KR102145558B1 - Ultrawideband v-fed antenna for deep ground penetrating radar - Google Patents

Ultrawideband v-fed antenna for deep ground penetrating radar Download PDF

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KR102145558B1
KR102145558B1 KR1020190093330A KR20190093330A KR102145558B1 KR 102145558 B1 KR102145558 B1 KR 102145558B1 KR 1020190093330 A KR1020190093330 A KR 1020190093330A KR 20190093330 A KR20190093330 A KR 20190093330A KR 102145558 B1 KR102145558 B1 KR 102145558B1
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강웅
김창렬
조성준
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한국지질자원연구원
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Abstract

The present invention relates to an ultra-wideband V-fed antenna for a deep ground penetrating radar, and more specifically, to an ultra-wideband V-fed antenna for a deep ground penetrating radar, which comprises: a V-shaped unit folded around a feeding unit towards a front side (the direction of a main beam, and the direction into the ground for a ground penetrating radar) to form an angle against a horizontal dipole shaft; and a first horizontal dipole unit and a second horizontal dipole unit which are folded on both end units of the V-shaped unit towards the external side to be placed in parallel to the horizontal dipole shaft. When receiving a signal from a reception side of a bistatic ground penetrating radar antenna, the ultra-wideband V-fed antenna for the deep ground penetrating radar is able to receive a higher level of a reflection wave signal generated in a discontinuous surface underground at a great depth. The present invention has effects of improving the detecting performance of a target in a great depth of a ground penetrating radar system in which, when the whole length of an arm of the antenna is determined in accordance with an antenna operation frequency and an operation mode, the length, the included angle, and the width of an arm of the V-shaped unit, and the length and width of the first horizontal dipole unit and the second horizontal dipole unit are determined by an optimization technique for improving the ultra-wideband operation of the antenna and the direct wave ratio to the underground reflection wave.

Description

고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나{ULTRAWIDEBAND V-FED ANTENNA FOR DEEP GROUND PENETRATING RADAR}Ultra-wideband V-FED ANTENNA FOR DEEP GROUND PENETRATING RADAR for high-depth ground transmission radar

본 발명은 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급전부를 중심으로 전방(주빔 방향, 지표투과레이다에서는 지하 방향)으로 접혀 수평 다이폴축에 대해 각도를 이루는 V 모양의 V형부와 이 V형부의 양 단부에서 외곽 방향으로 접혀져 수평 다이폴축에 대해 평행하게 위치하는 제 1, 2 수평 다이폴부로 구성됨으로써 바이스태틱 지표투과레이다 안테나(Ground Penetrating Radar, 이하 GPR이라 칭함)의 수신측에서 수신하는 경우 깊은 심도의 지하 불연속면에서 발생하는 반사파 신호를 보다 큰 레벨로 수신할 수 있는 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth surface transmission radar, and more particularly, an angle with respect to the horizontal dipole axis by folding forward (in the direction of the main beam and the underground direction in the surface transmission radar) around the power supply unit. It is composed of a V-shaped V-shaped part and first and second horizontal dipoles folded in the outer direction at both ends of the V-shaped part and positioned parallel to the horizontal dipole axis, so that a bistatic ground penetrating radar (GPR) is called. In the case of receiving at the receiving side of the above, the present invention relates to an ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth surface transmission radar capable of receiving a reflected wave signal generated from a deep-depth underground discontinuity at a larger level.

일반적으로, 지하의 구조를 영상화하거나 지하의 전기물성을 분석하기 위한 비파괴검사로서 10MHz ~ 수GHz주파수 대역의 초광대역 전자기파 펄스를 지하에 방사시킨 후, 지하 불연속면에서 반사되어 돌아오는 신호를 수신하여 이를 해석하는 지표투과레이다 (GPR; Ground Penetrating Radar) 기법이 있다. GPR 시스템은 안테나의 운용형태에 따라 지면 밀착형과 지면 이격형으로 구분된다. In general, it is a non-destructive test for imaging underground structures or analyzing electrical properties in the basement. After radiating ultra-wide electromagnetic wave pulses in the frequency band of 10 MHz to several GHz to the basement, it receives a signal that is reflected from the discontinuity surface and returns it. There is a Ground Penetrating Radar (GPR) technique that analyzes. The GPR system is divided into a ground contact type and a ground separation type according to the operation type of the antenna.

지면밀착형은 상대적으로 깊은 심도(1m~10m)의 이상체나 불연속면을 탐지하는 데에 사용되지만, 땅에 붙여서 운용되므로 방향성이 상대적으로 떨어지는 평면형 안테나를 사용하게 된다. 이와 같은 지면밀착형 GPR 안테나로는 다이폴 안테나(Dipole antenna)와 보우타이 안테나(Bowtie antenna)가 대표적이다.The ground contact type is used to detect abnormalities or discontinuities with a relatively deep depth (1m to 10m), but since it is applied to the ground, a flat antenna with relatively low directionality is used. As such a ground-contact type GPR antenna, a dipole antenna and a Bowtie antenna are typical.

지면이격형은 상대적으로 얕은 심도(0.3~1m)의 포장체, 교량 등의 안전진단에 사용되며 지면에 떨어져서 운용되므로 구현에 있어서 구조의 자유도가 높으며, 공기 중 불요방사 억제를 위해 고지향성 안테나가 사용된다. 이와 같은 지면이격형 GPR 안테나로서 혼 안테나(Horn antenna), 저항성 V 다이폴(Resistive V-dipole)과 같이 공기 중 고지향성의 특성을 얻기 위해 V자 형태의 안테나를 주로 사용한다.The ground-separated type is used for safety diagnosis of pavements and bridges with a relatively shallow depth (0.3-1m), and is operated apart from the ground, thus providing a high degree of structural freedom in implementation, and a high-directional antenna is used to suppress unwanted radiation in the air. Used. As such a ground-spaced GPR antenna, a V-shaped antenna is mainly used to obtain the characteristics of high directivity in air, such as a horn antenna and a resistive V-dipole.

