JPH03222504A - 不可視物体探知用アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、池中やコンクリート等の不可視媒体中に存在
する埋設管、空洞、鉄筋、傷等を非破壊的に探知する不
可視物体探知用アンテナに関する。

（従来の技術） 電磁波を利用した不可視物体の探知装置においては、従
来、三角形状の一対のアンテナエレメントにインパルス
またはモノサイクル形状の電気信号を供給して、アンテ
ナエレメントで変換された電磁波を不可視媒体中に伝播
させ、この電磁波が不可視媒体と電気的性質が異なる例
えば土中の埋設管等の箇所で反射される反射波を三角形
状の一対のアンテナエレメントで受信し、電気信号に変
換し、この変換された電気信号により不可視物体を探知
している。

第６図は従来の不可視物体探知用アンテナに使用される
アンテナエレメント１１を示す図である。

同図に示すアンテナエレメント１１は、一対の三角形状
の金属平板１からなり、両金属平板１の頂点を所定距離
隔離し互いに対向して同一平面内に配設されて構成され
ている。互いに対向した頂点がアンテナの給電点であり
、この頂点に対向する底辺の長さが開放端長さＬｂ、給
電点から開放点までの最短距離を軸方向長さＬａｘ、対
向した２つの頂点間距離をＬｃとする。

第７図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ第６図に示す
アンテナエレメント１１を組み入れた不可視物体探知用
アンテナの上側からの断面図、方の側部からの断面図、
他方の側部からの断面図、すなわち同図（ｃ）の線Ｂ−
Ｂ’　に沿った断面図、同図（ａ）の線ｃ−ｃ’　に沿
った断面図、同図（ａ）のＡ−Ａ’　に沿った断面図で
ある。

第７図に示す不可視物体探知用アンテナは、第６図のア
ンテナエレメント１１が配設されている平面の片側の空
間が金属の箱からなるシャーシ２で覆われ、このシャー
シ２とアンテナエレメント１１の各金属板１の開放端部
の両端が抵抗体３によって電気的に接続されている。ま
た、シャーシ２とアンテナエレメント１１との間の空間
には、電磁波の不要反射を抑えるため、電波吸収体４が
挿入されている。更に、アンテナエレメント１１に電気
信号を供給する給電回路６がアンテナエレメント１１の
給電点に直接接続されている。アンテナエレメント１１
自体は電波透過板７上に配設されている。

なお、この不可視物体探知用アンテナは電磁波を送信す
る電磁波送信用アンテナおよび電磁波を受信する電磁波
受信用アンテナの２つのアンテナとして使用し得るが、
電磁波送信用アンテナとして使用される場合には、上述
したようにアンテナエレメント１１の対向する頂点が給
電点になり、この給電点に前記給電回路６が接続され、
電磁波受信用アンテナとして使用される場合には、アン
テナエレメント１１の対向する頂点は受信点になり、こ
の受信点に反射信号を受信する受信回路が接続される。

以上のように構成される不可視物体探知用アンテナは、
実際の測定に使用される場合、第８図に示すように給電
回路が組み込まれた不可視物体探知用アンテナからなる
電磁波送信用アンテナ８と受信回路が組み込まれた不可
視物体探知用アンテナからなる電磁波受信用アンテナ９
とを並べて、不可視媒体である例えば土の上方に設けら
れ、これにより地中内の例えば１５ｃｍの深さの所と５
０ｃｍの深さの所にそれぞれ埋設されている２つの金属
管を探知する。

第９図は第８図に示す状況で観測された信号を受信レベ
ル別に示している図である。この観測信号において、最
も時間的に早い位置で観測される波形１０は、送信用ア
ンテナ８から受信用アンテす９に大気を通じて直接伝播
した波と地表面での反射波との合成波である。以下、こ
の波を直接結合成分１０と称する。

一方、ここでの地中電波伝播速度は、７．１５ｃｍ／ｎ
５ｅｃであるため、埋設深度１５ｃｍ。

５０ｃｍの金属管からの伝播時間Ｔ（ｎｓｅｃ）は、埋
設深度をＬ（ｃｍ）として次式を利用し、Ｔ−２Ｌ／７
．１５・・・　（１） それぞれ、４．２ｎｓｅｃおよび１４ｎｓｅｃとなる。

