JP2000278026A

JP2000278026A - 地中探査レーダ用アンテナおよびそれを用いる地中探査レーダ

Info

Publication number: JP2000278026A
Application number: JP11080619A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Nakauchi; 啓雅中内; Ikuo Arai; 郁男荒井; Hideki Hayakawa; 秀樹早川; Masaru Tsunasaki; 勝綱崎
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】構成を小形化し、また不所望な電磁波の発生
を防ぐ。【解決手段】地表面に沿って移動する移動体に、下方
の土壌に向けて開放したアルミニウム板製アンテナハウ
ジングを取付け、このアンテナハウジングの収納空間
に、一対の一直線上に軸線を有する一対の導体を配置
し、収納空間内に発泡スチロールなどの誘電体を充填す
る。一対の導体の相互に近接した一端部を給電点とし、
送信信号を与えて電磁波を発生し、地中埋設物によって
反射した反射波を、受信信号として得ることによって、
送信波と受信波との時間差に対応した地中埋設物の距離
を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中に埋設された
たとえば管などの地中埋設物の位置を探査する際に、電
磁波を放射または受信するために用いられる地中探査レ
ーダ用アンテナおよびそれを用いる地中探査レーダに関
する。

【０００２】

【従来の技術】典型的な先行技術は、ボータイアンテナ
である。このボータイアンテナは、給電点に関して両側
に延びる一対のほぼ三角形の導電性部分を有し、この導
電性部分は、給電点に近づくにつれて先細状に形成され
る。このような構成によれば、広い周波数帯域を得るこ
とができるとともに、優れた指向性を実現することがで
きる。

【０００３】ボータイアンテナの１つの問題は、導電性
部分から放射された電磁波が、土壌中に向かうように、
導電性部分を収納する導電性アンテナハウジングを配置
し、この導電性部分とアンテナハウジングとの間に、フ
ェライトなどの磁性体を設け、不要な電磁界を除去し、
電磁波の干渉を防ぐ必要がある。導電性部分は比較的大
形であり、さらにこのフェライトなどの磁性体を設ける
ことによって構成がさらに大形化するという問題があ
る。したがって、構成を小形化し、地中埋設物を高精度
で検出することが望まれる。

【０００４】他の典型的な先行技術は、ダイポールアン
テナとして周知である。このダイポールアンテナには、
地中埋設物の反射波を受信した反射波に後続して、不所
望な振動した波形が含まれてしまう現象、いわゆるリン
ギングが生じやすいという問題がある。したがってリン
ギングをできるだけ抑制し、反射波を正確に検出するこ
とが望まれる。これによって地中埋設物の位置を正確に
検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、構成
を小形化することができるとともに、受信波のリンギン
グをなくし、または最小に抑え、地中埋設物の分解能を
向上して高精度に検出することができるようにした地中
探査レーダ用アンテナと、それを用いる地中探査レーダ
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、土壌に臨んで
開放した収納空間を有し、導電性材料から成るアンテナ
ハウジングと、アンテナハウジングの収納空間内で、共
通な一直線上に軸線を有して延びる一対の導体とを含
み、導体の近接した各一端部を給電点とすることを特徴
とする地中探査レーダ用アンテナである。

【０００７】本発明に従えば、導電性アンテナハウジン
グの収納空間に、共通な一直線上に軸線を有してその軸
線方向に順次的に隣接して配置される一対の導体を含
み、この導体の相互に近接した一端部を給電点とし、こ
の給電点に送信信号を与え、電磁波を発生し、地中埋設
物、たとえば管などによって反射された反射波は受信さ
れ、給電点から受信信号として出力される。アンテナハ
ウジングは、たとえばアルミニウムなどの金属製板が組
合わされて構成されてもよいけれども、金属箔が電気絶
縁性材料から成る板の表面に付着されて形成されてもよ
い。この地中探査レーダ用アンテナは、比較的広帯域で
あり、指向性が優れており、さらに導体とアンテナハウ
ジングとによる干渉を防いで土壌とは反対側に放射され
る電磁界の悪影響を、アンテナハウジングによって抑圧
することができる。このアンテナは、構成が簡単であ
り、製造が容易であり、小形化が可能であるなどの優れ
た効果を達成することができる。さらに得られる受信信
号には振動波形が含まれず、リンギングを充分に抑制す
ることができる。

