(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌に臨んで設けられる地中探査レーダ用アンテナにおいて、
アンテナ素子と、
アンテナ素子に装荷され、電気信号によってインピーダンスが変化するインピーダンス素子とを含む地中探査レーダ用アンテナを準備し、
インピーダンス素子のインピーダンスを、電気信号によって変化して設定し、
電磁波を、土壌中に放射し、
電磁波の放射後に、アンテナによって受信される受信信号のうち、
電磁波の放射直後の第１信号成分の第１振幅Ｄｉと、
第１信号成分の受信後に得られる地中埋設物体の反射による第２信号成分の第２振幅Ｒｉとを、検出し、
設定されたインピーダンス毎に、第１および第２振幅Ｄｉ，Ｒｉの比ηｉ（＝Ｒｉ／Ｄｉ）を演算し、
前記比ηｉが最大であるインピーダンスを、地中探査のための最適値に選ぶことを特徴とする地中探査レーダ用アンテナの調整方法。
【請求項２】
インピーダンス素子は、前記電気信号の電圧のレベルに対応して抵抗が変化す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の調整方法。
【請求項３】
アンテナ素子は、
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請求項１または２記載の地中探査レーダ用アンテナの調整方法。
【請求項４】
（ａ）電磁波を発生し、地中埋設物体による反射波を受信する送信および受信アンテナであって、
アンテナ素子と、
アンテナ素子に装荷され、電気信号によってインピーダンスが変化するインピーダンス素子とを含むことを送信および受信アンテナと、
（ｂ）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導出するアンテナ駆動手段と、
（ｃ）信号比演算手段であって、
送信および受信アンテナの出力に応答し、
電磁波の放射後に、アンテナによって受信される受信信号のうち、
電磁波の放射直後の第１信号成分の第１振幅Ｄｉと、
第１信号成分の受信後に得られる地中埋設物体の反射による第２信号成分の第２振幅Ｒｉとを、検出し、
設定されたインピーダンス毎に、第１および第２振幅Ｄｉ，Ｒｉの比ηｉ（＝Ｒｉ／Ｄｉ）を演算する信号比演算手段と、
（ｄ）前記比ηｉが最大であるインピーダンスを、地中探査のための最適値に選ぶ最適値選択手段と、
（ｅ）最適値のインピーダンスに設定した状態で、送信信号の発生時点から第２信号成分が得られるまでの時間ΔＷを演算する演算手段とを含むことを特徴とする地中探査レーダ装置。
【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体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の調整方法およびそのアンテナを用いた地中探査レーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中埋設物体を探査するための先行技術は、地表面から土壌中に電磁波を放射する送信アンテナと、物体による反射波を受信する受信アンテナとを備え、送信アンテナから電磁波を放射した後、受信アンテナで物体による反射波を受信するまでの時間に対応した地中埋設物体の深さを検出する。このような用途に用いられるアンテナとしては、たとえばボータイアンテナがある。ボータイアンテナは、電気絶縁性基板の一表面上に、給電点に関して両側に、その給電点に近づくにつれて先細状となる全体の形状がほぼ三角形である一対の導電性の第１部分が形成され、前記基板の前記一方表面には、第１部分を囲む導電性の第２部分が形成され、各第１部分の給電点とは反対側の遊端部と第２部分との間には、抵抗が接続されて装荷される。送信アンテナおよび受信アンテナとして、このようなボータイアンテナがそれぞれ用いられる。
【０００３】
送信アンテナに、たとえばパルス状送信信号を与え、受信アンテナから得られる受信信号の波形によって、前述のように地中埋設物体の位置を検出する。受信アンテナから得られる受信信号は、送信アンテナから放射される電磁波の一部が直接に受信された大振幅の直接波と、送信アンテナから放射された反射波が地表面に反射して受信される地表面の反射波とを含む。これらの不所望な直接波および地表面の反射波は、大振幅を有し、受信信号にはリンギング波形を含む。したがってこのような大振幅のリンギング波形によって、本来検出すべき地中埋設物体による微弱な反射波の波形が変形され、その検出が困難になることがある。
【０００４】
前記抵抗は、直接波および地表面の反射波とそのリンギング波形とを改善する働きをし、これによって地中埋設物体による反射波を正確に検出するのに役立つ。地中埋設物体による反射波を検出するには、前述の第１および第２部分を含むアンテナの構成と、地中探査されるべき土壌の比誘電率などによって、抵抗の抵抗値が最適値に選ばれる必要がある。先行技術では、前記抵抗の抵抗値は固定的であり、常時地中埋設物による反射波を正確に検出するための最適値には必ずしも選ばれてはいない。
【０００５】
