NO335197B1

NO335197B1 - Georadarantenne

Info

Publication number: NO335197B1
Application number: NO20111363A
Authority: NO
Inventors: Egil Eide; Jukka Typpö
Original assignee: 3D Radar As
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2014-10-20
Also published as: EP2764573B1; US9478872B2; NO20111363A1; CN103858274A; US20140240196A1; WO2013051945A1; EP2764573A1; JP5937219B2; CN103858274B; AU2012319274A1; AU2012319274B2; JP2015501091A; EP2764573A4

Abstract

En antennesystem for georadar, som omfatter minst en senderantenne (1) og minst en mottakerantenne (2), der sender- og mottakerantennene er montert på hvert sitt nedadskrående jordplan (5) slik at de ved normal bruk danner en V-formet kile med spissen rettet mot bakken (10), hvilke antenner består av triangulære eller V-formede monopoler dannet ved at metallflater er påført en platebærer (3) av et glassfibersubstrat som er plassert på undersiden av et lag av et radarabsorberende materiale (4), hvor materiallagets overside er dekket av et metallisk jordplan (5).

Description

Oppfinnelsens område

Denne oppfinnelsen omhandler et antennesystem for georadar, hvor de utsendte elektromagnetiske bølger primært stråler ned i bakken.

Teknikkens stand

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 måte. Derfor bør antennen plasseres i nærheten av bakken. 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 anvendelser 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 Propagation, 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 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. En videreutvikling av antennen er patentert i Norsk Patent Nr. 316,658, Europeisk Patent Nr. 1, 558, 946, samt US Patent No. 7, 170,449. Her er sender- og mottakerantennene montert på et felles jordplan som er koplet sammen med et hengsel som gir mulighet til å justere vinkelen a mellom antennene til optimal verdi. Ulempen med konstruksjonen er imidlertid at en del av radarsignalet ved utsendelse fra senderantennen blir reflektert i mottakerantennen som er plassert vis-a-vis senderantennen før det går ned i bakken. Dermed dannes en uønsket dobbelpuls som forringer radarens evne til å skille mellom objekter som ligger nær hverandre. I tillegg vil radarbølger som reflekteres oppover fra selve bakken bli reflektert ytterligere en gang i antennekonstruksjonen, som på grunn av de sammenkoplede jordplanene utgjør en såkalt hjørnereflektor. De reflekterte signalene vil på ny gå ned i bakken og gi opphav til såkalte multiple signaler som bidrar til å forringe radarbildet. En tredje ulempe med konstruksjonen er at den gir en kraftig direktebølge fra sender- til mottakerantennen siden disse antennene står vis-a-vis hverandre.

Kortfattet beskrivelse av oppfinnelsen

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 en antenne som gir et radarsignal av høyere kvalitet enn foregående antennesystem. Den foreliggende oppfinnelsen gir vesentlig reduksjon av direktebølgen fra sender- til mottakerantennen, tilnærmet fullstendig eliminasjon av dobbeltpuls og betydelig undertrykking av multipler mellom antenne og jordoverflaten.

Et annet formål med oppfinnelsen er å muliggjøre en mer enkel og stabil mekanisk konstruksjon av antennesystemet. De særlige trekk ved antennesystemet ifølge oppfinnelsen fremgår av det selvstendige krav 1. Ytterliggere trekk er angitt i de uselvstendige kravene.

Antennesystem for georadar ifølge oppfinnelsen som omfatter to platelignende antenneinnretninger, hvor de to antenneinnretningene henholdsvis omfatter minst en senderantenne og minst en mottakerantenne. Antennene i hver antenneinnretning består av monopoler som er dannet ved at metallflater er påført en elektrisk isolerende platebærer som er plassert på undersiden av et lag av et radarabsorberende materiale, hvor materiallagets overside er dekket av et metallisk jordplan. Det er fordelaktig at antenneinnretningene er innrettet til å ha en nedad-skrånende stilling fra matepunktene slik at antenneinnretningene ved normal bruk danner en V-formet kile med spissen rettet ned mot bakken. Videre er det fordelaktig at jordplanene ikke er i elektrisk forbindelse med hverandre.

I en fordelaktig utførelsesform er sender- og mottakerantennene i hovedsak V-formede.

I en utførelsesform kan en vinkel (a) i vertikalplanet mellom de to antenneinnretningene justeres ved hjelp av et ikke-ledende hengsel som forbinder de nevnte jordplanene mekanisk med hverandre.

Antennenes termineringspunkter (som befinner seg i antennens ytterste ender sett fra matepunktet) koples typisk til jordplanet gjennom motstander og avstandsstykker. Videre kan senderantennens termineringspunkter med fordel være rettet mot mottakerantennens termineringspunkter.

I en utførelsesform kan antennesystem omfatte flere senderantenner og flere mottakerantenner som danner en rekke antenner distribuert langs symmetriaksen mellom de to antenneinnretningene.

Det radarabsorberende materialet består gjerne av ett eller flere resistive sjikt. Platebæreren kan være et laminat, særlig et kretskortlaminat, fortrinnsvis bestående av et glassfibersubstrat.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

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

siden.