도 1은 일반적인 지면밀착형 바이스태틱 GPR 안테나가 송수신하는 전파의 흐름을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 2는 지면밀착형 바이스태틱 GPR 안테나의 수신 안테나에서 수신되는 신호들을 나타낸 그래프이다. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the flow of radio waves transmitted and received by a general ground-contact type bistatic GPR antenna, and FIG. 2 is a graph showing signals received from a reception antenna of a ground-contact type bistatic GPR antenna.

도 1 및 도 2를 참조하면, 시스템 동적범위(Dynamic range)는 가장 큰 신호 진폭(보통 직접파)과 인식 가능한 최소 진폭(잡음레벨 이상)의 비율로서, 시스템 성능의 주요 지표로서의 의미가 있다. 도 1의 직접파(12)는 도 2에서 0~5 나노초 시간구간에서 확인되고, 도 1의 지하반사파(14)는 도 2에서 그 이후의 시간구간에서 확인되는데, 특히 15 나노초 부근에서 상대적으로 큰 반사 신호가 확인되므로, 해당 깊이에서 뚜렷한 불연속면이 존재하는 것으로 보여 진다. 안테나를 제외한 시스템 동적범위는 GPR 시스템마다 각각 고유한 값을 가지고 있고, 이러한 전제하에 GPR 탐사에서 보다 작은 레벨의 신호를 탐지하기 위해서는 지하반사파(14)와 직접파(12) 신호 크기의 비율이 크도록 수신되어야 한다. 즉, 지하의 구조를 해석하기 위해 사용되는 지하반사파(14) 신호는 가급적 크게, 그 이외의 신호인 직접파(12) 신호는 가급적 작게 수신되는 것이 바람직하다. 안테나 관점에서 고심도 GPR 탐사를 위해서는, 안테나와 지하매질간의 우수한 커플링 및 이로 인한 송수신 안테나간 직접 커플링(Direct coupling) 최소화, 그리고 안테나 자체의 고지향 방사특성이 요구된다.1 and 2, the system dynamic range is a ratio of the largest signal amplitude (usually direct wave) and the minimum recognizable amplitude (noise level or higher), and is meaningful as a major index of system performance. The direct wave 12 of FIG. 1 is confirmed in a time interval of 0 to 5 nanoseconds in FIG. 2, and the ground-reflected wave 14 of FIG. 1 is confirmed in a time period after that in FIG. 2, especially around 15 nanoseconds. Since a large reflected signal is identified, it appears that there is a distinct discontinuity at that depth. The dynamic range of the system excluding the antenna has its own value for each GPR system, and under this premise, the ratio of the signal size of the underground reflected wave (14) and the direct wave (12) is large in order to detect a signal of a smaller level in GPR survey. Must be received. That is, it is preferable that the signal of the ground reflection wave 14 used to analyze the structure of the underground is as large as possible, and the direct wave 12 signal, which is a signal other than that, is received as small as possible. For high-depth GPR survey from an antenna point of view, excellent coupling between the antenna and the underground medium, minimizing direct coupling between the transmitting and receiving antennas, and the high-directed radiation characteristics of the antenna itself are required.

그러나 종래기술의 지면밀착형 GPR 안테나는 안테나와 지하매질과의 커플링 특성이 우수하여 송수신 안테나 간 직접 커플링이 작지만, 자기장 평면에서 무지향성을 가지는 단점을 가지고 있다.However, the ground-contact type GPR antenna of the prior art has excellent coupling characteristics between the antenna and the underground medium, so that the direct coupling between the transmitting and receiving antennas is small, but has a disadvantage of having omnidirectionality in the magnetic field plane.

또한, 종래기술의 지면이격형 GPR 안테나는 지향성은 우수하나 V자형 안테나 암 구조로 인해 지하매질과의 커플링이 어려우며, 이로 인해 송수신 안테나 간 직접 커플링이 증가하는 단점을 가지고 있다. In addition, the ground-spaced GPR antenna of the prior art has excellent directivity, but it is difficult to couple with an underground medium due to the V-shaped antenna arm structure, and thus, direct coupling between the transmitting and receiving antennas increases.

[특허문헌 1] 한국 실용신안 등록 공보 제20-0188711호(발명의 명칭: 지피알 시스템을 이용한 지하매설물 탐측장치의 안테나 구조)[Patent Document 1] Korean Utility Model Registration Publication No. 20-0188711 (Name of invention: Antenna structure of underground buried object detection device using GPR system) [특허문헌 2] 미국 특허 공개 공보 US2018/0329051 A1(발명의 명칭: Large resistive vee dipole antenna combined with vee dipole array)[Patent Document 2] US Patent Publication No. US2018/0329051 A1 (Name of invention: Large resistive vee dipole antenna combined with vee dipole array)

따라서 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 지하매질과의 커플링이 용이하면서도 높은 지향성을 가져 지면밀착형 지표투과레이다의 지하 불연속면에 대한 가탐심도를 향상시킨 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나를 제공하기 위한 것이다. Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to improve the detection depth for the underground discontinuous surface of the ground-contact type ground transmission radar having high directivity while being easy to couple with the underground medium. It is to provide an ultra-wideband V-feed type antenna for the high-depth surface transmission radar.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시형태에 의한 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나는 지면에 밀착된 송신 안테나 및 수신 안테나를 포함하는 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나로서, 상기 송신 안테나 및 수신 안테나는 급전부를 중심으로 하방(주빔 방향)으로 접혀 수평 다이폴축에 대해 각도를 이루는 V 모양의 V형부; 상기 V형부의 양 단부에서 외곽 방향으로 접혀져 수평 다이폴축에 대해 평행하게 위치하는 제 1, 2 수평 다이폴부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth surface transmission radar according to an embodiment of the present invention includes a transmission antenna and a reception antenna in close contact with the ground. A feeding type antenna, wherein the transmitting antenna and the receiving antenna include a V-shaped V-shaped portion that is folded downward (in a direction of a main beam) around a feeding portion to form an angle to a horizontal dipole axis; And first and second horizontal dipole portions that are folded in an outer direction at both ends of the V-shaped portion and positioned parallel to the horizontal dipole axis.