【０００８】本発明に従えば、ボータイアンテナに関連
して前述したフェライトなどの磁性材料を用いる必要な
しに、不要な電磁波の放射を抑制し、不所望な電子回路
を除去し、導体とアンテナハウジングとの間の電磁波の
干渉を防ぐことができるようになる。

【０００９】また本発明は、アンテナハウジング内に
は、誘電体が充填されることを特徴とする。

【００１０】本発明に従えば、ハウジングの収納空間内
に誘電体、たとえば電気絶縁性材料である発泡スチロー
ルなどを充填し、これによってアンテナ効率を向上する
ことができるとともに、導体を支持することができる。
アンテナハウジングの収納空間には、誘電体が充填され
ず、空気が存在する構成であってもよい。

【００１１】また本発明は、導体は、導線であることを
特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、一対の導体は、たとえば
銅などの導電性材料から成る線材である導線であっても
よく、これによって構成を簡略化することができる。

【００１３】また本発明は、導体は、管であることを特
徴とする。

【００１４】本発明に従えば、導体は銅などの金属製で
あって、たとえば直円筒状などの管とすることによっ
て、断面に２次モーメントを向上し、強度を向上し、導
体を直線状に正確に保つことができるようになる。

【００１５】また本発明は、アンテナハウジングは、底
板と、底板に連なり、導体と平行に延びる両側壁と、底
板と側壁とに連なり、導体の前記軸線に垂直な両端壁と
を有し、導体の各他端部と前記端壁との間に、抵抗がそ
れぞれ介在されることを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、アンテナハウジングの収
納空間を、底板、側壁および端壁とによって形成し、こ
のアンテナハウジングによって、土壌に向けて電磁波を
効率よく放射し、土壌の反対側には電磁波が放射されな
いようにする。導体の給電点とは反対側にある他端部と
アンテナハウジングの前記端壁との間には、抵抗をそれ
ぞれ介在し、これによって受信信号のパルス波形を抵抗
で短時間に熱に変換して消滅させ、受信波のリンギング
を抑制する。したがって地中埋設物の分解能を向上し、
高精度で検出することが可能になる。

【００１７】また本発明は、アンテナハウジングは、導
体の軸線に垂直な方向に隣接する複数の収納空間を有
し、各収納空間は、側壁によって仕切られ、各収納空間
内に、一対の導体が配置されることを特徴とする。

【００１８】本発明に従えば、アンテナハウジングに
は、金属などの導電性の側壁によって仕切られた隣接す
る複数の収納空間が形成され、各収納空間内に、前述の
一対の導体が配置され、各収納空間毎にアンテナ素子を
構成することができる。これによって地中探査レーダの
ための送信および受信にそれぞれ用いられるアンテナの
全体の構成を小形化することができるとともに、製造が
容易になる。

【００１９】また本発明は、電磁波を発生し、反射波を
受信する送信および受信アンテナと、送信および受信ア
ンテナに送信信号を与えて駆動するとともに、反射波の
受信信号を演算処理する演算処理手段とを含み、前記送
信および受信アンテナは、上記の地中探査レーダ用アン
テナであることを特徴とする地中探査レーダである。

【００２０】本発明に従えば、前述の地中探査レーダ用
アンテナを、送信および受信アンテナとして用い、この
アンテナから土壌中に向けて電磁波を発生し、地中埋設
物による反射波を受信し、こうしてアンテナに送信信号
を与えてから反射波の受信信号を得るまでの時間などに
よって、演算処理手段は、地中埋設物の位置たとえば地
表面からの距離、アンテナからの距離を検出することが
でき、さらにその距離とアンテナの移動した位置を検出
するアンテナ移動位置検出手段の出力とによって、地中
埋設物の３次元の位置を検出することもまた可能であ
る。

【００２１】地中探査レーダ用アンテナは、送信アンテ
ナおよび受信アンテナとしてそれぞれ用いることができ
る。送信アンテナと受信アンテナとは、別々の構成であ
ってもよいけれども、単一のアンテナをスイッチング回
路によって切換えて用いるようにしてもよく、または方
向性結合器、ブリッジなどを用いて単一のアンテナによ
って送受信を行うことができるようにしてもよい。

【００２２】また本発明は、移動体の相互に異なる複数
個所に、請求項１〜５のうちの１つに記載された単一の
前記収納空間を有する地中探査レーダ用アンテナが、送
信または受信のためにそれぞれ取付けられ、演算処理手
段は、送信信号を与えてから受信信号を得るまでの時間
と、各送信と受信とを行うアンテナ間の距離とによっ
て、埋設物の位置を演算することを特徴とする。