Figur 2 viser en utførelse av antennesystemet ifølge oppfin nelsen sett fra undersiden. Figur 3 viser en utførelse av antennesystemet ifølge oppfinnelsen der flere senderantenner og flere mottakerantenner er distribuert langs antennesystemets symmetriakse.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

På figur 1 vises et antennesystem som består av to antenneinnretninger for henholdsvis sending og mottaking som er beskrevet i det følgende. Sender- og mottakerantennene (1-2) består av monopoler laget av elektrisk ledende materiale på en elektrisk isolerende platebærer (3), som er for eksempel et 1,55 mm tykt kretskortlaminat av typen FR-4. Monopolene kan eksempelvis være triangelformet eller V-formet for optimal impedanstilpasning til matepunktet (6). Kretskortlaminatene (3) er plassert på undersiden av plate-formede lag av et materiale (4) som demper radiobølger. Dette kan enten være et materiale bestående av tynne resistive sjikt eller det kan være en radarabsorbent som for eksempel er av typen Eccosorb AN79 fra Emerson&Cuming. Absorbentlagene er plassert på et bakenforliggende jordplan (5) bestående av metall. Antennene (1-2) for sending og mottaking er like i sin konstruksjon. Hver av antennene mates ved hjelp av koaksialkabel i matepunktet (6) der senterlinjen til koaksialkabelen tilkoples antennen (1,2) og skjermen koples til jordplanet (5) . Antennenes ytre ender, som i det følgende kalles termineringspunkter, koples til jordplanet via motstander (7), for eksempel på 50 ohm, som er koplet til for eksempel metalliske avstandsstykker (8) som er montert på jordplanet (5). Antenneinnretningene er arrangert slik at de danner en V-formet kile med spissen rettet ned mot bakken.

Ved bruk er antennenes termineringspunkter nærmest bakken (10), og avstandsstykkene (8) sørger for mekanisk feste av kretskortlaminatet (3) til jordplanet (5) . Jordplanets to deler er i dette eksempelet koplet sammen ved hjelp av et ikke-ledende hengsel (9) som gir mulighet til å justere vinkelen a mellom antennene til optimal verdi. Det er et vesentlig trekk ved oppfinnelsen at jordplanene for henholdsvis sender- og mottakerantenne ikke har elektrisk forbindelse med hverandre. Et annet trekk ved oppfinnelsen er at antennenes termineringspunkter er rettet mot hverandre i stedet for lengst mulig vekk fra hverandre. Den optimale verdien for vinkelen a 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 matepunktet (6).

På figur 2 vises en utførelse av antennesystemet fra undersiden der sender- og mottakerantennene (1-2) er V-formet med motstander (7) og metalliske avstandsstykker til jordplan (8) plassert lengst vekk fra matepunktet (6).

En annen utførelse av antennesystemet ifølge oppfinnelsen er vist på figur 3. På denne figuren er det vist et lineært antennesystem som omfatter flere senderantenner og flere mottakerantenner som er distribuert langs antennesystemets symmetriakse som går gjennom hengselet (9) nederst i spissen av den V-formede kilen.

Claims

1. Antennesystem for georadar, der antennesystemet omfatter to platelignende antenneinnretninger, hvor de to antenneinnretningene henholdsvis omfatter minst en senderantenne (1) og minst en mottakerantenne (2), idet antennene {1-2) i hver antenneinnretning består av monopoler som er dannet ved at metallflater er påført en elektrisk isolerende platebærer (3) som er plassert på undersiden av et lag av et radarabsorberende materiale (4), hvor materiallagets overside er dekket av et metallisk jordplan (5),karakterisert vedat antenneinnretningene er innrettet til å ha en nedad-skrånende stilling fra matepunktene (6) slik at antenneinnretningene ved normal bruk danner en V-formet kile med spissen rettet ned mot bakken (10), der jordplanene (5) ikke er i elektrisk forbindelse med hverandre.

2. Antennesystem ifølge krav 1, der antennene (1,2) er i hovedsak V-formede.

3. Antennesystem ifølge et av kravene 1-2, der det radarabsorberende materialet (4) består av ett eller flere resistive sjikt.

4. Antennesystem ifølge et av kravene 1-3, der vinkelen (a) i vertikalplanet mellom de to antenneinnretningene kan justeres ved hjelp av et ikke-ledende hengsel (9) som forbinder de nevnte jordplanene (5) mekanisk med hverandre.

5. Antennesystem ifølge et av kravene 1-4, der antennenes termineringspunkter koples til jordplanet (5) gjennom motstander (7) og avstandsstykker (8) .

6. Antennesystem ifølge et av kravene 1-5, der senderantennens (1) termineringspunkter er rettet mot mottakerantennens (2) termineringspunkter.

7. Antennesystem ifølge et av kravene 1-6, omfattende flere senderantenner (1) og flere mottakerantenner (2) som danner en rekke antenner distribuert langs symmetriaksen mellom de to antenneinnretningene.

8. Antennesystem ifølge et av kravene 1-7, der platebæreren (3) er et laminat, særlig et kretskortlaminat, fortrinnsvis bestående av et glassfibersubstrat.