상기 실시형태에 의한 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나에 있어서, 안테나의 초광대역 동작과 지하반사파 대비 직접파 비율의 향상을 위해, 상기 V형부의 암하나의 길이(a), 끼인각(α) 및 폭(W1)과, 상기 제 1, 2 수평 다이폴부 각각의 길이(L-a) 및 폭(W2)을 최적화 기법에 의해 결정할 수 있다.In the ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth surface transmission radar according to the embodiment, in order to improve the ultra-wideband operation of the antenna and the direct wave ratio to the ground reflected wave, the length of one arm of the V-shaped portion (a), The included angle α and the width W1, and the length La and the width W2 of each of the first and second horizontal dipole portions may be determined by an optimization technique.

[여기서, L은 안테나 동작 주파수 및 동작 모드에 따라 결정된 안테나의 한 암의 전체 길이를 나타냄][Here, L represents the total length of one arm of the antenna determined according to the antenna operation frequency and operation mode]

상기 실시형태에 의한 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나에 있어서, 지면 밀착형 지표투과레이다 안테나로 운용될 경우, 상기 V형부의 끼인각을 포함하는 공간에 대해 지하매질과 상응하는 유전율 및 도전율을 갖는 유전체를 삽입하여 구성될 수 있다. In the ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth surface transmission radar according to the above embodiment, when operated as a ground-contact type surface transmission radar antenna, a permittivity corresponding to the underground medium for a space including the angle of the V-shaped portion And it may be configured by inserting a dielectric having a conductivity.

상기 실시형태에 의한 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나는 안테나 설계 파라미터를 입력변수로 하여 계산되는 임피던스 값을 갖는 복수의 임피던스 소자들을 안테나의 내부 설정된 지점에 로딩(loading)하도록 구성될 수 있다.The ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth ground transmission radar according to the above embodiment is configured to load a plurality of impedance elements having an impedance value calculated by using the antenna design parameter as an input variable at an internally set point of the antenna. Can be.

상기 실시형태에 의한 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나는 안테나 주변을 금속 또는 비금속 박스로 패키징한 후, 패키징 박스 내부에 전파 흡수재를 채워 넣어 전파가 공기 중으로 불요 방사되는 것을 억제하도록 구성될 수 있다.The ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth surface transmission radar according to the above embodiment is to suppress unnecessary radiation into the air by packaging the antenna periphery in a metal or non-metal box, and then filling a radio wave absorber inside the packaging box. Can be configured.

본 발명의 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나에 의하면, 급전부를 중심으로 전방(주빔 방향)으로 접혀 수직 다이폴축에 대해 각도를 이루는 V-다이폴 형태의 V형부; 및 상기 V형부의 양 단부에서 외곽 방향으로 접혀져 수직 다이폴축에 대해 평행하게 위치하는 동일 길이의 제 1, 2 수직 다이폴부;를 포함하여 구성되어 안테나의 지하매질과의 커플링이 용이하고, 송수신 안테나간 직접 커플링이 작으며, 또한 지향성이 우수한 특징을 가짐으로써, 바이스태틱 GPR의 수신측에서 수신하는 경우 깊은 심도의 지하 불연속면에서 발생하는 반사파 신호를 보다 큰 레벨로 수신할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다. According to the ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth ground transmission radar of the present invention, a V-dipole-shaped V-shaped portion which is folded forward (main beam direction) around the feeder to form an angle with respect to a vertical dipole axis; And first and second vertical dipoles of the same length, which are folded in the outer direction at both ends of the V-shaped part and positioned parallel to the vertical dipole axis, so that coupling of the antenna to the underground medium is easy, and transmission/reception As the direct coupling between antennas is small and the directivity is excellent, when receiving from the receiving side of the bistatic GPR, it is possible to receive the reflected wave signal generated from the deep underground discontinuity at a higher level. have.

도 1은 일반적인 바이스태틱 GPR을 구성하는 송수신 안테나의 전파의 흐름을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 수신측 안테나에서 수신되는 신호들을 나타낸 그래프이다.
도 3은 일반적인 지면밀착형 GPR 안테나에서의 송신안테나와 수신안테나의 형태 및 배치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나에 있어서 송신안테나와 수신안테나의 형태 및 배치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 안테나와 성능을 비교하기 위해 일반적인 지면 이격형 GPR에서 사용되는 송신안테나와 수신안테나를 지면 밀착형으로 구성한 형태 및 배치를 나타낸 도면이다.
도 6은 일반적인 지면 밀착형 GPR의 수신안테나를 통해 얻어진 표적심도별 신호를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나에 있어서 수신안테나를 통해 얻어진 표적심도별 신호를 나타낸 그래프이다.
도 8은 일반적인 지면 이격형 GPR에서의 송신안테나와 수신안테나를 지면 밀착형으로 구성하였을 때, 수신안테나를 통해 얻어진 신호를 나타낸 그래프이다.
1 is a diagram schematically showing the flow of radio waves of a transmission/reception antenna constituting a general bistatic GPR.
FIG. 2 is a graph showing signals received from the receiving antenna of FIG. 1.
3 is a diagram showing the shape and arrangement of a transmission antenna and a reception antenna in a general ground-contact type GPR antenna.
4 is a view showing the shape and arrangement of a transmission antenna and a reception antenna in the ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth ground transmission radar according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a form and arrangement of a transmission antenna and a reception antenna used in a general ground-separated GPR in a ground-contact type to compare performance with the antennas of FIGS. 3 and 4.
6 is a graph showing signals for each target depth obtained through a reception antenna of a general ground-contact type GPR.
7 is a graph showing signals for each target depth obtained through a reception antenna in an ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth ground transmission radar according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing signals obtained through a reception antenna when a transmission antenna and a reception antenna in a general ground-separated GPR are configured in a ground-contact type.

본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, when it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are only for describing the embodiments of the present invention and should not be construed as limiting. Unless explicitly used otherwise, expressions in the singular form include the meaning of the plural form. In this description, expressions such as "comprising" or "feature" are intended to refer to certain features, numbers, steps, actions, elements, some or combination thereof, and one or more other than those described. It should not be construed as excluding the presence or possibility of other features, numbers, steps, actions, elements, any part or combination thereof.