（発明が解決しようとする課題） 上述した測定方法において、１５ｃｍに埋設されている
金属管からの反射波２０は、振幅値の非常に大きい直接
結合成分１０に重畳するため、第９図（ａ）に示すよう
に受信レベルを小さくして測定する必要かある。また、
地中に侵入した電磁波は急激に減衰するため、５０’ｃ
ｍに埋設された金属管で反射された波３０の振幅は、直
接結合成分と比較して非常に小さいものとなる。このた
め、第９図（ａ）に示されるように受信レベルが小さく
ては、５０　ｃｍに埋設された金属管からの反射波３０
を観測することができない。逆に、第９図（ｂ）に示す
ように受信レベルを大きくすると、５０ｃｍに埋設され
た金属管からの反射波３０を観測することはできるが、
１５ｃｍに埋設された金属管からの反射波２０を観測す
ることはできない。この結果、直接結合成分に影響を受
ける比較的地表面近傍に埋設された管からの反射波と影
響を受けない埋設深度の管からの反射波を同一の受信レ
ベルで観測することができないため、そのどちらかの存
在を探知することができないという問題がある。

また、不可視物体探知用アンテナは、小型、軽量、可搬
性が求められ、特に測定平面方向の小型化が必要とされ
る。この小型化のためには、アンテナエレメントを小さ
くすること、すなわちアンテナエレメントの軸方向長さ
Ｌａｘ、またはアンテナエレメントの開放端長さＬｂを
短くする必要があるが、軸方向長さＬａｘの減少は探知
可能深度の減少を引き起こし、また開放端長さＬｂの減
少は分解能の低下を引き起こし、探知能力が極端に低下
するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とす
るところは、探知能力を損なうことなく、直接結合成分
を減少して同一受信レベルですべての不可視物体を探知
でき、小型化を図ることができる不可視物体探知用アン
テナを提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の不可視物体探知用ア
ンテナは、１つの頂点を所定距離離隔し、同一平面で対
向して配設された一対の三角形状の金属板から構成され
、各金属板の前記頂点に対向する１つの開放辺の両端に
存在する各頂点から前記開放辺上で所定距離離れた位置
にある２つの点から前記開放辺に対して所定角度を有す
る線に沿って各金属板を金属平面に対して所定角度折り
曲げて形成されるアンテナエレメントと、該アンテナエ
レメントに接触することなく、該アンテナエレメントが
配設されている平面に対しアンテナエレメントの折り曲
げられた部分に対向する空間を覆うシャーシと、前記ア
ンテナエレメントの折り曲げられた２つの頂点と前記シ
ャーシとを電気的に接続する抵抗体と、前記シャーシと
アンテナエレメントの間の空間に不要な反射波を吸収す
るように配設された電波吸収体と、同一平面内に配設さ
れているアンテナエレメントを構成する一対の金属板の
向かい合った頂点からなる給電点または受信点に接続さ
れ、給電または受信動作を行う回路手段と、前記アンテ
ナエレメントが配設されている電波透過板とを有するこ
とを要旨とする。

また、本発明の不可視物体探知用アンテナは、１つの頂
点を所定距離離隔し、同一平面で対向して配設された一
対の三角形状の金属板から構成され、各金属板の前記頂
点に対向する１つの開放辺から所定距離離れて該開放辺
に平行な直線に沿って各金属板を金属平面に対して所定
角度折り曲げて形成されるアンテナエレメントと、該ア
ンテナエレメントに接触することなく、該アンテナエレ
メントが配設されている平面に対しアンテナエレメント
の折り曲げられた部分に対向する空間を覆うシャーシと
、前記アンテナエレメントの前記頂点に対向する前記１
つの開放辺の両端の２つの頂点と前記シャーシとを電気
的に接続する抵抗体と、前記シャーシとアンテナエレメ
ントの間の空間に不要な反射波を吸収するように配設さ
れた電波吸収体と、同一平面内に配設されているアンテ
ナエレメントを構成する一対の金属板の向かい合った頂
点からなる給電点または受信点に接続され、給電または
受信動作を行う回路手段と、前記アンテナエレメントが
配設されている電波透過板とを有することを要旨とする
。

（作用） 本発明の不可視物体探知用アンテナでは、対の三角形状
の金属板の開放辺の両端に存在する各頂点を含む三角領
域を所定角度折り曲げて形成されるアンテナエレメント
を有し、該アンテナエレメントをそれぞれ有する送信用
および受信用の不可視物体探知用アンテナを並べて不可
視媒体近傍に配設し、送信用の不可視物体探知用アンテ
ナから放射した電磁波の反射波を受信用の不可視物体探
知用アンテナで受信して不可視物体を探知している。