【００２３】本発明に従えば、地表面に沿うなどして移
動可能な移動体の複数個所に、地中探査レーダ用アンテ
ナをそれぞれ取付け、各アンテナに選択的に送信信号を
与え、受信信号を導出することによって、地中埋設物の
距離を検出することができ、これによって地中埋設物の
位置を演算して知ることができる。複数の地中探査レー
ダ用アンテナのうち、１または複数を送信アンテナとし
て用い、残余の１または複数を受信アンテナとして用
い、送信アンテナと受信アンテナとの各組合せ毎に、距
離を検出することによって、地中埋設物の３次元の位置
を検出することができる。たとえば単一の送信アンテナ
から電磁波を発生し、複数の受信アンテナで反射波を受
信し、送信アンテナから電磁波を発生する送信信号の発
生時点から反射波の受信信号が得られるまでの各受信ア
ンテナ毎の時間を検出することができる。また複数の各
送信アンテナに、時刻をずらして送信信号を与えて各送
信アンテナから電磁波を発生し、たとえば単一の受信ア
ンテナで、各送信アンテナの電磁波に対応した地中埋設
物による反射波を受信し、こうして得られた時間差を検
出することができる。もちろん、複数の送信アンテナと
複数の受信アンテナの両方を用いてもよい。

【００２４】また本発明は、移動体に、前記地中探査レ
ーダ用アンテナが取付けられ、複数の各収納空間の導体
は、送信および受信のために用いられ、演算処理手段
は、送信信号を与えてから受信信号を得るまでの時間
と、各送信と受信とを行うアンテナ間の距離とによっ
て、埋設物の位置を演算することを特徴とする。

【００２５】本発明に従えば、単一の、すなわち共通の
アンテナハウジングに形成される複数の収納空間に、一
対の導体から成るアンテナ素子が各々収納され、各収納
空間毎のアンテナ素子を、送信アンテナまたは受信アン
テナとして用い、または送信と受信とを兼用したアンテ
ナとして用いることによって個別的な複数の地中探査レ
ーダ用アンテナを移動体に設ける前述の構成に比べて、
構成を簡略化し、小形化することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
地中探査レーダ用アンテナ１の平面図である。この地中
探査レーダ用アンテナ１は、土壌に電磁波を放射する送
信アンテナ１ａと、地中埋設物による反射波を受信する
受信アンテナ１ｂとを有する。なお、図１は図解を容易
にするため、誘電体４１を省略して示されている。

【００２７】図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見
た断面図である。地中探査レーダ用アンテナ１は、基本
的に、導電性材料、たとえばアルミニウムなどの金属材
料から成るアンテナハウジング２と、このアンテナハウ
ジング２の収納空間３，４内に収納される送信アンテナ
１ａと受信アンテナ１ｂとのための一対の導体５，６；
７，８と、各収納空間３，４に充填される誘電体９，１
０とを含む。

【００２８】図３は、図１および図２に示される地中探
査レーダ用アンテナ１で用いられる地中探査レーダ１１
の全体の電気的構成を示すブロック図である。土壌１２
には、ガスなどの流体を輸送する鋼管などの埋設物であ
る管１３が埋設される。地上では、この管１３の探査を
行うために、送信アンテナ１ａから電磁波が参照符１４
で示されるように土壌１２に向けて放射される。送信ア
ンテナ１ａから放射された電磁波１４は、地中埋設管１
３によって反射され、その反射波１５は、受信アンテナ
１ｂによって受信される。

【００２９】送信アンテナ１ａには、送信回路１６か
ら、たとえば１００ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの図４（１）
に示される波形を有するパルス状送信信号が与えられ
る。受信アンテナ１ｂは、図４（２）に示される管１３
による反射波である受信信号を導出し、受信回路１７に
与える。送信アンテナ１ａから図４（１）に示される電
磁波が放射され、受信アンテナ１ｂによって図４（２）
で示される受信信号が得られるまでの時間差ΔＷは、管
１３のアンテナ１からの距離に対応する。したがって土
壌１２の管１３の深さに対応する。処理回路１８は、時
間差ΔＷを演算する。土壌１２の地表面上を、移動体１
９が矢符２０で示されるように移動し、管２を地表面で
横切ることによって、管１３を含む土壌１２の鉛直面内
での断面の原画像を得ることができ、表示手段２１で表
示することができる。