도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.In each of the systems shown in the drawings, the elements in some cases each have the same reference number or a different reference number, suggesting that the elements represented may be different or similar. However, elements may have different implementations and operate with some or all of the systems shown or described herein. The various elements shown in the figures may be the same or different. Which is referred to as the first element and which is referred to as the second element is arbitrary.

본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송', '전달' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.In the present specification, "transmitting", "transmitting" or "providing" data or signals by one component to another component means that one component directly transmits data or signals to another component, as well as It includes transmitting data or signals to other components through at least one other component.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나에 있어서 송신안테나와 수신안테나의 형태 및 배치를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the shape and arrangement of a transmission antenna and a reception antenna in an ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth ground transmission radar according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나는, 도 4에 도시된 바와 같이, 두 안테나 암의 V형부(110)가 만나는 중앙 지점(f)(급전부)에서 급전되어 지면의 하부로 전자기파를 침투시키도록 구성된 송신안테나(100)와 송신안테나(100)로부터 지면을 침투하여 지하에서 반사되어 돌아오는 전파를 수신하는 수신안테나(200)를 포함한다. In the ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth surface transmission radar according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the central point f where the V-shaped portions 110 of the two antenna arms meet (feeding unit ), and a transmission antenna 100 configured to infiltrate an electromagnetic wave into the lower part of the ground and a reception antenna 200 for receiving a radio wave reflected from the ground by penetrating the ground from the transmission antenna 100 and returning.

송신안테나(100)와 수신안테나(200)는 모두 V형부(V) 및 제 1, 2 수평 다이폴부(A, A')를 포함한다.Both the transmission antenna 100 and the reception antenna 200 include a V-shaped portion (V) and first and second horizontal dipole portions (A, A').

V형부(V)는 급전부(f)를 중심으로 하방(주빔 방향)으로 접혀 수평 다이폴축(b)에 대해 소정의 각도를 이루고 있으며 V 모양을 나타낸다. 안테나의 초광대역 동작과 지하반사파 대비 직접파 비율의 향상을 위해, V형부(V)의 암하나의 길이(a), 끼인각(α) 및 폭(W1)은 최적화 기법에 의해 결정될 수 있다.The V-shaped portion V is folded downward (in the direction of the main beam) around the power feeding portion f to form a predetermined angle with respect to the horizontal dipole axis b, and has a V shape. In order to improve the ultra-wideband operation of the antenna and the ratio of the direct wave to the underground reflected wave, the length (a), the included angle (α), and the width (W1) of one arm of the V-shaped part (V) may be determined by an optimization technique.

제 1, 2 수평 다이폴부(A, A')는 각각 V형부(V)의 양 단부에서 외곽 방향으로 접혀져 수평 다이폴축(b)에 대해 평행하게 위치하고 있다. 안테나의 초광대역 동작과 지하반사파 대비 직접파 비율의 향상을 위해, 제 1, 2 수평 다이폴부 각각의 길이(L-a) 및 폭(W2)은 최적화 기법에 의해 결정될 수 있다. 여기서, L은 안테나 동작 주파수 및 동작 모드에 따라 결정된 안테나의 한 암의 전체 길이를 나타낸다.The first and second horizontal dipole portions A and A'are respectively folded in the outer direction at both ends of the V-shaped portion V and are positioned parallel to the horizontal dipole axis b. In order to improve the ultra-wideband operation of the antenna and the ratio of the direct wave to the ground reflected wave, the length (L-a) and the width (W2) of each of the first and second horizontal dipole portions may be determined by an optimization technique. Here, L denotes the total length of one arm of the antenna determined according to the antenna operation frequency and operation mode.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나는 지면 밀착형 지표투과레이다 안테나로 운용될 경우에 V형부(V)의 끼인각(α)을 포함하는 공간(S)에 대해 지하매질과 상응하는 유전율 및 도전율을 갖는 유전체를 삽입하여 구성될 수 있다.On the other hand, the ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth surface transmission radar according to an embodiment of the present invention is a space including the included angle α of the V-shaped part (V) when operated as a ground-contact type surface transmission radar antenna. It can be constructed by inserting a dielectric having a dielectric constant and conductivity corresponding to the underground medium for (S).

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나는 안테나 설계 파라미터를 입력변수로 하여 계산되는 임피던스 값을 갖는 복수의 임피던스 소자들을 안테나의 내부의 설정된 지점에 로딩(loading)하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, in the ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth surface transmission radar according to an embodiment of the present invention, a plurality of impedance elements having an impedance value calculated using an antenna design parameter as an input variable are placed at a set point inside the antenna. It can be configured to load.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나는 안테나 주변을 금속 또는 비금속 박스로 패키징한 후, 패키징 박스 내부에 전파 흡수재를 채워 넣어 전파가 공기 중으로 불요 방사되는 것을 억제하도록 구성될 수 있다.On the other hand, the ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth surface transmission radar according to an embodiment of the present invention packs a metal or non-metal box around the antenna, and then fills a radio wave absorber inside the packaging box so that radio waves are unnecessary into the air. It can be configured to suppress radiation.

이하, 위와 같은 구성요소로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나의 작용에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the operation of the ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth surface transmission radar according to an embodiment of the present invention comprising the above components will be described with reference to the drawings.

본 발명의 실시예에서는 브로드사이드 기반의 송수신 안테나 구성을 갖는 지면밀착형 바이스태틱 GPR의 가상실험을 수행하였고, 도 3과 같은 일반적인 지면밀착형 GPR 안테나인 초광대역 보우타이 안테나를 송신 안테나(10) 및 수신 안테나(20)로 사용한 가상실험 결과와, 도 5와 같은 일반적인 지면이격형 GPR 안테나인 초광대역 혼 안테나를 송신 안테나(10') 및 수신 안테나(20')로 사용하여 지면 밀착형으로 구성한 가상실험 결과와 비교하였다. In an embodiment of the present invention, a virtual experiment of a ground-contact type bistatic GPR having a broadside-based transmission/reception antenna configuration was performed, and an ultra-wideband bow tie antenna, which is a general ground-contact type GPR antenna as shown in FIG. 3, is used as a transmission antenna 10. And the results of the virtual experiment used as the reception antenna 20, and a ground-contact type using an ultra-wideband horn antenna, which is a general ground-spaced GPR antenna as shown in FIG. 5, as a transmission antenna 10' and a reception antenna 20'. It was compared with the virtual experiment results.