また、本発明の不可視物体探知用アンテナでは、一対の
三角形状の金属板の開放辺を所定距離平行に所定角度折
り曲げて形成されるアンテナエレメントを有し、該アン
テナエレメントをそれぞれ有する送信用および受信用の
不可視物体探知用アンテナを並べて不可視媒体近傍に配
設し、送信用の不可視物体探知用アンテナから放射した
電磁波の反射波を受信用の不可視物体探知用アンテナで
受信して不可視物体を探知している。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる不可視物体探知用ア
ンテナに使用されるアンテナエレメント１１０を示す図
であり、第２図は第１図のアンテナエレメント１１０を
使用した本発明の一実施例に係わる不可視物体探知用ア
ンテナを示す図である。第１図において、同図（ａ）は
アンテナエレメント１１０を完成する前の展開図であり
、同図（ｂ）は完成したアンテナエレメント１１０の斜
視図であり、同図（ｃ）は同図（ｂ）の矢印の方向から
見たアンテナエレメント１１０の側面図である。また、
第２図において、同図（ａ）、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ
不可視物体探知用アンテナの上側からの断面図、一方の
側部からの断面図、他方の側部からの断面図、すなわち
同図（ｃ）の線Ｂ−Ｂ’　に沿った断面図、同図（ａ）
の線ｃ−ｃ’に沿った断面図、同図（ａ）のＡ−Ａ’　
に沿った断面図である。

第１図に示すアンテナエレメント１１０は、同図（ａ）
に示す三角形状の一対の金属板１２がらなり、両金属板
１２の頂点１２ａを所定距離Ｌｃ離隔し互いに対向して
同一平面に配設されるとともに、前記頂点１２ａに対向
する辺１２ｂ１すなわち開放辺１２ｂの両端に存在する
２つの頂点１２ｃ、１２ｄを含む三角領域を第１図（ｂ
）（ｃ）に示すように折り曲げて構成したものである。

更に詳細には、前記頂点１２Ｃ，，１２ｄを含んで折り
曲げられた三角領域は、頂点１２ｃ、１２ｄから前記開
放辺１２ｂに沿ってそれぞれ所定距離り、、Ｌ２離れた
点から開放辺１２ｂに対して所定角度φ１．φ２をなす
点線に沿うとともに、金属板１２の平面に対して所定角
度θ１．θ２に金属板１２を折り曲げて構成されている
。このように構成されるアンテナエレメント１１０にお
いて、前記開放辺の長さＬｂは開放端長さであり、頂点
１２ａから開放辺１２ｂへの最短距離が軸方向長さＬａ
ｘであり、２つの頂点１２ａの間の距離が頂点間距離Ｌ
ｃであり、距離り、、Ｌ２は折り曲げ長さであり、角度
φ１．φ２．θ１．θ２は折り曲げ角度である。

第２図に示す不可視物体探知用アンテナは、第１図のよ
うに構成されるアンテナエレメント１１０を使用して構
成したものであり、アンテナエレメント１１０の折り曲
げられた部分が向いている片側の空間が金属の箱からな
るシャーシ２て覆われ、このシャーシ２とアンテナエレ
メント１１０の各金属板１２の開放端部の両端が例えば
１００〜３００オームの抵抗体３によって電気的に接続
されている。また、シャーシ２とアンテナエレメント１
１０との間の空間には、電磁波の不要反射を抑えるため
、電波吸収体４が挿入されている。

更に、アンテナエレメント１１０に例えば幅数ｎ５ｅｃ
程度のインパルスまたはモノサイクル信号を供給する給
電回路６がアンテナエレメント１１０の頂点１２ａから
なる給電点に直接接続されてイル。アンテナエレメント
１１０自体は厚さ２ｃｍ程度の電波透過板７上に配設さ
れている。なお、上述したように、第２図の不可視物体
探知用アンテナは電磁波を送信する電磁波送信用アンテ
ナおよび電磁波を受信する電磁波受信用アンテナの２つ
のアンテナとして使用し得るが、電磁波送信用アンテナ
として使用される場合には、上述したようにアンテナエ
レメント１１の対向する頂点が給電点になり、この給電
点に前記給電回路６が接続され、電磁波受信用アンテナ
として使用される場合には、アンテナエレメント１１の
対向する頂点は受信点になり、この受信点に反射信号を
受信する受信回路が接続される。

第３図は本発明の他の実施例に係わる不可視物体探知用
アンテナに使用されるアンテナエレメント１２０を示す
図であり、第４図は第３図のアンテナエレメント１２０
を使用した本発明の他の実施例に係わる不可視物体探知
用アンテナを示す図である。第３図において、同図（ａ
）はアンテナエレメント１２０を完成する前の展開図で
あり、同図（ｂ）は完成したアンテナエレメント１２０
の斜視図であり、同図（ｃ）は同図（ｂ）の矢印の方向
から見たアンテナエレメント１１０の側面図である。ま
た、第２図において、同図（ａ）。

