JPH1123692A - 地中探査用アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の地中探査用アンテナは、機構的にアンテ
ナ寸法を切り替えるものだったので、アンテナの結合部
に電気的な不連続部分が発生しやすくなり、そこで電磁
波の反射が起き、送受信効率が低下してしまうという問
題があった。 【解決手段】ダイポールアンテナ１と、送信又は受信す
る電波の波長を決定するアンテナ寸法を変えるための補
助アンテナ２とからなり、地中に向けて所定の周期で繰
り返す約束波形を送信、又は地中からの反射波を受信す
る地中探査用アンテナであって、前記ダイポールアンテ
ナ１と補助アンテナ２とは可変容量ダイオード３を介し
て電気的に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中埋設物の有
無、又は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、電磁波の送信、又は反射波の受信
に用いられる地中探査用アンテナに関する。特に、アン
テナ寸法を切り替えることのできる地中探査用アンテナ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、地中に存在する例えば水道管、ガ
ス管並びにケーブル等の建築設備や地下空洞等を検出す
る地中探査装置が望まれており、このような装置として
は、レーダを用いた非掘削的なものがある。従来、この
種の地中探査装置には、多くの場合、ボウタイ状などの
広帯域であるダイポールアンテナが用いられている。し
かし、従来のアンテナは、アンテナの寸法を変えること
ができなかったため、送受信する電磁波の波長は固定さ
れたままであった。そこで、このような問題を解決する
ために、例えば特開平３−２５９７６７号公報には、少
なくとも２種類以上にアンテナの寸法を切り替えること
によって、様々な土質に対応して電磁波の送受信を行う
ことのできる地中探査用アンテナが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述した従来の
地中探査用アンテナは、アンテナ寸法の切り替え手段と
して、モータやガイドレールなどからなるアンテナの移
動装置を用いており、補助アンテナをスライドさせてダ
イポールアンテナに結合させるものであった。このよう
に機構的にアンテナ寸法を切り替えるものだったので、
アンテナの結合部に電気的な不連続部分が発生しやすく
なり、そこで電磁波の反射が起き、送受信効率が低下し
てしまうという問題があった。また、ダイポールアンテ
ナと補助アンテナを正しい位置で結合させるため、機構
的に複雑であり、また高価であるという問題があった。

【０００４】本発明は上記従来の問題を解消しようとす
るものであり、その目的とするところは、アンテナの結
合部に電気的な不連続部分が生じない、且つアンテナ寸
法の切り替えを簡素化した地中探査用アンテナを提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の地中探査用アンテナは、ダイポール
アンテナと、送信又は受信する電波の波長を決定するア
ンテナ寸法を変えるための補助アンテナとからなり、地
中に向けて所定の周期で繰り返す約束波形を送信、又は
地中からの反射波を受信する地中探査用アンテナであっ
て、前記ダイポールアンテナと補助アンテナとは、可変
容量ダイオードを介して電気的に接続された地中探査用
アンテナである。

【０００６】ここで、ダイポールアンテナは、ボウタイ
状やポール状のものなどであり、アンテナの端部間の長
さであるアンテナ寸法が、送受信する電波の１／２波長
に等しいかそれよりも若干短くなるように構成されてい
る。補助アンテナは、ダイポールアンテナのアンテナ寸
法を変えるためのアンテナである。形状は、ダイポール
アンテナの形状に合わせればよく、例えばダイポールア
ンテナが対称形である場合は、補助アンテナがダイポー
ルアンテナに接続しても対称であるような形状にしてお
く。また、ダイポールアンテナには電気的な中心点があ
るが、補助アンテナが同様にダイポールアンテナに接続
しても、電気的な中心点は変わらないようにしておく。
補助アンテナの大きさも送信又は受信したい電波の波長
に合わせて任意に設定すればよい。

【０００７】ダイポールアンテナと補助アンテナの構造
的な接続に関しては、補助アンテナの接続を切り替える
ことで、送信又は受信する電波の波長が切り替わればよ
く、特には両アンテナを近接させておくのが好ましい。
また、アンテナ寸法を複数段に切り替えたい場合は、補
助アンテナを複数用意し、これらを可変容量ダイオード
を介して直列に接続すればよい。約束波形としては、振
幅変化、周波数変化、位相変化、パルス数、パルス間隔
などに対して特定の約束付けをしたものがあり、例えば
正弦波や矩形パルスを正負両方向に並べて所定数だけ繰
り返すものなどがある。