先行技術では、ボータイアンテナだけでなく、そのほかの構成を有するアンテナも用いられる。これらのアンテナにおいても、前述と同様な抵抗が装荷されており、従来では、その抵抗値が必ずしも最適な値に設定されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、地中埋設物体による反射波を正確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の調整方法およびそのアンテナを備える地中探査レーダ装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、土壌に臨んで設けられる地中探査レーダ用アンテナにおいて、
アンテナ素子と、
アンテナ素子に装荷され、電気信号によってインピーダンスが変化するインピーダンス素子とを含む地中探査レーダ用アンテナを準備し、
インピーダンス素子のインピーダンスを、電気信号によって変化して設定し、
電磁波を、土壌中に放射し、
電磁波の放射後に、アンテナによって受信される受信信号のうち、
電磁波の放射直後の第１信号成分の第１振幅Ｄｉと、
第１信号成分の受信後に得られる地中埋設物体の反射による第２信号成分の第２振幅Ｒｉとを、検出し、
設定されたインピーダンス毎に、第１および第２振幅Ｄｉ，Ｒｉの比ηｉ（＝Ｒｉ／Ｄｉ）を演算し、
前記比ηｉが最大であるインピーダンスを、地中探査のための最適値に選ぶことを特徴とする地中探査レーダ用アンテナの調整方法である。
【０００８】
本発明に従えば、地中探査レーダ用アンテナは、地中埋設物体を探査するために、電磁波を土壌に向けて放射する送信アンテナとして、または電磁波を受信する受信アンテナとして用いることができる。さらにまた送信アンテナと受信アンテナとの働きを単一のアンテナによって兼用し、その単一のアンテナをスイッチングして切換えて用いるようにしてもよく、あるいは方向性結合器、ブリッジなどを使用してもよい。
【０００９】
このようなアンテナは、アンテナ素子を備え、このアンテナ素子は、ダイポールアンテナまたはボータイアンテナなどの構成要素であってもよく、そのほかの構成を有するアンテナの構成要素であってもよい。このアンテナ素子には、インピーダンス素子が接続され、インピーダンス素子のインピーダンスは、電気信号、たとえば電圧のレベルによって変化する。したがって電気信号を変化することによってインピーダンス素子のインピーダンスを変化させ、これによってアンテナから導出される不所望な大振幅信号成分を抑制し、本来必要とする地中埋設物体による反射波の信号成分を正確に検出することが可能になる。インピーダンス素子は、たとえば抵抗であるとき、不所望な信号成分のエネルギを熱に変換して消耗する働きをし、またはインピーダンス整合、およびそのほかの働きをする。インピーダンス素子は、たとえばＰＩＮダイオードなどによって実現されてもよい。
本発明に従えば、アンテナ素子に接続されて装荷されるインピーダンス素子のインピーダンスが、地中埋設物による反射波を正確に検出する地中探査のための最適値に選ばれることが、自動的に可能になる。したがってアンテナ素子などの構成および地中探査されるべき土壌の比誘電率などに拘わらず、地中埋設物体の反射波を常に正確に検出することができるようになる。
第１信号成分は、アンテナによって受信される受信信号のうち、電磁波の放射直後の成分であって、送信アンテナと受信アンテナとが個別的に設けられた構成では、送信アンテナから受信アンテナに直接に与えられる直接波および地表面の反射波である。送信および受信の働きを兼用する単一のアンテナを用いる構成では、第１信号成分は、インピーダンス不整合に起因した反射波および地表面の反射波である。このような第１信号成分の第１振幅Ｄｉは、比較的大きい値であり、これによってリンギング波形が生じやすく、またアンテナからの受信信号を増幅する増幅回路の飽和などが生じ、したがってその後に得られる地中埋設物体の反射による微弱な第２信号成分の検出に悪影響を及ぼす。
インピーダンス素子に電気信号を与え、予め定めるインピーダンスに設定した状態で、土壌中に電磁波を放射し、その受信信号に応答して信号比ηｉ（＝Ｒｉ／Ｄｉ）を演算し、その信号比ηｉが最大であるとき、すなわち地中埋設物体の反射による第２信号成分の第２振幅Ｒｉができるだけ大きい値となるように、インピーダンスを設定することができる。
これらの振幅Ｄｉ，Ｒｉは、振幅自体であってもよいけれども、振幅と等価な値、たとえば信号成分の特定領域内でのピーク・ピーク値であってもよく、そのほかの振幅に対応する値であってもよく、本発明はこれらの値を含む。
【００１０】
また本発明は、インピーダンス素子は、前記電気信号の電圧のレベルに対応して抵抗が変化することを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、インピーダンス素子は、前述のようにＰＩＮダイオードなどによって実現され、電圧のレベルに対応して抵抗を変化することができる。こうして簡単な構成で、地中埋設物体による反射の受信信号成分を正確に検出することが容易に可能になる。
【００１２】
また本発明は、アンテナ素子は、
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。
【００１３】
