポ−ルアンテナと組み
合わせて使用するボアホ−ルレ−ダ−の概念図、
【図５】図５（ａ）は、ダイポ−ルアンテナを送信用と
して用いた場合に現れる反射波の状態を示す概念図、図
５（ｂ）は、スロットアンテナを送信用として用いた場
合に現れる反射波の状態を示す概念図、
して用いた場合に現れる反射波の状態を示す概念図、図
５（ｂ）は、スロットアンテナを送信用として用いた場
合に現れる反射波の状態を示す概念図、
【図６】図６は、一組のダイポールアンテナを送受信用
に用いて測定する場合の従来のボアホールレーダの概念
図、
に用いて測定する場合の従来のボアホールレーダの概念
図、
【図７】図７は、スロットアンテナとダイポールアンテ
ナの組み合わせによる本実施例に係るボアホールレーダ
と一組のダイポールアンテナの組み合わせに係る従来の
ボアホールレーダで得られた受信波形を濃淡表示で示し
たもの、
ナの組み合わせによる本実施例に係るボアホールレーダ
と一組のダイポールアンテナの組み合わせに係る従来の
ボアホールレーダで得られた受信波形を濃淡表示で示し
たもの、
【図８】図８は、隣接する５つの深度の計測波形を平均
し、その波形を各深度での波形から減算することによ
り、直接波の影響を除去した受信波形を濃淡表示でしま
した図である。
し、その波形を各深度での波形から減算することによ
り、直接波の影響を除去した受信波形を濃淡表示でしま
した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−52589（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−51001（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−179677（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−277080（ＪＰ，Ａ) 大久保、佐藤、新妻，”ボアホールレ ーダ用スロットアンテナの基本特性の検 討”，平成４年度電気関係学会東北支部 連合大会論文集，平成４年度電気関係学 会東北支部連合大会委員会，平成４年８ 月20日，ｐ．186 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95 G01V 3/18 - 3/34
Claims (9)
- 【請求項１】一部または全部を金属で形成された地下探
査ボアホールレーダ用ゾンデの円筒導体表面に設けら
れ、所定幅、所定長の誘電体物質によって被覆または充
填されたスロットを有する一組のスロットアンテナと、
一組のダイポールアンテナとを組み合わせてなり、スロ
ットアンテナとダイポールアンテナの組合せにより直交
偏波計測を、一組のスロットアンテナにより水平偏波計
測することを特徴とするボアホールレーダ。 - 【請求項２】前記一組のスロットアンテナは、受信アン
テナとして、前記一組のダイポールアンテナは送信アン
テナとして構成されたことを特徴とする請求項１記載の
ボアホールレーダ。 - 【請求項３】前記一組のスロットアンテナは、送信アン
テナとして、前記一組のダイポールアンテナは、受信ア
ンテナとして構成されたことを特徴とする請求項１記載
のボアホールレーダ。 - 【請求項４】前記一組の送信用ダイポールアンテナのう
ちの一は、ボアホールゾンデ内の下側に、前記一組の受
信用スロットアンテナのうちの一は、ボアホールゾンデ
内の上側に配置されたことを特徴とする請求項１または
２記載のボアホールレーダ。 - 【請求項５】前記一組の送信用ダイポールアンテナのう
ちの一は、ボアホールゾンデ内の上側に、前記一組の受
信用スロットアンテナのうちの一は、ボアホールゾンデ
内の下側に配置されたことを特徴とする請求項１または
２記載のボアホールレーダ。 - 【請求項６】円筒導体表面に設けられた所定幅、所定長
のスロットを有する一組のスロットアンテナを配置し、
一方を送信用アンテナとし、他方を受信用アンテナとし
て、それぞれ配置したことを特徴とする請求項１に記載
のボアホールレーダ。 - 【請求項７】前記送信用スロットアンテナは、ゾンデ内
の上側に、受信用スロットアンテナは、ゾンデ内の下側
に配置したことを特徴とする請求項６記載のボアホール
レーダ。 - 【請求項８】前記送信用スロットアンテナは、ゾンデ内
の下側に、受信用スロットアンテナは、ゾンデ内の上側
に配置したことを特徴とする請求項６記載のボアホール
レーダ。 - 【請求項９】前記スロットアンテナに替え、マイクロス
トリップアンテナまたは微小ループアンテナを使用した
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の
ボアホールレーダ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14704693A JP2850994B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | スロットアンテナを利用するボアホールレーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14704693A JP2850994B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | スロットアンテナを利用するボアホールレーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06331736A JPH06331736A (ja) | 1994-12-02 |
| JP2850994B2 true JP2850994B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=15421288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14704693A Expired - Lifetime JP2850994B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | スロットアンテナを利用するボアホールレーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2850994B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1056321A (ja) * | 1996-08-09 | 1998-02-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | アンテナ装置 |
| US8077095B2 (en) | 2007-03-29 | 2011-12-13 | Intel Corporation | Multi-band highly isolated planar antennas integrated with front-end modules for mobile applications |
| US20140062812A1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Cambridge Silicon Radio Limited | Multi-antenna isolation |
| JP7111624B2 (ja) | 2016-12-28 | 2022-08-02 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | アンテナ素子、通信装置、及び通信方法 |
| JP7039958B2 (ja) * | 2017-11-27 | 2022-03-23 | 株式会社大林組 | 地中物の形状評価方法及び地中物計測装置 |
-
1993
- 1993-05-26 JP JP14704693A patent/JP2850994B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 大久保、佐藤、新妻，"ボアホールレーダ用スロットアンテナの基本特性の検討"，平成４年度電気関係学会東北支部連合大会論文集，平成４年度電気関係学会東北支部連合大会委員会，平成４年８月２０日，ｐ．１８６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06331736A (ja) | 1994-12-02 |
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