【０００８】可変容量ダイオードとは、絶縁層で囲まれ
た半導体表面の空間電荷領域に、電圧によって変わる容
量がある半導体デバイスである。容量を変化させるため
には例えば電圧制御装置をこの可変容量ダイオードに逆
バイアスがかかるように設ければよい。また、上述した
ように補助アンテナを複数用意した場合は、可変容量ダ
イオード毎に電圧制御装置を設ければよい。

【０００９】また請求項２記載の地中探査用アンテナ
は、請求項１記載の地中探査用アンテナであって、前記
ダイポールアンテナはボウタイ状であるとともに、台形
状の前記補助アンテナは前記ダイポールアンテナの両端
部に近接して設けられ、アンテナ全体として略対称面一
のボウタイ状のアンテナである。

【００１０】ここで、ダイポールアンテナはボウタイ
（蝶ネクタイ）状であり、２つの三角形が互いに向き合
うように三角形の頂点をつきあわせた形状である。補助
アンテナは台形状をしており、前記ダイポールアンテナ
に近接して設けても、このアンテナが全体として略ボウ
タイ状のままであるようにしている。また補助アンテナ
はダイポールアンテナに直接接触しないように互いに近
接させている。

【００１１】

【作用】請求項１記載の地中探査用アンテナによれば、
可変容量ダイオードの容量を変化させることで、この可
変容量ダイオードのインピーダンスを変化させることが
できる。具体的には、交流などにおける可変容量ダイオ
ードのインピーダンスＺはＺ＝１／（ωＣ）（Ｃは可変
容量ダイオードの容量）＝１／（２πｆＣ）（ｆは波の
周波数）で表されるので、容量を上げるとインピーダン
スは下がり、容量を下げるとインピーダンスは上がる。
従って、インピーダンスを下げるとダイポールアンテナ
と補助アンテナは導通状態となり、インピーダンスを上
げると２つのアンテナは遮断状態になる。以上のよう
に、補助アンテナを導通状態にしたり遮断状態にするこ
とで、アンテナ寸法を変えることができる。このように
電気的に補助アンテナの接続と遮断を切り替えることが
できるので、アンテナの結合部に電気的な不連続部分は
生じない。従って、この地中探査用アンテナの送受信効
率が低下することはない。

【００１２】また請求項２記載の地中探査用アンテナに
よれば、ダイポールアンテナはボウタイ状であり、補助
アンテナは台形状であり、このダイポールアンテナの両
端部に近接して、且つ面一となるように、補助アンテナ
を設けている。従って、アンテナ全体としては左右対称
のボウタイ状となり、ダイポールアンテナに対してアン
テナ寸法が変化しただけになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

〔実施例１〕以下、本発明の実施例１を図面に基づいて
説明する。ここで、図１は本発明の地中探査用アンテナ
を示す説明図である。また、図２は本発明における地中
探査用アンテナの回路構成を示す説明図である。

【００１４】図１においてダイポールアンテナ１はボウ
タイ状に形成されており、補助アンテナ２は、ダイポー
ルアンテナ１に電気的に接続した際にボウタイ状になる
ように、略等脚台形状に形成されている。また、ダイポ
ールアンテナ１と補助アンテナ２は、絶縁体からなる接
続部材７により互いに近接した位置で構造的に面一に接
続されている。ダイポールアンテナ１の中央には送信信
号をダイポールアンテナに供給したり、受信した反射波
を電気信号にし、増幅したりする電気回路６が接続して
いる。この電気回路６とダイポールアンテナ１との接続
点は、電気的な中心点である。

【００１５】送信信号は約束波形であり、正弦波状パル
スを正負両方向に並べて所定数だけ繰り返すものであ
る。また、ダイポールアンテナ１と補助アンテナ２は可
変容量ダイオード３を介して電気的に接続されている。
図２は、このアンテナの回路構成を示しており、電圧制
御装置４が抵抗５を介して可変容量ダイオード３のアノ
ード側とカソード側に接続されている。電圧制御装置４
は、可変容量ダイオード３に電圧をかけることで容量を
制御できるようになっている。

【００１６】図２において、ダイポールアンテナ１のみ
を使用したいときは、電圧制御装置４にて可変容量ダイ
オード３のアノード側を０Ｖとし、カソード側に正の電
圧を印加して、可変容量ダイオード３の容量を小さくす
ることで、可変容量ダイオード３のインピーダンスを高
い状態にする。こうすることでダイポールアンテナ１と
補助アンテナ２は遮断状態になる。

