NO316658B1

NO316658B1 - Antennesystem for en georadar

Info

Publication number: NO316658B1
Application number: NO20025295A
Authority: NO
Inventors: Egil Eide
Original assignee: 3D Radar As
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-03-22
Also published as: ATE407371T1; EP1558946B1; EP1558946A1; DE60323387D1; NO20025295A; WO2004042427A1; NO20025295D0; AU2003301838A1; US7170449B2; US20060012525A1

Description

Denne oppfinnelsen omhandler et antennesystem for georadar, hvor det utsendte elektromagnetiske felt kan styres til å innta to ulike ortogonale polarisasjoner. Antennesystemet monteres like over bakken, slik at de utsendte elektromagnetiske bølger primært stråler ned i bakken.

En georadar er en type radar som sender elektromagnetiske bølger (radiobølger) ned i bakken og måler refleksjoner fra objekter eller lagdelinger i undergrunnen. Antennen for denne type radar skal sørge for at det utsendte signalet trenger ned i bakken på best mulig mate. For at dette skal skje, bør antennen plasseres så nær bakken som mulig. For å oppnå tilstrekkelig isolasjon mellom georadarens sender og mottaker, brukes det som regel separate sender- og mottakerantenner som er montert ved siden av hverandre.

Såkalte "bowtie"-antenner har vært i bruk i flere anven-delser der en trenger høy båndbredde. Den mest kjente artikkelen omkring slike antenner ble publisert av G. H. Brown og 0. M. Woodward i RCA Review, pp 425-452, i desember 1952, og det har siden vært publisert mange artikler om varianter av denne type antenne. For georadar har det vært vanlig å bruke "bowtie"-dipoler, men disse krever såkalte balun- (balanced-to-unbalanced) transformatorer for å operere tilfredsstillende. I år 2000 publiserte E. S. Eide en artikkel i IEE Transactions on Microwave, Antennas and Propa-gation, Vol. 147, No. 3, som beskrev et nytt antennesystem bestående av et par "bowtie"-monopoler som er montert på undersiden av et V-formet jordplan. Siden dette antennesystemet bestod av monopoler i stedet for dipoler, var en ikke avhengig av baluner til antennen. Formen på jordplanet gjør imidlertid at man må benytte relativt mye tapsstoff (absorbenter) for å fylle rommet mellom jordplanet og antenneelementene. Den største ulempen med dette antennesystemet er likevel at konstruksjonen av jordplanet gjør det vanskelig å kople antennenes ytterste ender til jord via motstander .

Antennen er nå videreutviklet til et nytt antennesystem ifølge den foreliggende oppfinnelse, som fremstår med en ny og forbedret løsning på ovenstående.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelsen å frembringe et mer kompakt antennesystem ved å endre jordplanet og andre konstruksjonsmessige elementer. Et annet formål med oppfinnelsen er å muliggjøre en mer enklere kopling av antennenes ytre ender til jordplanet. De særlige trekk ved antennesystemet ifølge oppfinnelsen fremgår av det selvsten-dige krav 1. Ytterliggere trekk er angitt i de uselvstendige kravene.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende forklares nærmere under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 viser en utførelse av antennesystemet ifølge oppfin nelsen sett fra undersiden. Figur 2 viser et snitt av antennesystemet på fig. 1 sett fra

siden.

Figur 3 viser en annen utførelse av antennesystemet ifølge oppfinnelsen omfattende en rekke antenneundergrupper, hver bestående av fire antenneelementer.

På figur 1 vises et antennesystem som består av fire antenneelementer 1-4 som er montert med en 45 graders vinkel i forhold til antennesystemets symmetriakse 5, hvorav to 1, 2 av antenneelementene tjener til sending med to ortogonale polarisasjoner A hhv. B. Ved den første polarisasjon A er det utsendte elektromagnetiske felt orientert -45 grader på antennesystemets symmetriakse 5, mens det ved den andre polarisasjon B er orientert +45 grader på antennesystemets symmetriakse 5. De resterende to 3, 4 av antenneelementene 1-4 tjener til mottaking med de samme to ortogonale polarisasjoner A hhv. B. Valg av den første polarisasjon A skjer ved å kople radarsenderen til det første senderantenneelement 1 og mottakeren til det første mottakerantenneelement 3, mens den andre polarisasjon B oppnås ved å benytte de andre to antenneelementer 2, 4 til henholdsvis sending og mottaking. Antenneelementene 1-4 består av triangelformede monopoler laget av elektrisk ledende materiale på en elektrisk isolerende plateformet bærer 6, særlig et kretskortlaminat som er for eksempel 1,55 mm tykt og er av typen FR-4. Kretskortlaminatene 6 er plassert på undersiden av plateformede lag av en radarabsorbent 7 som er for eksempel av typen Eccosorb AN79 fra Emerson & Cuming. Absorbentlagene er plassert på et bakenforliggende jordplan 8 bestående av metall. Antenneelementene 1-4 for sending og mottaking er like i sin konstruksjon. Hvert av antenneelementene mates ved hjelp av koaksialkabel i tilkoplingspunkter 9 der senterlinjen til koaksialkabelen tilkoples antenneelementet og skjermen koples til jordplanet 8. Antenneelementénes 1-4 ytre ender koples til jord via motstander 10, for eksempel på 50 ohm, som er koplet til festeanordninger 11, for eksempel metalliske avstandsstykker, som er montert på jordplanet 8.