【００３０】表示手段２１は、たとえば液晶または陰極
線管などによって実現される。処理回路１８には、キー
ボードなどの入力手段２２が接続され、また前記画像な
どをストアするメモリ２３が接続される。移動体１９に
は車輪が設けられ、土壌１２の地表面を走行することが
できる。この移動体１９の移動量を移動距離測定手段に
よって測定し、各移動位置毎に地中埋設管１３の深さを
検出することによって、前述のように土壌１２の断面画
像を得ることができる。

【００３１】再び図１および図２を参照して、アンテナ
ハウジング２は、中間の側壁２６によって２つの収納空
間３，４が仕切られている。このアンテナハウジング２
は、底板２５と、底板２５に連なり導体５，６；７，８
と平行に延びる両側壁２７，２８と、さらに側壁２６と
に連なり、導体５，６；７，８の軸線に垂直な両端壁３
１，３２とを含む。これらの底板２５と側壁２６，２
７，２８と各端壁３１，３２とは、電気的に接地され
る。送信アンテナ１ａ内の収納空間３内で、一対の導体
５，６は、共通な一直線３３上にそれぞれ軸線を有して
延びる。導体５，６の近接した各一端部３４，３５は、
給電点３６に接続される。導体５，６の他端部３７，３
８は、抵抗３９，４０を介して端壁３１，３２にそれぞ
れ接続される。各抵抗３９，４０は、たとえば１００〜
３００Ωに選ばれ、たとえば好ましくは２００Ωに選ば
れる。給電点３６、受電点４７には一般的にバランが取
付けられるが、１次側（同軸ケーブル側）からアンテナ
側を見たインピーダンスは同軸線路の特性インピーダン
スＺ₀（一般的に５０Ω）と同じ値とし、バランの巻数
比ｎはｎ＝√（２Ｒ／Ｚ₀）に近い値に設定することが
望ましい。ここでＲの値は、各抵抗３９，４０の抵抗値
である。Ｒ＝１９０Ω、Ｚ₀＝５０Ωの場合、ｎは約３
となる。

【００３２】収納空間３内には、誘電体４１、たとえば
発泡スチロールなどが充填される。こうして導体５，６
は、底板２５と開放端４２との間で誘電体４１によって
保持される。本発明の実施の一形態では、誘電体４１の
導体６に関して底板２５側の厚みｄ１と、開放端４２側
の厚みｄ２とは、たとえば等しく、ｄ１＝ｄ２＝約２ｃ
ｍであり、したがって誘電体４１の全体の厚みは、約４
ｃｍである。たとえば導体５，６の長さＬ５＝Ｌ６＝約
１６ｃｍである。たとえばアンテナハウジング２の導体
５，６の軸線方向の長さＬ２１＝３８ｃｍであり、導体
５，６の軸線に垂直方向の長さＬ２２＝２６ｃｍであっ
てもよい。

【００３３】受信アンテナ１ｂは、前述の送信アンテナ
１ａと同様な構成を有し、導体７，８はアンテナハウジ
ング２の底板２５と平行な仮想平面内で導体５，６とと
もに一平面内にあり、これらの導体７，８は導体５，６
と平行である。導体７，８の一端部４５，４６は給電点
４７に接続される。導体７，８の他端部４８，４９は、
抵抗５０，５１を介して端壁３１，３２にそれぞれ接続
される。収納空間４にもまた、収納空間３と同様に誘電
体５２が充填される。

【００３４】導体５，６；７，８は、銅などの金属製で
ある直円筒体の管であってもよい。この導体５，６；
７，８の外径５ｍｍφであり、肉厚１ｍｍであってもよ
い。導体５，６；７，８が直円筒状であるので、強度が
向上され、外力によって変形することが防がれる。

【００３５】本発明の実施の他の形態では、導体５，
６；７，８が、直円筒状の管に代えて、たとえば正方形
などの軸直角断面を有する角筒状の管であってもよく、
その他の形状を有する管であってもよく、さらにまた線
材である導線であってもよく、さらに電気絶縁性材料の
表面に形成された金属箔などであってもよい。図１およ
び図２に示される地中探査レーダ用アンテナ１は、先行
技術であるボータイアンテナに比べて構成が小形化され
得る。

【００３６】図５は、本発明の実施の他の形態の地中探
査レーダ用アンテナ６１の平面図である。この図５に示
される実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応
する部分には同一の参照符を付す。なお、図５は図解を
容易にするため、誘電体４１は省略して示されている。
単一の送信アンテナ１ａ１と複数（たとえば３）の受信
アンテナ１ｂ１〜１ｂ３が、共通のアンテナハウジング
２に側壁２６によって仕切られて配置される。こうして
送信および受信アンテナ１ａ１；１ｂ１，１ｂ２，１ｂ
３が、アレイ化される。