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、地中埋設物体、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、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。
【００１４】
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。
【００１５】
アンテナハウジング内には、誘電体が充填される。これによって、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。
【００１６】
導体は、導線であってもよいけれども、導体を金属製とし、たとえば直円筒状などの管とすることによって、断面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。
【００２４】
また本発明は、（ａ）電磁波を発生し、地中埋設物体による反射波を受信する送信および受信アンテナであって、
アンテナ素子と、
アンテナ素子に装荷され、電気信号によってインピーダンスが変化するインピーダンス素子とを含むことを送信および受信アンテナと、
（ｂ）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導出するアンテナ駆動手段と、
（ｃ）信号比演算手段であって、
送信および受信アンテナの出力に応答し、
電磁波の放射後に、アンテナによって受信される受信信号のうち、
電磁波の放射直後の第１信号成分の第１振幅Ｄｉと、
第１信号成分の受信後に得られる地中埋設物体の反射による第２信号成分の第２振幅Ｒｉとを、検出し、
設定されたインピーダンス毎に、第１および第２振幅Ｄｉ，Ｒｉの比ηｉ（＝Ｒｉ／Ｄｉ）を演算する信号比演算手段と、
（ｄ）前記比ηｉが最大であるインピーダンスを、地中探査のための最適値に選ぶ最適値選択手段と、
（ｅ）最適値のインピーダンスに設定した状態で、送信信号の発生時点から第２信号成分が得られるまでの時間ΔＷを演算する演算手段とを含むことを特徴とする地中探査レーダ装置である。
【００２５】
本発明に従えば、アンテナ素子に接続されて装荷されるインピーダンス素子のインピーダンス、たとえば抵抗を電気信号によって最適値に常に選んで設定しながら、送信信号の発生時点から第２信号成分が得られるまでの時間ΔＷを演算し、地中埋設物の埋設深さ、たとえば位置を正確に検出することができる。
【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９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。図３は、図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩ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９，１０とを含む。
【００２８】
図４は、図１、図２および図３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装置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地中埋設物体である管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１３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、たとえば中心周波数が１００ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの図５（１）に示される波形を有するパルス状送信信号５４が与えられる。受信アンテナ１ｂは、図５（２）に示される受信信号を導出し、受信回路１７に与える。この受信信号は、送信アンテナ１ａによる電磁波の放射直後の第１信号成分５５と、その第１信号成分５５の受信後に得られる管１３の反射による第２信号成分５６とを含む。第１信号成分５５は、送信アンテナ１ａから、受信アンテナ１ｂに直接に伝搬した直接波と、送信アンテナ１ａから土壌１２の地表面で反射して受信アンテナ１ｂによって受信された地表面の反射波とを含む。本発明の実施の他の形態では、送信アンテナ１ａと受信アンテナ１ｂとを共用した構成において、受信アンテナ１ｂからの受信信号の第１信号成分５５は、そのアンテナ１ｂにパルス状送信信号５４が与えられることによって、その送信回路１６とアンテナ１ｂとのインピーダンス不整合に起因する反射波を含む。第１信号成分５５の第１振幅Ｄｉは大きく、これに比べて、第２信号成分５６の第２振幅Ｒｉは、微弱であり、第１振幅Ｄｉ未満である（Ｒｉ＜Ｄｉ）ことが多い。
【００３０】
送信アンテナ１ａに図５（１）に示されるパルス状送信信号５４が与えられ、これによって電磁波が土壌１２に向けて放射される。受信アンテナ１ｂによって図５（２）で示される受信信号に含まれる第２信号成分５６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１９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。