（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ不可視物体探知用アンテナの
上側からの断面図、一方の側部からの断面図、他方の側
部からの断面図、すなわち同図（ｃ）の線Ｂ−Ｂ’　に
沿った断面図、同図（ａ）の線ＣＣ゛に沿った断面図、
同図（ａ）のＡ−Ａ’　に沿った断面図である。

第３図に示すアンテナエレメント１２０は、第１図に示
すアンテナエレメント１１０と同様に、三角形状の一対
の金属板１２からなり、両金属板１２の頂点１２ａを所
定距離Ｌｃ離隔し互いに対向して同一平面に配設される
とともに、前記頂点１２ａに対向する開放辺１２ｂを所
定距離Ｌ３離して、第３図（ｂ）、（ｃ）に示すように
平行に所定角度θ３折り曲げて構成したものである。

第４図に示す不可視物体探知用アンテナは、第３図のア
ンテナエレメント１２０を使用して構成したものであり
、前述した第２図の不可視物体探知用アンテナと同様に
構成されている。なお、第４図に示す不可視物体探知用
アンテナにおいて、第２図に示す構成要素と同じものに
は同じ符号を付し、その構成を省略する。

第２図および第４図に示すようにそれぞれ構成される不
可視物体探知用アンテナは、実際の測定に使用される場
合、前述した第８図に示すと同様に給電回路が組み込ま
れた不可視物体探知用アンテナからなる電磁波送信用ア
ンテナと受信回路が組み込まれた不可視物体探知用アン
テナからなる電磁波受信用アンテナとを並べて、不可視
物体が埋設されている不可視媒体の近傍に設け、送信用
アンテナから不可視媒体内に向けて電磁波を放射し、不
可視媒体内に埋設されている不可視物体等からの反射波
を受信用アンテナで受信して、不可視物体を探知するよ
うになっている。

上述した第２図および第４図の２つの不可視物体探知用
アンテナをそれぞれ使用されるアンテナエレメント１１
０および１２０をそれぞれタイプＡおよびタイプＢとし
、実際に作成したアンテナエレメントの大きさを次の表
１，２に示す。

（以下余白） 表１ 表２ 第５図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ上述した測定方法で
第８図に示した地中に埋設されている金属管を表１．２
に示す実際の寸法のタイプＡ、　Ｂのアンテナエレメン
トを使用した第２図および第４図の不可視物体探知用ア
ンテナによって観測した場合の信号波形を示す図である
。第５図（ａ）。

（ｂ）に示す観測信号において、最も時間的に早い位置
には送信用アンテナ８から受信用アンテナ９に大気を通
じて直接伝播した波と地表面での反射波との合成波であ
る直接結合成分１０が観測され、この後に埋設深度１５
ｃｍ、５０ｃｍの２つの金属管からの反射波２０．３０
が同一受信レベルで同時に観測される。反射波の波形も
前述した第９図に示す従来技術で観測された波形と同等
であり、探知能力の低下は見られない。

このように不可視物体探知用アンテナの探知能力を損な
うことなく、観測信号のうち直接結合成分だけを減少し
ながら、同じ受信レベルで深度の異なる複数の埋設管を
同時に探知することができる。

次に示す表３は、従来のアンテナエレメントに対する前
述した表１．２の寸法のアンテナエレメントの縮小率を
水平方向開放端長さ、水平方向軸方向長さ、水平方向面
積縮小率の３項目に分けて比較した結果を示しているも
のである。

表３ なお、ここにおいて、水平方向とは、アンテナエレメン
トの配置されている平面、すなわち電波透過板７の同一
平面を示している。また、括弧０内の数値は従来タイプ
と比較した場合の縮小率である。

上述したように、観測される信号波形は、直接結合成分
の減少を除いて、従来のアンテナで観測される信号と同
様であり、アンテナの探知能力を損なうことなく、アン
テナの小型化を達成できる。

なお、上述した表１．２に示す寸法は決定的なものでな
く、多少のずれは本発明の効果に影響したものである。

但し、タイプＡのアンテナエレメントにおいては、折れ
曲がり距離は開放端長さの３分の１以下であることが望
ましく、タイプＢのアンテナエレメントにおいては、折
れ曲がり長さは軸方向長さの２分の１以下であることが
望ましい。