På figur 2 vises at nødvendig elektronikk 20 for tilkopling til senderantenneelementene 1, 2 er innebygd i en metallboks 12, mens nødvendig elektronikk 30 for tilkopling til mottakerantenneelementene 3, 4 er montert i en annen metallboks 13. Metallboksene 12, 13 fungerer også som mekanisk festeanordning for henholdsvis kretskortlaminatet 6 og jordplanet 8. Dermed kan boksene 12, 13 anses å danne kantpartier på antenneinnretningene. Antennenes ytterste ender er alltid nærmest bakken 15, og avstandsstykkene 11 sørger for mekanisk feste av kretskortlaminatet 6 til jordplanet 8. Jordplanets to deler er i dette eksempelet koplet sammen ved hjelp av et hengsel 14 som gir mulighet til å justere vinkelen a mellom antennene til optimal verdi. Den optimale verdien for vinkelen vil variere fra måleproblem til måleproblem der jordsmonnets dielektriske egenskaper vil være utslagsgivende. Ved bruk er antenneinnretningene innrettet til å ha en nedad-skrånende stilling fra de nevnte kantpartiene. Antennesystemet kan når det ikke er i bruk foldes sammen ved hjelp av hengselet 14, slik at det tar liten plass ved transport.

En annen utførelse av antennesystemet ifølge oppfinnelsen er vist på figur 3. På denne figuren er det vist et lineært antennesystem som omfatter flere senderantenneelementer og flere mottakerantenneelementer som danner en rekke antenneundergrupper som er distribuert langs antennesystemets symmetriakse 5, idet hver antenneundergruppe består av fire antenneelementer 1-4 som er uthevet, nemlig to senderantenneelementer 1, 2 og to mottakerantenneelementer 3, 4. I det minste noen av antenneundergruppene overlapper hverandre, idet overlappende naboantenneelementer 2, 16 er adskilt i hvert krysningspunkt med et elektrisk isolerende materiale 17 for å forhindre at strømmen flyter fra det over-liggende antenneelement 2 ned i det underliggende antenneelementet 16. Overlapningsgraden til i det minste noen av antenneundergruppene kan varieres.

Claims

1. Antennesystem for en georadar, omfattende to antenne-innretninger som er forbundet med hverandre og som omfatter antenneelementer med monopoler, karakterisert ved at antenneinnretningene er platelignende og er forbundet (14) med hverandre ved nærliggende kantpartier (12,13) og som i bruk er innrettet til å ha en nedad-skrånende stilling fra de nevnte kantpartiene (12,13), hvor de to antenneinnretningene henholdsvis omfatter minst to ortogonalt monterte senderantenneelementer (1,2) og minst to ortogonalt monterte mottakerantenneelementer (3,4), idet antenneelementene (1-4) i hver antenne-innretning består av monopoler som er dannet ved at metallflater er påført en elektrisk isolerende plateformet bærer (6) som er plassert på undersiden av et plateformet lag av et radarbølgeabsorberende materiale (7), hvor materiallagets (7) overside er dekket av et metallisk jordplan (8).

2. Antennesystem ifølge krav 1, der den plateformede bæreren (6) er et laminat, særlig et kretskortlaminat, fortrinnsvis bestående av et glassfibersubstrat.

3. Antennesystem ifølge et av kravene 1-2, der antenneelementene (1-4) er triangelformede.

4. Antennesystem ifølge et av kravene 1-3, der antenneelementene (1-4) er montert med en 45 graders vinkel i forhold til symmetriaksen (5) mellom de to antenneinnretningene.

5. Antennesystem ifølge et av kravene 1-4, der vinkelen (a) i vertikalplanet mellom de to antenneinnretningene kan justeres ved hjelp av et hengsel (14) som forbinder de nevnte kantpartiene (12,13) med hverandre.

6. Antennesystem ifølge et av kravene 1-5, der senderantenneelementene (1,2) tjener til sending av elektromagnetiske bølger med to ortogonale polarisasjonsretninger (A hhv. B), og mottakerantenneelementene (3,4) tjener til mottaking av elektromagnetiske bølger med de samme to ortogonale polarisasjonsretninger {A hhv. B).

7. Antennesystem ifølge et av kravene 1-6, der antenne-elementenes (1-4) tilkoplingspunkter (9) er plassert i respektive metallbokser (12,13) ved de nevnte kantpartiene på de to antenneinnretningene, idet hver metallboks (12,13) ved siden av å inneholde radarens elektronikk (20,30) også utgjør festeanordning for den plateformede bæreren (6) og jordplanet (8) .

8. Antennesystem ifølge et av kravene 1-7, der antenne-elementenes (1-4) ytterste ender koples til jordplanene (8) gjennom motstander (10) og festeanordninger (11).

9. Antennesystem ifølge et av kravene 1-8, omfattende flere senderantenneelémenter og flere mottakerantenneelementer som danner en rekke antenneundergrupper distribuert langs symmetriaksen (5) mellom de to antenneinnretningene, idet hver antenneundergruppe består av to senderantenneelémenter (1,2) og to mottakerantenneelementer (3,4).

10. Antennesystem ifølge krav 9, der i det minste noen av antenneundergruppene overlapper hverandre, idet overlappende naboantenneelementer (2,16) er adskilt i hvert krysningspunkt med et elektrisk isolerende materiale (17).