먼저, 도 3, 도 4 및 도 5의 가상실험을 위한 안테나 구성에 있어서, 안테나 한 암의 길이는 L, 두 안테나 암의 V형부가 지면으로부터 이격된 거리는 h, 그리고 두 안테나 암의 V형부가 이루는 끼인각을 α로 표시하였으며, 가상실험에서 모든 α는 45o의 고정값을 갖는다. First, in the antenna configuration for the virtual experiment of FIGS. 3, 4 and 5, the length of one antenna arm is L, the distance between the V-shaped parts of the two antenna arms is h, and the V-shaped part of the two antenna arms is The included angle is expressed as α, and in the virtual experiment, all α has a fixed value of 45 o .

가상실험에서는 지하매질 내부에 소정의 반지름을 가지는 원형의 완전도체 표적(지하표적)을 심도(d)에 위치시켰다. 도 7은 심도(d)의 변화(30cm~1.5m)에 따라 본 발명의 수신안테나(200)에서 얻어지는 수신신호의 변화를 나타낸다.In the virtual experiment, a circular perfect conductor target (underground target) with a predetermined radius was placed inside the underground medium at depth (d). 7 shows the change of the received signal obtained by the receiving antenna 200 of the present invention according to the change of the depth (d) (30cm ~ 1.5m).

또한, 본 발명의 가상실험 결과와 비교하기 위해, 심도(d)의 변화에 따라, 일반적인 지면밀착형 GPR 안테나인 초광대역 보우타이 안테나를 사용한 경우(도 3에 도시됨)와 일반적인 지면이격형 GPR 안테나인 초광대역 혼 안테나를 지면 밀착형으로 구성한 경우(도 5에 도시됨)에, 각각의 수신안테나(20, 20')에서 얻어지는 수신신호의 변화를 각각 도 6 및 도 8에 도시하였다.In addition, in order to compare with the results of the virtual experiment of the present invention, according to the change of the depth (d), the case of using an ultra-wideband bow tie antenna, which is a general ground-contact type GPR antenna (shown in FIG. 3) and a general ground-separated GPR, When the ultra-wideband horn antenna, which is an antenna, is configured in a ground-contact type (shown in FIG. 5), changes in received signals obtained from each of the receiving antennas 20 and 20' are shown in FIGS. 6 and 8, respectively.

본 발명에 의한 안테나(도 4 참조) 및 일반적인 지면이격형 GPR 안테나(도 5 참조) 모두 지면으로부터의 이격거리(h)가 5.1cm의 파라미터 값을 가지도록 설계되었다고 가정하였다. 가상실험을 위해, 지하 매질의 전기물성은 유전율이 10이고 전기비저항이 100Ωm이며, 송신 안테나에는 첨두 전압이 2V이고 중심주파수가 750MHz인 모노사이클 펄스신호가 인가되었다고 가정한다. It is assumed that both the antenna according to the present invention (see FIG. 4) and the general ground-spared GPR antenna (see FIG. 5) are designed so that the separation distance h from the ground has a parameter value of 5.1 cm. For the hypothetical experiments, it is assumed that the electrical properties of the underground medium have a dielectric constant of 10 and an electrical resistivity of 100 Ωm, and a monocycle pulse signal with a peak voltage of 2 V and a center frequency of 750 MHz is applied to the transmitting antenna.

도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 수신안테나(200), 일반적인 지면 밀착형 GPR 수신안테나(20) 및 일반적인 지면 이격형 GPR 수신안테나(20')에서 얻어진 수신신호들은 모두 0nsec 부근의 시간에서 직접파를 수신하게 되고, 이후 7nsec 부근부터 32nsec 부근까지 각각 심도(d)가 30cm ~ 1.5m에 해당하는 지하표적 반사신호를 수신하게 된다. 6, 7 and 8, received signals obtained from the receiving antenna 200 of the present invention, a general ground-contact type GPR receiving antenna 20, and a general ground-spaced GPR receiving antenna 20' are all 0 nsec. The direct wave is received at a nearby time, and afterwards, a reflected signal of an underground target corresponding to a depth (d) of 30cm to 1.5m from around 7nsec to around 32nsec is received.

도 6 및 도 8을 참조하면, 일반적인 지면밀착형 GPR 수신안테나(20)를 사용한 경우 안테나와 지하매질 간 커플링 특성이 우수하므로 일반적인 지면이격형 GPR 수신안테나(20')를 사용한 경우에 비해 직접파 신호의 크기가 상대적으로 작게 나타나게 된다. 일반적인 지면이격형 GPR 수신안테나(20')를 사용한 경우에는 일반적인 지면밀착형 GPR 수신안테나(20)를 사용한 경우에 비해, 직접파 신호의 크기가 증가하고, 지하 표적이 심부일수록 그 반사신호가 더욱 크게 나타난다.6 and 8, in the case of using the general ground-contact type GPR receiving antenna 20, the coupling property between the antenna and the underground medium is excellent, so that compared to the case of using the general ground-separated GPR receiving antenna 20' The size of the wave signal appears relatively small. In the case of using a general ground-separated GPR receiving antenna (20'), the magnitude of the direct wave signal increases compared to the case of using the general ground-based GPR receiving antenna (20). Appear large.