【００３７】図６は、図５に示される地中探査用アンテ
ナ６１を用いる地中探査レーダの一部の電気回路図であ
る。送信回路１６から送信アンテナ１ａ１に送信信号を
時間間隔をあけて与える。受信アンテナ１ｂ１，１ｂ
２，１ｂ３からの出力は、切換えスイッチ６３によって
順次的に切換えて受信回路１７に与えられる。複数の送
信信号が送信アンテナ１ａ１に電磁的に与えられるたび
毎に、切換えスイッチ６３が順次的に繰返して切換えら
れる。こうして土壌１２内における電磁波の異なる経路
を辿った反射波が、各受信アンテナ１ｂ１，１ｂ２，１
ｂ３に与えられ、受信回路１７から処理回路１８に与え
られる。こうして電磁波の異なる経路毎に、地中埋設管
１３の距離が演算され、その演算結果を平均化すること
によって、ＳＮ値が向上された探査結果を得ることがで
きる。電磁波の経路の数、したがって送受信アンテナ１
ａ１，１ｂ１〜１ｂ３の組合せの数（たとえば図５およ
び図６の実施の形態では３）をＮとするとき、単一の組
合せを用いる構成に比べて、ＳＮ比を、√（Ｎ）倍、向
上することができる。

【００３８】図７は、図５および図６に示されるアンテ
ナ６１を用いて土壌１２に埋設された管１３を検出する
ための原理を説明する図である。１つの送信アンテナ１
ａ１と複数（この実施の形態では前述のように３）の受
信アンテナ１ｂ１，１ｂ２，１ｂ３とによって、土壌１
２中では電磁波の合計３つの経路が形成される。これら
の各アンテナ１ａ１；１ｂ１，１ｂ２，１ｂ３の相互の
距離Ｌｖ１，Ｌｖ２，Ｌｖ３が既知であるので、各経路
毎に、地中埋設管１３の距離を知ることができ、また３
次元の位置を、処理回路９で演算して求めることができ
る。

【００３９】図７では、直管状の地中埋設管１３が存在
するときにおける送信アンテナ１ａ１から受信アンテナ
１ｂ１〜１ｂ３に到達する電磁波の経路を簡略化して示
される。直管である地中埋設管１３の軸線が図７の紙面
に垂直であり、アンテナ１ａ１，１ｂ１〜１ｂ３が一直
線状に配列される軸線は図７の紙面内にある。送信アン
テナ１ａ１と受信アンテナ１ｂ１〜１ｂ３（総括的に１
ｂ）に関連する構成およびその他の構成は、前述の実施
の形態と同様である。電磁波の伝搬経路の伝搬距離は、
送信アンテナ１ａ１と受信アンテナ１ｂとの送信点と受
信点とを焦点とする楕円上に存在する。送信アンテナ１
ａ１と受信アンテナ１ｂとから成る対が少なくとも３組
存在することによって、探査で得られる反射時間情報を
利用して実際の地中の伝搬速度ｖ０を演算して求めるこ
とができる。

【００４０】図８は、図７に示される実施の形態を説明
するための地下構造モデルにおける反射点の座標を示す
図である。図８に示す地下構造モデルにおける反射点の
座標を考える。反射波の反射時間をＴ_R、第１層の平均
速度をＶ₁、送信点−反射点−受信点までの波線長すな
わち電磁波の伝搬距離をＬ_Wとする。波線長Ｌ_Wは反射時
間Ｔ_Rと平均速度Ｖ₁から式１で表される。Ｌ_W ＝Ｔ_R・Ｖ₁ …（１）

【００４１】送信アンテナの送信点Ｓ（Ｏ，Ｙ_off）か
ら、反射点Ｐ（Ｘ，Ｙ）までの距離と反射点Ｐから受信
アンテナの受信点Ｒ（Ｘ_G．Ｙ_G）までの距離の和が波線
長すなわち伝搬距離Ｌ_Wになる。Ｌ_W ＝ √｛(Ｘ_G−Ｘ)²＋(Ｙ_G−Ｙ)²｝＋√｛Ｘ²＋(Ｙ_off−Ｙ)²｝ …（２）