【００３１】
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。
【００３２】
再び図１、図２および図３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が仕切られていてもよい。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３１，３２とを含む。これらの底板２５と側壁２６，２７，２８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３７，３８は、インピーダンス素子３９，４０を介して端壁３１，３２にそれぞれ接続される。
【００３３】
図６は、図１〜図３に示されるアンテナ１の電気的構成を簡略化して示す図である。インピーダンス素子３９，４０は、たとえばＰＩＮダイオードによって実現される。ただし図６以降の例では側壁２６は特に設けていない。
【００３４】
図７は、インピーダンス素子３９，４０として用いられるＰＩＮダイオードの電気的特性を示す図である。ＰＩＮダイオードの両端間に印加する電圧Ｖｐのレベルに対応して抵抗Ｒが変化する。この電圧Ｖｐのレベルが高くなるにつれて、ＰＩＮダイオードの抵抗Ｒは小さく変化する。送信アンテナ１ａと受信アンテナ１ｂとの構成は同一であり、インピーダンス素子３９，４０；５０，５１は同一構成を有する。
【００３５】
直流電源５７の出力端子５８，５９間の電圧Ｖ１は、可変で設定することができる。一方の出力端子５８はライン６１を介し、さらにインダクタンス素子６３〜６６を介してインピーダンス素子３９，４０；５０，５１の導体５〜８の端部３７，３８；４８，４９側の端子に接続される。インダクタンス素子６３〜６６は、たとえばチョークコイルであって、導体５〜８からの高周波信号が電源５７側に流れることを阻止する。アンテナハウジング２には、ライン６２を介して直流電源５７のもう１つの端子５９が接続される。処理回路１８はライン６８を介して電源５７に出力電圧Ｖ１を変えるための電圧制御信号を与える。導体５，６または導体７，８の間に、バランを用いて接続する場合、インダクタンス素子６５，６６は、いずれか一方だけが用いられればよく、またインダクタンス素子６３，６４についても同様であり、インダクタンス素子６３，６４のいずれか一方が用いられればよい。
【００３６】
電源５７の出力電圧Ｖ１を変化することによって、インピーダンス素子３９，４０；５０，５１の抵抗を変化することができる。
【００３７】
収納空間３内には、誘電体９、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９によって保持される。本発明の実施の一形態では、誘電体９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２ｃｍであり、したがって誘電体９の全体の厚みは、約４ｃｍ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。
【００３８】
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は受電点４７に接続される。導体７，８の他端部４８，４９は、インピーダンス素子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１０が充填される。
【００３９】
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、断面２次モーメントが大きく、強度が向上され、外力によって変形することが防がれる。
【００４０】
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。
【００４１】
図８は、処理回路１８の動作を説明するためのフローチャートである。ステップａ１からステップａ２に移り、送信回路１６によって送信アンテナ１ａには、前述の図５（１）に示されるパルス状送信信号５４を一定の周期で与える。ステップａ３では、パルス状送信信号５４の発生回数ｉに対応した値を１に設定する。次のステップａ４では、直流電源５７にライン６８を介して与える電圧Ｖｉを設定する。この電圧Ｖｉは、送信信号５４の所定の発生回数のたびに低くなるように変化し、これによってインピーダンス素子３９，４０；５０，５１は、たとえば１０Ωずつ大きくなるように変化する。
【００４２】
図９は、受信アンテナ１ｂの受信信号を拡大して示す図である。時刻ｔ１において送信アンテナ１ａには、パルス状送信信号５４が与えられる。時刻ｔ１から時刻ｔ２の予め定める時間Ｗ１において、受信アンテナ１ｂからは、前述の大きな振幅を有する第１信号成分５５が得られる。時刻ｔ２〜ｔ３の予め定める時間Ｗ２では、第２信号成分５６が得られる。
【００４３】
処理回路１８は、図８のステップａ５において時間Ｗ１において第１信号成分５５のピーク・ピーク値Ｄｐｐを検出し、ステップａ６では、その後の時間Ｗ２における第２信号成分５６のピーク・ピーク値Ｒｐｐを検出する。
【００４４】
ステップａ７では、信号比ηｉを演算して求める。