아래의 표 1은 일반적인 지면밀착형 GPR 안테나를 사용한 경우와 일반적인 지면이격형 GPR 안테나의 지면이격거리(h)를 가변하여 사용한 경우, 얻어진 직접파 신호의 첨두값, 심도(d) 1.5m에서의 표적 반사파 신호의 첨두값, 그리고 두 첨두값의 비율을 나타낸 것이다.Table 1 below shows the peak value and depth (d) of the obtained direct wave signal at 1.5m when a general ground-contact type GPR antenna is used and when the ground separation distance (h) of a general ground-based GPR antenna is used by varying It shows the peak value of the target reflected wave signal and the ratio of the two peak values.

[표 1][Table 1]

Figure 112019078806812-pat00001
Figure 112019078806812-pat00001

[표 1]을 참조하면, 일반적인 지면이격형 GPR 안테나의 경우, 지면이격거리(h)가 증가할수록 직접파 첨두값의 크기는 크게 증가하는 것으로 관찰되고, 전체적으로 모든 지면이격거리(h)에 대해 일반적인 지면밀착형 GPR 안테나에서의 직접파 첨두값 크기보다 매우 크게 나타남이 확인되었다. 일반적인 지면이격형 GPR 안테나의 고지향성으로 인해, 깊은 심도(d=1.5m)에서의 반사신호 크기 자체는 일반적인 지면밀착형 GPR 안테나에서의 반사신호 크기보다 크게 관찰되나, 그 차이가 직접파만큼 현저하게 나타나지는 않으므로, 취득데이터 퀄리티의 정량적 지표인 직접파 대비 반사파 비율은 지면이격형 GPR 안테나가 더 작은 값을 가지는 것으로 관찰된다.Referring to [Table 1], in the case of a general ground separation type GPR antenna, it is observed that the magnitude of the direct wave peak value increases as the ground separation distance (h) increases, and overall, for all ground separation distances (h) It was confirmed that it was much larger than the peak value of the direct wave in a general ground-contact type GPR antenna. Due to the high directivity of the general ground-spaced GPR antenna, the size of the reflected signal itself at a deep depth (d=1.5m) is observed to be larger than that of the general ground-contact type GPR antenna, but the difference is as remarkable as the direct wave. Since it does not appear as a result, the ratio of the reflected wave to the direct wave, which is a quantitative indicator of the acquired data quality, is observed to have a smaller value for the ground-spared GPR antenna.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안테나를 사용한 경우(도 7 참조)는 일반적인 지면밀착형 GPR 안테나를 사용한 경우(도 6 참조)와 직접파 신호의 첨두값이 유사하게 나타나는 것이 확인되었다. 이것은 본 발명의 안테나의 V형부(V)에 의해 악화된 안테나와 지하 매질간 커플링 특성을 제 1, 2 수평 다이폴부(A, A')에서 보완해 주기 때문인 것으로 판단된다. As shown in Figs. 6 and 7, when the antenna of the present invention is used (see Fig. 7), the peak value of the direct wave signal is similar to the case of using a general ground-contact type GPR antenna (see Fig. 6). Confirmed. This is considered to be because the coupling characteristics between the antenna and the underground medium deteriorated by the V-shaped portion V of the antenna of the present invention are supplemented by the first and second horizontal dipole portions A and A'.

또한, 본 발명의 안테나의 천부 지하 표적신호의 첨두값(d=30cm에서의 첨부값)은 일반적인 지면밀착형 GPR안테나를 사용한 경우보다 다소 작지만, 지하표적이 심부일수록 반사신호의 첨두값이 더 크게 나타나는 것이 확인되었다.In addition, the peak value (attached value at d=30cm) of the antenna of the present invention is slightly smaller than that of a general ground-contact type GPR antenna, but the deeper the underground target, the larger the peak value of the reflected signal. It was confirmed to appear.

아래의 표 2는 일반적인 지면밀착형 GPR 안테나와 본 발명의 안테나의 지면으로부터의 거리(h)를 가변하면서 사용한 경우, 얻어진 직접파 신호의 첨두값, 심도(1.5m)에서의 표적 반사파 신호의 첨두값, 그리고 두 첨두값의 비율을 나타낸 것이다.Table 2 below shows the peak value of the obtained direct wave signal and the peak of the target reflected wave signal at a depth (1.5m) when the distance (h) from the ground of the general ground-contact type GPR antenna and the antenna of the present invention are used while varying. Value, and the ratio of the two peak values.

[표 2][Table 2]

Figure 112019078806812-pat00002
Figure 112019078806812-pat00002

표 2를 참조하면, 본 발명의 안테나의 경우, 지면으로부터의 이격거리(h)가 작은 경우(h ≤ 5.1cm) 직접파 첨두값의 크기는 지면밀착형 GPR 안테나와 유사하게 나타나다가 지면으로부터의 이격거리(h)가 커지면(h ≥ 6.37cm) 직접파 첨두값 크기가 크게 증가하는 것으로 관찰된다. 이것은 h ≤ 5.1cm인 경우, V형부(V)에 의해 악화된, 안테나와 지하매질 간 커플링 특성을 제 1, 2 수평 다이폴부(A, A')가 잘 보완해 주지만, h ≥ 6.37cm인 경우에는 V형부(V)의 비중이 커지며 제 1, 2 수평 다이폴부(A, A') 모드가 약화되는 것으로 판단된다.Referring to Table 2, in the case of the antenna of the present invention, when the separation distance (h) from the ground is small (h ≤ 5.1cm), the magnitude of the direct wave peak value appears similar to that of the ground-contact type GPR antenna, and then As the separation distance (h) increases (h ≥ 6.37cm), it is observed that the magnitude of the peak value of the direct wave increases significantly. In the case of h ≤ 5.1cm, the first and second horizontal dipoles (A, A') complement the coupling characteristics between the antenna and the underground medium well, deteriorated by the V-shaped part (V), but h ≥ 6.37cm In the case of, it is determined that the specific gravity of the V-shaped portion V increases and the mode of the first and second horizontal dipole portions A and A'weakens.

본 발명의 안테나의 V형부(V)에 의한 고지향성으로 인해, 깊은 심도(d=1.5m)에서의 반사신호 크기가 일반적인 지면밀착형 GPR 안테나에서의 반사신호 크기보다 크게 관찰된다. Due to the high directivity of the V-shaped portion (V) of the antenna of the present invention, the size of the reflected signal at a deep depth (d=1.5m) is observed to be larger than that of a general ground-contact type GPR antenna.