【００４２】送信点と受信点の１つの組における各反射
波に対して１つの楕円が描かれる。したがって、ある反
射波に対応する反射面は複数個の送信点と受信点の組に
よる楕円群の共通接点として求められる。このような連
立方程式の演算は、処理回路１８において演算して反射
点Ｐ（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。

【００４３】図９は、本発明の実施の他の形態の一部の
電気回路図である。この実施の形態は、前述の図５およ
び図６の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の
参照符を付す。この実施の形態では、複数（たとえば
３）の送信アンテナ１ａ１，１ａ２，１ａ３が切換えス
イッチ６４によって切換えられて送信回路１６からのパ
ルス状送信信号が時間間隔をあけて順次的に与えられ
る。１つの受信アンテナ１ｂ１では、複数の各送信アン
テナ１ａ１，１ａ２，１ａ３からそれぞれ放射された電
磁波の地中埋設管１３による反射波を受信し、受信回路
８に与え、処理回路９は、土壌１２中における異なる経
路を辿った反射波による地中埋設管１３の深さをそれぞ
れ演算して平均化する。このような構成によっても、前
述の実施の形態と同様に、ＳＮ比を向上することができ
る。

【００４４】上述の図５〜図９に示される実施の形態で
は、単一のアンテナハウジング２内に、送信または受信
のためのアンテナが設けられたけれども、本発明の実施
の他の形態では、複数の各送信または受信のためのアン
テナ毎に、アンテナハウジング２が構成されてもよく、
こうして個別的に構成されたアンテナを、移動体１９
に、相互に異なる位置に設けるようにしてもよい。個別
的な各アンテナ毎の相互の間隔が既知であることによっ
て、地中埋設管１３の電磁波伝播経路が異なることによ
る距離を検出することによって、地中埋設管１３の深さ
および３次元の位置を検出することができる。このよう
な３次元の位置を検出するには、送信アンテナ１ａと受
信アンテナ１ｂとの電磁波の伝播経路が、少なくとも３
以上形成されればよい。

【００４５】本件発明者の実験結果を、図１０〜図１３
を参照して説明する。図１０（１）は、先行技術のダイ
ポールアンテナの一部を示す図であり、図１０（２）は
先行技術のボータイアンテナ６７の一部を簡略化して示
す図である。ダイポールアンテナは、一対の線状の導電
性部分を有し、その全体の長さは４０ｃｍである。ま
た、このダイポールアンテナは金属製の筺体（アンテナ
ハウジング）の内側の全面にフェライトを装着している
ため、重量は約２０ｋｇと重たくなっている。なお、フ
ェライトを外した場合には、ダイポールアンテナとアン
テナハウジングとの間で多重反射が生じるため、リンギ
ングの程度はさらに悪化する。ボータイアンテナ６７
は、一対の導電性部分６８を有し、その頂角は、図１０
（２）に示されるように４１°であり、ボータイアンテ
ナ６７の長さＬＢ１＝４０ｃｍ、幅ＬＢ２＝１５ｃｍで
ある。また、このボータイアンテナ６７は、金属製の筺
体（アンテナハウジング）の内側に全面フェライトを装
着しているため、重量は約２０ｋｇと重たくなってい
る。なお、フェライトを外した場合には、ボータイアン
テナとアンテナハウジングとの間で多重反射が生じるた
め、リンギングの程度はさらに悪化する。

【００４６】図１１は、先行技術のダイポールアンテナ
とボータイアンテナ６７とを用いる地中伝送特性を測定
するための実験装置の簡略化した縦断面図である。図１
１のように送信アンテナと受信アンテナを土壌の隆起部
６９に対向して配置し、これらのアンテナと隆起部６９
との間には、発泡スチロール製板７１，７２を介在す
る。図１０（１）に示されるダイポールアンテナを、図
１１の送信アンテナおよび受信アンテナとしてそれぞれ
用いたところ、その送信アンテナにパルス状送信信号を
与え、受信アンテナでは、図１２（１）に示されるよう
にリンギングの振動波形が含まれた受信波形が得られ
た。図１０（２）に示されるボータイアンテナ６７を、
図１１の送信アンテナおよび受信アンテナとしてそれぞ
れ用いたところ、その送信アンテナにパルス状送信信号
を与え、受信アンテナでは、図１２（２）に示されるよ
うにリンギングの振動波形が含まれていない明瞭な受信
波形が得られた。このことから、先行技術のボータイア
ンテナ６７は、先行技術のダイポールアンテナに比べ
て、リンギングが含まれず、特性が優れていることが確
認された。