ηｉ ＝ Ｒｐｐ／Ｄｐｐ                                  …（１）
【００４５】
図９に示される本件発明者の実験結果では、インピーダンス素子３９，４０；５０，５１の抵抗を表１のように変化したとき、図９において第１および第２信号成分５５，５６は、参照符７１〜７６で示されるように得られた。
【００４６】
【表１】
0004018295.tif 000002
【００４７】
Ｒｐｐがほぼ一定の場合は、Ｄｐｐのみをパラメータとしてもよく、その場合はＤｐｐが最小の値をとるようにすればよい。
【００４８】
処理回路１８はまた、時刻ｔ１から第２信号成分５６の予め定める弁別レベル以上の波形が得られる時刻までの時間ΔＷｉを求める。
【００４９】
図１０は、メモリ２３のストア内容を示す図である。パルス状送信信号５４が発生される各回ｉ（ｉは自然数であり、ｉ＝１〜Ｎ、Ｎはたとえば１００）毎に、第１および第２振幅Ｄｉ，Ｒｉ、信号比ηｉおよび時間ΔＷｉが、対応してストアされる。
【００５０】
ステップａ８では、ｉが予め定める値Ｎ以上であるかどうかを判断し、値ｉが予め定める値Ｎ未満であるとき、ステップａ９では、値ｉを１だけインクリメントし、ステップａ５に戻る。
【００５１】
ステップａ８において値ｉが、予め定める値Ｎになったとき、ステップａ１０では、メモリ２３にストアされた図１０のストア内容に基づき、各回１〜Ｎのうちで、信号比ηｉのうち、最大値ηｋを検索して求める。
【００５２】
前述のステップａ１０では、最大値ηｋが得られ、この最大値ηｋが得られるときにおける時間ΔＷｋを、ステップａ１１で図１０に示されるメモリ２３のストア内容から検索して求める。こうして時間ΔＷｋに対応する管１３の位置を検出することができる。ステップａ１２では、一連の動作を終了する。
【００５３】
時間ΔＷｉは、移動体１９が矢符２０の方向に移動しつつ、検出され、その移動体１９の各移動地点で最大の信号比ηｋが得られる状態で、時間ΔＷｋに基づき、地中探査を行うことができる。
【００５４】
本発明は、図１１〜図１３に示されるように、ボータイアンテナに関連してもまた、実施することができる。図１１は送信アンテナ１１６ａの平面図であり、図１２は図１１の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た断面図であり、図１３は図１２の切断面線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩから見た断面図である。この送信アンテナ１１６ａと同様な構成を有する受信アンテナもまた用いられ、このような送信アンテナ１１６ａは、前述の図１〜図１０に示される実施の形態における送信アンテナ１ａに代えて用いられ、また送信アンテナ１１６ａと同様な受信アンテナが、前述の受信アンテナ１ｂに代えて用いられる。
【００５５】
送信アンテナ１１６ａは電気絶縁性基板１３５の一方の表面に一対の導電性第１部分１３６，１３７と、その第１部分１３６，１３７の両側に配置される一対の導電性第２部分１３８，１３９とを含む。基板１３５は、前述の誘電体９，１０と同様な材料から成ってもよく、またはアルミナ系セラミックまたはチタン系セラミックなどであってもよく、第１および第２部分１３６，１３７；１３８，１３９は、銅箔から形成され、エッチング処理によって製造することができる。第１部分１３６，１３７は、給電点１４１，１４２に関して基板１３５に沿う第１方向（図１１の左右方向）両側に延びる。第１部分１３６，１３７は給電点１４１，１４２に近づくにつれて先細状となり、全体の形状が二等辺三角形である。
【００５６】
第２部分１３８，１３９は、第１部分１３６，１３７の遊端部１４７，１４８から第１方向１４３にそれぞれ延び、第１部分の両側（すなわち図１１の上下）に配置される。第１部分１３６，１３７の遊端部１４７，１４８と第２部分１３８，１３９に連なる端部１４９，１５０とは、インピーダンス素子１５１〜１５４が接続される。インピーダンス素子１５１〜１５４は、たとえば１００Ω〜２００Ωであってもよい。こうして送信アンテナ１１６ａは、給電点１４１，１４２を通り、第１方向１４３に平行な対称面１５５に関して面対称に構成される。対称面１５５は、基板１３５に垂直である。給電点１４１，１４２を通り、第１方向１４３に垂直な第２方向１４４に平行な仮想平面１５６に関して、送信アンテナ１１６ａは非対称であってもよい。この仮想平面１５６は、基板１３５に垂直である。こうして給電点１４１，１４２に関して非対称である指向性を有する送信アンテナ１１６ａが構成される。抵抗は、左右が異なる値でもよい。
【００５７】
第１方向１４３に沿う一対の各第１部分１３６，１３７の長さＬ３６，Ｌ３７の比α（＝Ｌ３６／Ｌ３７）は、たとえば約２／１である。これによって送信アンテナ１１６ａの指向性を、変化することが可能になる。
【００５８】
一対の第１部分１３６，１３７がほぼ三角形に形成され、その第１部分１３６，１３７の両側に第２部分１３８，１３９が形成されたボータイ形アンテナによって、広帯域で電磁波の放射および電磁波の受信を行うことができる。特に第１および第２部分を有する地中探査レーダ用アンテナは、第１方向１４３に平行な対称面１５５に関してほぼ面対称に構成され、しかも第２方向１４４に平行な仮想平面に関して非対称に構成されるので、指向性は、一対の第１部分のうち、大きい方の第１部分寄りに第１方向に沿って傾斜する。こうして希望する方向に電磁波を大きな強度で放射することができ、またその方向に高感度で電磁波を受信することができる。