【００１７】送信又は受信したい電波の波長を長くした
いときは、電圧制御装置４にて可変容量ダイオード３の
アノード側とカソード側をともに０Ｖにし、可変容量ダ
イオードの容量を大きくすることで、可変容量ダイオー
ド３のインピーダンスを低い状態にする。こうすること
でダイポールアンテナ１と補助アンテナ２は電気的に接
続状態になり、実質的なアンテナ寸法を長くすることが
でき、送信又は受信したい電波の波長を長くすることが
できる。

【００１８】〔実施例２〕ここで、図３は本発明の実施
例２における地中探査用アンテナを示す説明図である。
実施例２の地中探査用アンテナは、ダイポールアンテナ
に複数の補助アンテナを接続したものである。アンテナ
の形状は、実施例１と同様にダイポールアンテナ１がボ
ウタイ状に、補助アンテナ２１、２２は略等脚台形状に
形成されている。ダイポールアンテナ１と補助アンテナ
２１、及び補助アンテナ２１と補助アンテナ２２は、絶
縁体からなる接続部材７により互いに近接した位置で構
造的に面一になるように接続されている。また、ダイポ
ールアンテナ１と補助アンテナ２１、及び補助アンテナ
２１と補助アンテナ２２は可変容量ダイオード３を介し
て電気的に接続されており、ダイポールアンテナ１と補
助アンテナ２１、２２は直列に接続されている。

【００１９】また、可変容量ダイオード３のそれぞれに
は電圧制御装置４が接続されており、可変容量ダイオー
ド３の容量を電圧で変化できるようになっている。これ
によって、電圧でアンテナ寸法を３段階に変化させるこ
とができるようになっている。このように補助アンテナ
を増やすことで、多段階にアンテナ寸法を切り替えるこ
とができる。

【００２０】〔実施例３〕ここで、図４は本発明の実施
例３における地中探査用アンテナを示す説明図であり、
実施例１におけるダイポールアンテナの形状をポール状
にしたものである。また、補助アンテナの形状も同様に
ポール状である。実施例３においても、上述したように
ダイポールアンテナ１の電気的な中心位置を変化させな
いようにしており、ダイポールアンテナ１の両端部それ
ぞれに補助アンテナ２を接続している。具体的には、補
助アンテナ２はダイポールアンテナ１のアンテナ寸法方
向に延長するように設けられており、それぞれのアンテ
ナが略一直線上になるように配置されている。また構造
的な接続に関しては、上述したのと同様に絶縁体からな
る接続部材７により、ダイポールアンテナと補助アンテ
ナが近接した位置で接続されている。電気的な接続に関
しても同様であるので、ここでは説明を省略する。

【００２１】

【発明の効果】請求項１記載の地中探査用アンテナによ
れば、可変容量ダイオードを介してダイポールアンテナ
と補助アンテナを接続しているので、アンテナに電気的
な不連続部分が生じることはない。また、可変容量ダイ
オードの容量を変えることで、アンテナ寸法を変えるこ
とができるので、アンテナの構成が非常に簡易であり、
且つアンテナ寸法の切り替えが簡素化されている。さら
にはアンテナの構成が非常に簡易であることから、この
地中探査用アンテナを安価に提供することができる。

【００２２】また請求項２記載の地中探査用アンテナに
よれば、アンテナの形状がボウタイ状であっても、アン
テナ寸法を変えることができる。また、アンテナの構成
が非常に簡易であるので、アンテナ寸法の切り替えが簡
素化されているとともに、この地中探査用アンテナを安
価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地中探査用アンテナを示す説明図であ
る。

【図２】本発明における地中探査用アンテナの回路構成
を示す説明図である。

【図３】本発明の実施例２における地中探査用アンテナ
を示す説明図である。

【図４】本発明の実施例３における地中探査用アンテナ
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ダイポールアンテナ ２ 補助アンテナ ２１、２２ 補助アンテナ ３ 可変容量ダイオード ４ 電圧制御装置 ５ 抵抗 ６ 電気回路 ７ 接続部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイポールアンテナと、送信又は受信する
   電波の波長を決定するアンテナ寸法を変えるための補助
   アンテナとからなり、地中に向けて所定の周期で繰り返
   す約束波形を送信、又は地中からの反射波を受信する地
   中探査用アンテナであって、 前記ダイポールアンテナと補助アンテナとは可変容量ダ
   イオードを介して電気的に接続されていることを特徴と
   する地中探査用アンテナ。
2. 【請求項２】前記ダイポールアンテナはボウタイ状であ
   るとともに、台形状の前記補助アンテナは前記ダイポー
   ルアンテナの両端部に近接して設けられ、 アンテナ全体として略対称面一のボウタイ状であること
   を特徴とする請求項１記載の地中探査用アンテナ。