【００４７】図１３は、本件発明者の他の実験の埋設状
況を示す図である。先行技術のボータイアンテナ６７を
図３の地中探査レーダに接続して図１３の埋設管１３を
探査したときに表示手段２１によって得られる画像を図
１４（１）に示す。また、図１〜図４の本発明の実施の
形態により、図１３の埋設管１３を探査したときに表示
手段２１によって得られる画像を図１４（２）に示す。
図１４における２つの画像の縦軸は土壌１２の深さ方向
であり、電磁波の伝播時間に対応する。また、横軸は移
動体１９の移動方向２０の移動距離である。図１４
（１）のボータイアンテナには、フェライトが必須であ
るため、重量が約２０ｋｇと重くなっているが、図１４
（２）の本発明の実施の形態の地中探査レーダ用アンテ
ナ１はフェライトを装着する必要がないため、重量は約
１ｋｇと大幅に軽量化を図っている。それにも拘わら
ず、図１４より、地中埋設管１３が同等なリンギングの
程度で明瞭に検出されていることが分かる。

【００４８】

【発明の効果】請求項１の本発明によれば、広帯域であ
って指向性に優れ、しかも先行技術に関連して述べたボ
ータイアンテナに比べて構成を小形化することができ、
またフェライトなどの磁性材料を必要とすることなく、
不所望な電磁波の発生を抑制することができる地中探査
レーダ用アンテナが実現される。さらに反射波のリンギ
ングを抑制することができ、これによって地中埋設物の
分解能を向上することができる。

【００４９】請求項２の本発明によれば、アンテナハウ
ジングの収納空間に、発泡スチロールなどの誘電体を充
填することによって、導体を保持する働きを兼ねること
ができ、またアンテナ効率を向上することができる。

【００５０】請求項３の本発明によれば、アンテナハウ
ジングの収納空間に設けられる導体は、導線とし、これ
によって構成の簡略化を図ることができる。

【００５１】請求項４の本発明によれば、アンテナハウ
ジングの収納空間に配置される導体を、たとえば直円筒
状または角筒などの管とし、これによって断面２次モー
メントを向上して強度を向上し、したがって導体を直線
状に保つことができる。

【００５２】請求項５の本発明によれば、アンテナハウ
ジングの収納空間を、底板、側壁および端壁によって、
たとえば直方体状に形成し、この収納空間内に導体を配
置し、導体の他端部を、抵抗を介して、端壁に接続し、
この抵抗によって受信信号のパルス波形を短時間で熱に
変換して消滅させることができる。これによって受信波
形に含まれる反射波に後続する振動した波形を抑制し、
リンギングを防ぐことが確実になる。このようにしてリ
ンギングを抑制することによって、地中埋設物のアンテ
ナからの距離の分解能を向上することができる。

【００５３】請求項６の本発明によれば、アンテナハウ
ジング内の複数の収納空間を、側壁によって仕切って構
成し、各収納空間内に一対の導体を配置してアンテナ素
子を形成するようにしたので、構成の小形化が図られ
る。

【００５４】請求項７の本発明によれば、地中埋設物の
アンテナからの距離を高精度で測定することができ、そ
の分解能を向上することができる。また不所望な電磁波
の放射を抑制することができる。

【００５５】請求項８の本発明によれば、たとえば地表
面などに沿って移動する移動体に複数の地中探査レーダ
用アンテナを配置し、それらのアンテナを複数の組合せ
毎に、送信信号と受信信号とによって得られる時間差に
対応した地中埋設物の距離を検出し、これによって地中
埋設物の３次元の位置を高精度に正確に検出することが
できるようになる。

【００５６】請求項９の本発明によれば、単一のアンテ
ナハウジング内に形成された複数の収納空間に、一対の
導体を配置して各収納空間毎に地中探査レーダ用アンテ
ナを構成し、これらのアンテナの各組合せによって、地
中埋設物の３次元位置を高精度に正確に検出することが
できるようになる。しかもこの構成によれば、地中探査
レーダ用アンテナの全体の構成を小形化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の地中探査レーダ用アン
テナ１の平面図である。

【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であ
る。

【図３】図１および図２に示される地中探査レーダ用ア
ンテナ１で用いられる地中探査レーダ１１の全体の電気
的構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施の一形態における動作を説明する
ための波形図である。