【００５９】
図１４は、図１１〜図１３に示される送信アンテナ１１６ａのインピーダンス素子１５１〜１５４の抵抗を変化するための構成を示す図である。第１部分１３６，１３７の遊端部１４７，１４８には、電圧を変化することができる直流電源８１，８２からインダクタンス素子８３，８４を経て、第２部分１３８，１３９との間に電圧が与えられる。インピーダンス素子１５１〜１５４は、前述の実施の形態と同様にＰＩＮダイオードであってもよい。電源８１，８２にはライン６８を介して処理回路１８から制御信号が与えられる。送信アンテナ１１６ａと同様な構成を有する受信アンテナに関しても、同様にして抵抗が変化される。そのほかの構成と動作は、前述の実施の形態と同様である。
【００６０】
本発明は、図１〜図４に関連して前述したアンテナだけでなく、そのほかの構成を有する地中探査レーダ用アンテナに関連して広範囲に実施することができる。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１の本発明によれば、アンテナ素子に接続されて装荷されるインピーダンス素子のインピーダンスを、電気信号によって変化して調整することができるので、地中埋設物体の反射波を正確に検出することが容易に可能になり、送信アンテナからの直接波および地表面の反射波などのような大振幅波形によって悪影響されることなく、地中埋設物体の探査を行うことができる。
第１振幅の第１信号成分の第１振幅Ｄｉに対する地中埋設物体の反射波である第２信号成分の第２振幅Ｒｉの比ηｉが最大になるインピーダンスを得ることができる電気信号を選ぶことによって、アンテナ素子などの構成および土壌の比誘電率などに拘わらず、地中埋設物体の反射波を正確に検出することができるようになる。
【００６２】
請求項２の本発明によれば、インピーダンス素子の抵抗を電圧のレベルに対応して変化し、こうして前述の大振幅波形のエネルギを抵抗によって熱消費することができ、地中埋設物体の反射波を正確に検出することができる。
【００６３】
請求項３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。
【００６６】
請求項４の本発明によれば、上述の信号比ηｉが最大となるインピーダンスを最適値に選んで、送信信号の発生時点から第２信号成分が得られるまでの時間ΔＷを演算し、地中埋設物体の位置を、アンテナの移動中において常に正確に設定して、地中埋設物を正確に検出することができる。
【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の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】図１、図２および図３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装置１１の全体の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】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６】図１〜図３に示されるアンテナ１の電気的構成を簡略化して示す図である。
【図７】インピーダンス素子３９，４０として用いられるＰＩＮダイオードの電気的特性を示す図である。
【図８】処理回路１８の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】受信アンテナ１ｂの受信信号を拡大して示す図である。
【図１０】メモリ２３のストア内容を示す図である。
【図１１】送信アンテナ１１６ａの平面図である。
【図１２】図１１の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た断面図である。
【図１３】図１２の切断面線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩから見た断面図である。
【図１４】図１１〜図１３に示される送信アンテナ１１６ａのインピーダンス素子１５１〜１５４の抵抗を変化するための構成を示す図である。
【符号の説明】
１  地中探査レーダ用アンテナ
１ａ，１１６ａ  送信アンテナ
１ｂ  受信アンテナ
２  アンテナハウジング
３，４  収納空間
５〜８  導体
９，１０  誘電体
１１  地中探査レーダ装置
１６  送信回路
１７  受信回路
１８  処理回路
１９  移動体
３６  給電点
３９，４０  インピーダンス素子
４７  受電点
５４  パルス状送信信号
５５  第１信号成分
５６  第２信号成分
５７，８１，８２  直流電源
６３〜６６；８３，８４  インダクタンス素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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