また、上記実施例では、地中に埋設された金属管を探知
する場合について説明したが、これに限定されるもので
なく、例えば地中の空洞、地層等、土と電気的に異なる
性質を有する流域の探知にも効果がある。更に、地中に
限らず、コンクリート、水のような電磁波透過媒体の中
に存在する物体、例えば鉄筋、空洞、傷等の探知にも適
用できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、一対の二角形状
の金属板の開放辺の両端に存在する各頂点を含む三角領
域を所定角度折り曲げて形成されるアンテナエレメント
または一対の三角形状の金属板の開放辺を所定距離平行
に所定角度折り曲げて形成されるアンテナエレメントを
有し、該アンテナエレメントをそれぞれ有する送信用お
よび受信用の不可視物体探知用アンテナを並べて不可視
媒体近傍に配設し、送信用の不可視物体探知用アンテナ
から放射した電磁波の反射波を受信用の不可視物体探知
用アンテナで受信して不可視物体を探知しているので、
探知能力を損なうことなく、観測信号のうちの直接結合
成分を減少できるとともに、アンテナの水平方向の面積
を小さくでき、コンパクトで効率的な不可視物体探知用
アンテナを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる不可視物体探知用ア
ンテナに使用するアンテナエレメントを示す図、第２図
は第１図のアンテナエレメントを使用する本発明の一実
施例に係わる不可視物体探知用アンテナを示す図、第３
図は本発明の他の実施例に係わる不可視物体探知用アン
テナに使用するアンテナエレメントを示す図、第４図は
第３図のアンテナエレメントを使用する本発明のための
実施例に係わる不可視物体探知用アンテナを示す図、第
５図は第２図および第４図の不可視物体探知用アンテナ
によって不可視物体を観測した信号を示す図、第６図は
従来のアンテナエレメントを示す図、第７図は第６図の
従来のアンテナエレメントを使用した不可視物体探知用
アンテナを示す図、第８図は不可視物体探知用アンテナ
による不可視物体の測定状況を示す説明図、第９図は第
７図の従来の不可視物体探知用アンテナで不可視物体を
観測した信号を示す図である。 １２・　・金属板、 ２・１シヤーシ、 ３・　・抵抗体、 ４．５・・・電波吸収体、 ６・　・給電回路（受信回路）、 ７・　・電波透過板、 ８・・・電磁波送信用アンテナ、 ９・　・電磁波受信用アンテナ、 １１０．１２０・争・アンテナエレメント。 時間（ｎｓｅｃ） 第５図　（ａ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つの頂点を所定距離隔離し、同一平面で対向し
   て配設された一対の三角形状の金属板から構成され、各
   金属板の前記頂点に対向する１つの開放辺の両端に存在
   する各頂点から前記開放辺上で所定距離離れた位置にあ
   る２つの点から前記開放辺に対して所定角度を有する線
   に沿って各金属板を金属平面に対して所定角度折り曲げ
   て形成されるアンテナエレメントと、該アンテナエレメ
   ントに接触することなく、該アンテナエレメントが配設
   されている平面に対しアンテナエレメントの折り曲げら
   れた部分に対向する空間を覆うシャーシと、前記アンテ
   ナエレメントの折り曲げられた２つの頂点と前記シャー
   シとを電気的に接続する抵抗体と、前記シャーシとアン
   テナエレメントの間の空間に不要な反射波を吸収するよ
   うに配設された電波吸収体と、同一平面内に配設されて
   いるアンテナエレメントを構成する一対の金属板の向か
   い合った頂点からなる給電点または受信点に接続され、
   給電または受信動作を行う回路手段と、前記アンテナエ
   レメントが配設されている電波透過板とを有することを
   特徴とする不可視物体探知用アンテナ。
2. （２）１つの頂点を所定距離隔離し、同一平面で対向し
   て配設された一対の三角形状の金属板から構成され、各
   金属板の前記頂点に対向する１つの開放辺から所定距離
   離れて該開放辺に平行な直線に沿って各金属板を金属平
   面に対して所定角度折り曲げて形成されるアンテナエレ
   メントと、該アンテナエレメントに接触することなく、
   該アンテナエレメントが配設されている平面に対しアン
   テナエレメントの折り曲げられた部分に対向する空間を
   覆うシャーシと、前記アンテナエレメントの前記頂点に
   対向する前記１つの開放辺の両端の２つの頂点と前記シ
   ャーシとを電気的に接続する抵抗体と、前記シャーシと
   アンテナエレメントの間の空間に不要な反射波を吸収す
   るように配設された電波吸収体と、同一平面内に配設さ
   れているアンテナエレメントを構成する一対の金属板の
   向かい合った頂点からなる給電点または受信点に接続さ
   れ、給電または受信動作を行う回路手段と、前記アンテ
   ナエレメントが配設されている電波透過板とを有するこ
   とを特徴とする不可視物体探知用アンテナ。