【図５】本発明の実施の他の形態の地中探査用アンテナ
６１の平面図である。

【図６】図５に示される地中探査用アンテナ６１を用い
る地中探査レーダの一部の電気回路図である。

【図７】図５および図６に示されるアンテナ６１を用い
て土壌１２に埋設された管１３を検出するための原理を
説明する図である。

【図８】図７に示される実施の形態を説明するための地
下構造モデルにおける反射点の座標を示す図である。

【図９】本発明の実施の他の形態の一部の電気回路図で
ある。

【図１０】先行技術のダイポールアンテナとボータイア
ンテナの一部を示す図である。

【図１１】先行技術のダイポールアンテナとボータイア
ンテナ６７とを用いる地中伝送特性を測定するための実
験装置の簡略化した縦断面図である。

【図１２】先行技術のダイポールアンテナとボータイア
ンテナによる受信信号の波形図である。

【図１３】本件発明者の他の実験に用いたフィールドの
管埋設断面図を示す。

【図１４】図１４（１）は、先行技術のボータイアンテ
ナ６７を図３の地中探査レーダに接続して埋設管１３を
探査したときに表示手段２１によって得られる画像を示
し、図１４（２）は、図１〜図４の本発明の実施の形態
により、埋設管１３を探査したときに表示手段２１によ
って得られる画像を示す図である。

【符号の説明】

１地中探査レーダ用アンテナ２アンテナハウジング３，４収納空間５，６；７，８導体９，１０誘電体１１地中探査レーダ１２土壌１３地中埋設管１４電磁波１５反射波１６送信回路１７受信回路１８処理回路１９移動体２１表示手段２５底板３６給電点３９，４０抵抗４１誘電体６４切換えスイッチ６７ボータイアンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者綱崎勝大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内Ｆターム(参考） 5J046 AA04 AA07 AB07 BA03 BA07 5J070 AC02 AD02 AD08 AE11 AF02 AJ13 AK22 BG01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】土壌に臨んで開放した収納空間を有し、
導電性材料から成るアンテナハウジングと、アンテナハウジングの収納空間内で、共通な一直線上に
軸線を有して延びる一対の導体とを含み、導体の近接した各一端部を給電点とすることを特徴とす
る地中探査レーダ用アンテナ。
【請求項２】アンテナハウジング内には、誘電体が充
填されることを特徴とする請求項１記載の地中探査レー
ダ用アンテナ。
【請求項３】導体は、導線であることを特徴とする請
求項１または２記載の地中探査レーダ用アンテナ。
【請求項４】導体は、管であることを特徴とする請求
項１または２記載の地中探査レーダ用アンテナ。
【請求項５】アンテナハウジングは、底板と、底板に連なり、導体と平行に延びる両側壁と、底板と側壁とに連なり、導体の前記軸線に垂直な両端壁
とを有し、導体の各他端部と前記端壁との間に、抵抗がそれぞれ介
在されることを特徴とする請求項１〜４のうちの１つに
記載の地中探査レーダ用アンテナ。
【請求項６】アンテナハウジングは、導体の軸線に垂
直な方向に隣接する複数の収納空間を有し、各収納空間
は、側壁によって仕切られ、各収納空間内に、一対の導体が配置されることを特徴と
する請求項１〜５のうちの１つに記載の地中探査レーダ
用アンテナ。
【請求項７】電磁波を発生し、反射波を受信する送信
および受信アンテナと、送信および受信アンテナに送信信号を与えて駆動すると
ともに、反射波の受信信号を演算処理する演算処理手段
とを含み、前記送信および受信アンテナは、請求項１〜６のうちの
１つに記載された地中探査レーダ用アンテナであること
を特徴とする地中探査レーダ。
【請求項８】移動体の相互に異なる複数個所に、請求
項１〜５のうちの１つに記載された単一の前記収納空間
を有する地中探査レーダ用アンテナが、送信または受信
のためにそれぞれ取付けられ、演算処理手段は、送信信号を与えてから受信信号を得る
までの時間と、各送信と受信とを行うアンテナ間の距離
とによって、埋設物の位置を演算することを特徴とする
請求項７記載の地中探査レーダ。
【請求項９】移動体に、請求項６に記載される地中探
査レーダ用アンテナが取付けられ、複数の各収納空間の導体は、送信および受信のために用
いられ、演算処理手段は、送信信号を与えてから受信信号を得る
までの時間と、各送信と受信とを行うアンテナ間の距離
とによって、埋設物の位置を演算することを特徴とする
請求項７記載の地中探査レーダ。