따라서 이러한 결과들을 종합하였을 때, 지면으로부터의 이격거리(h)가 작은 경우(h ≤ 5.1cm)에 한정하여, 취득데이터 퀄리티의 정량적 지표인 직접파 대비 반사파 비율은 본 발명에 의한 안테나가 일반적인 지면밀착형 GPR 안테나보다 더 큰 값을 가지는 것으로 관찰된다. Therefore, when these results are summarized, the ratio of the reflected wave to the direct wave, which is a quantitative index of acquired data quality, is limited to the case where the separation distance (h) from the ground is small (h ≤ 5.1cm). It is observed to have a larger value than that of the close-fitting GPR antenna.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예로서, V형부의 지면으로부터의 이격된 거리h = 3.8cm를 설정했을 경우 직접파의 크기(2.61mV)가 지면밀착형 GPR 안테나에서의 직접파 크기(2.65mV)와 거의 유사하면서 심부 지하표적 반사파 신호의 크기(1.20mV/0.93mV)는 29% 증가함이 확인되며, h=2.5cm를 설정했을 경우 직접파 대비 반사파 비율이 지면밀착형 GPR 안테나에 비해 2.5dB 상승하므로, 종래의 지면밀착형 GPR 안테나 대비 현저한 효과를 가져옴을 확인할 수 있다. Specifically, as an embodiment of the present invention, when the distance h = 3.8cm of the V-shaped part is set, the size of the direct wave (2.61mV) is the size of the direct wave (2.65mV) in the ground-contact type GPR antenna. ), but it is confirmed that the size of the deep underground target reflected wave signal (1.20mV/0.93mV) increases by 29%, and when h=2.5cm is set, the ratio of the reflected wave to the direct wave is 2.5 compared to the ground-contact type GPR antenna. Since it is increased by dB, it can be seen that it has a remarkable effect compared to the conventional ground-contact type GPR antenna.

본 발명의 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나에 의하면, 급전부를 중심으로 전방(주빔 방향)으로 접혀 수직 다이폴축에 대해 각도를 이루는 V-다이폴 형태의 V형부; 및 상기 V형부의 양 단부에서 외곽 방향으로 접혀져 수직 다이폴축에 대해 평행하게 위치하는 동일 길이의 제 1, 2 수직 다이폴부;를 포함하여 구성되어 안테나의 지하매질과의 커플링이 용이하고, 송수신 안테나간 직접 커플링이 작으며, 또한 지향성이 우수한 특징을 가짐으로써, 바이스태틱 GPR의 수신측에서 수신하는 경우 깊은 심도의 지하 불연속면에서 발생하는 반사파 신호를 보다 큰 레벨로 수신할 수 있다.According to the ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth ground transmission radar of the present invention, a V-dipole-shaped V-shaped portion which is folded forward (main beam direction) around the feeder to form an angle with respect to a vertical dipole axis; And first and second vertical dipoles of the same length, which are folded in the outer direction at both ends of the V-shaped part and positioned parallel to the vertical dipole axis, so that coupling of the antenna to the underground medium is easy, and transmission/reception Since direct coupling between antennas is small and has excellent directivity, it is possible to receive a reflected wave signal generated from a deep underground discontinuity surface at a higher level when receiving from the receiving side of the bistatic GPR.

본 발명의 실시예에 의한 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나는 송신안테나 및 수신안테나가 전자기 펄스 방사에 요구되는 주파수 및 동작모드에 부합하도록 안테나의 한 암의 길이(L)가 결정되고, 이를 바탕으로 안테나의 초광대역 동작과 지하반사파 대비 직접파 비율의 향상을 위해 상기 V형부의 암하나의 길이(a), 끼인각(α) 및 폭(W1)과, 상기 제 1, 2 수평 다이폴부 각각의 길이(L-a) 및 폭(W2)을 최적화 기법으로 조정하여 구성할 수 있으며, 필요한 경우 안테나 암 각각에 대해 임피던스 로딩 기법을 적용할 수 있다. 임피던스 로딩 기법은 안테나 설계 파라미터, 즉 안테나의 길이 내지 폭 등을 입력변수로 받아 안테나 내부 임의 지점 각각에 대해 소정의 수식을 통해 계산되는 임피던스 값을 가지는 임피던스 소자를 안테나 내부 해당 지점에 로딩(loading)하는 형태로 구현할 수도 있고, 경험적으로 임의의 값을 가지는 임피던스 소자들을 안테나 내부의 지점들에 로딩하여 구현할 수도 있다. 임피던스 로딩 기법을 적용하여, 안테나 내부 링잉으로 인해 안테나에 인가된 전자파 펄스 신호의 파형 왜곡을 최소화할 수 있다.The ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth ground transmission radar according to an embodiment of the present invention has a length (L) of one arm of the antenna so that the transmitting antenna and the receiving antenna meet the frequency and operation mode required for electromagnetic pulse radiation. It is determined, and based on this, the length (a), the included angle (α) and the width (W1) of one arm of the V-shaped part, and the first and second arm of the V-shaped part in order to improve the ultra-wideband operation of the antenna and the direct wave ratio to the underground reflected wave. The length (La) and width (W2) of each of the horizontal dipoles can be adjusted by an optimization technique, and if necessary, an impedance loading technique can be applied to each antenna arm. The impedance loading technique receives an antenna design parameter, that is, the length or width of the antenna as an input variable, and loads an impedance element having an impedance value calculated through a predetermined equation for each arbitrary point inside the antenna at a corresponding point inside the antenna. It may be implemented in the form of empirically, or by loading impedance elements having arbitrary values empirically into points inside the antenna. By applying the impedance loading technique, it is possible to minimize waveform distortion of the electromagnetic wave pulse signal applied to the antenna due to internal ringing of the antenna.

본 발명의 실시예에 의한 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나에 의하면, 송수신 안테나가 지면 밀착형 GPR로 운용될 경우 V형부의 끼인각(Included angle)을 포함하는 공간에 대해 지하매질과 상응하는 유전율 및 도전율을 가지는 유전체를 삽입하여 안테나와 지하 매질간 커플링 특성을 향상시키도록 구성될 수 있으며, 안테나 주변을 금속 또는 비금속 박스로 패키징하고, 패키징 박스 내부에 전파 흡수재를 채워 넣어 구성하여 전파가 공기 중으로 불요방사되는 것을 억제시킬 수 있다. According to the ultra-wideband V-feeding type antenna for a high-depth surface transmission radar according to an embodiment of the present invention, when the transmitting/receiving antenna is operated as a ground-contact type GPR, the underground medium for a space including a V-shaped part included angle It can be configured to improve the coupling characteristics between the antenna and the underground medium by inserting a dielectric having a dielectric constant and conductivity corresponding to and, packaged around the antenna in a metal or non-metal box, and filled with a radio wave absorber inside the packaging box. Thus, it is possible to suppress unwanted radiation of radio waves into the air.

도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 정해져야 할 것이다.In the drawings and specification, the best embodiments have been disclosed, and specific terms are used, but these are only used for the purpose of describing the embodiments of the present invention, and are used to limit the meaning or the scope of the present invention described in the claims. Was not done. Therefore, those of ordinary skill in the art will appreciate that the true technical scope of the present invention can be modified according to the technical spirit of the appended claims and other equivalent embodiments are possible. Therefore, it will have to be decided.

100 : 송신안테나
200 : 수신안테나
f: 급전부
V: V형부
A: 제 1 수평 다이폴부
A': 제 2 수평 다이폴부
L: 안테나 한 암의 길이
h: V형부의 지면으로부터의 이격된 거리
d: 심도
a: V형부의 암 하나의 길이
α: V형부가 이루는 끼인각
100: transmitting antenna
200: receiving antenna
f: power supply
V: V-shaped part
A: first horizontal dipole portion
A': second horizontal dipole portion
L: length of one arm of the antenna
h: the distance of the V-shaped part from the ground
d: depth
a: length of one arm of the V-shaped part
α: The included angle formed by the V-shaped part

Claims (5)

지면에 밀착된 송신 안테나(100) 및 수신 안테나(200)를 포함하는 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나로서,
상기 송신 안테나 및 수신 안테나는
급전부(f)를 중심으로 하방(주빔 방향)으로 접혀 수평 다이폴축(b)에 대해 각도를 이루는 V 모양의 V형부(V); 및
상기 V형부의 양 단부에서 외곽 방향으로 접혀져 수평 다이폴축에 대해 평행하게 위치하는 제 1, 2 수평 다이폴부(A, A');를 포함하고,
상기 제 1, 2 수평 다이폴부(A, A')의 폭(W2)은 상기 V형부의 양단부로부터 점진적으로 증가하는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나.
As an ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth ground transmission radar including a transmitting antenna 100 and a receiving antenna 200 in close contact with the ground,
The transmitting antenna and the receiving antenna are
A V-shaped V-shaped portion (V) folded downward (in the direction of the main beam) with respect to the power supply portion (f) to form an angle with respect to the horizontal dipole axis (b); And
Including; first and second horizontal dipole portions (A, A') folded in the outer direction at both ends of the V-shaped portion and positioned parallel to the horizontal dipole axis,
The width W2 of the first and second horizontal dipole portions A, A'is formed in a form gradually increasing from both ends of the V-shaped portion, and an ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth surface transmission radar. .
제 1 항에 있어서,
안테나의 초광대역 동작과 지하반사파 대비 직접파 비율의 향상을 위해, 상기 V형부의 암하나의 길이(a), 끼인각(α) 및 폭(W1)과, 상기 제 1, 2 수평 다이폴부 각각의 길이(L-a) 및 폭(W2)을 최적화 기법에 의해 결정하는 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나.
[여기서, L은 안테나 동작 주파수 및 동작 모드에 따라 결정된 안테나의 한 암의 전체 길이를 나타냄]
The method of claim 1,
In order to improve the ultra-wideband operation of the antenna and the ratio of the direct wave to the underground reflected wave, the length (a), the included angle (α), and the width (W1) of one arm of the V-shaped part, and the first and second horizontal dipole parts, respectively. Ultra-wideband V-feed type antenna for high-depth ground transmission radar that determines the length (La) and width (W2) by an optimization technique.
[Here, L represents the total length of one arm of the antenna determined according to the antenna operation frequency and operation mode]
제 1 항에 있어서,
지면 밀착형 지표투과레이다 안테나로 운용될 경우, 상기 V형부의 끼인각을 포함하는 공간에 대해 지하매질과 상응하는 유전율 및 도전율을 갖는 유전체를 삽입하여 구성되는 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나.
The method of claim 1,
When operated as a ground-contact type surface transmission radar antenna, an ultra-wideband V-class for a high-depth surface transmission radar constructed by inserting a dielectric having a dielectric constant and conductivity corresponding to the underground medium into the space including the included angle of the V-shaped part. Typical antenna.
제 1 항에 있어서,
안테나 설계 파라미터를 입력변수로 하여 계산되는 임피던스 값을 갖는 복수의 임피던스 소자들을 안테나의 내부 설정된 지점에 로딩(loading)하도록 구성되는 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나.
The method of claim 1,
An ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth ground transmission radar configured to load a plurality of impedance elements having an impedance value calculated using an antenna design parameter as an input variable at an internally set point of the antenna.
제 1 항에 있어서,
안테나 주변을 금속 또는 비금속 박스로 패키징한 후, 패키징 박스 내부에 전파 흡수재를 채워 넣어 전파가 공기 중으로 불요 방사되는 것을 억제하도록 구성되는 것인 고심도 지표투과레이다용 초광대역 V-급전형 안테나.
The method of claim 1,
An ultra-wideband V-feed type antenna for a high-depth surface-transmission radar, which is configured to suppress unnecessary radiation of radio waves into the air by packing a metal or non-metallic box around the antenna, and then filling a radio wave absorber inside the packaging box.
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