Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2023, № 12 · RADIO ENGINEERING

Pulsed georadar antenna

V.I. Sakhterov1

1 Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation RAS, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2023.12.18 UDC 621.396.945 EDN OUGGPG

Abstract

Resistive-loaded dipoles of various lengths, for different frequency ranges, are widely used in GPR suvey of subsurface ground structures. At the same time, in most cases, a transmitter with a fixed pulse length is used, which does not always allow you to fully use the characteristics of the antenna. Directional antennas for high-power georadars with amplitudes of the generated signal of 5 kV and higher are considered. A method of matching a directional resistively loaded antenna with a transmitter, implemented using a gas-filled spark gap, is proposed, while some elements are transferred from the transmitter to the antenna and resistors of a resistively loaded dipole are part of a pulse generator. As a result, the antenna is aligned with the pulse duration and produces more efficient electromagnetic wave radiation. Also, the antenna design allows you to select the necessary directional pattern by selecting either the maximum of the main lobe, or maximize the side lobes. The use of a metal shield reduces the emission of electromagnetic radiation to the operator of the georadar, and may allow to increase the radiated power of classical georadars and, consequently, increase their dynamic range.

  • georadar
  • subsurface sounding
  • transmitter
  • antenna of underground radiation
Аннотация (на русском)

Антенна импульсного георадара

В георадиолокации подповерхностных слоев грунта широко используются резистивно-нагруженные диполи различных длин под различные частотные диапазоны. При этом в большинстве случаев используется передатчик с фиксированной длиной электромагнитного сверхширокополосного (СШП) импульса, что не всегда позволяет использовать полностью характеристики антенны. Рассматриваются направленные антенны для георадаров повышенной мощности с амплитудами зондирующего сигнала 5 кВ/м и выше. Предложен способ согласования направленной резистивно-нагруженной антенны с передатчиком, реализованным с использованием газонаполненного разрядника. В новой конструкции времязадающие и коммутирующие элементы перенесены из передатчика в состав антенны, при этом резисторы резистивно-нагруженного вибраторов диполя включены в состав генератора, формирующего импульс. Соотношение элементов генератора позволяет согласовывать длину антенны с длительностью импульса и производить более эффективное излучение электромагнитной волны. Кроме этого, новая конструкция антенны позволяет подобрать необходимое распределение поля - либо выделить максимум поля, либо максимально увеличить боковые излучение. Использование металлического экрана снижает величину электромагнитного излучения на оператора георадара, вследствие чего можно повысить излучаемую мощность классических георадаров. Результатом изложенных преобразований является повышение динамического диапазона георадара.

For citation

Sakhterov V.I. Pulsed georadar antenna // Journal of Radio Electronics. – 2023. – No. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.12.18

References

  1. Попов А.В. и др. Глубинный георадар: принципы и применение //Электромагнитные волны и электронные системы. - 2018. - Т. 23. - №. 4. - С. 28.
  2. Гулевич О.А. Георадиолокация больших глубин // Электромагнитные и плазменные процессы от недр Солнца до недр Земли: Юбилейный сборник ИЗМИРАН-75. Т.2./ Под ред. В.Д. Кузнецова. - М.: ИЗМИРАН, 2018. - С. 120-133.
  3. Едемский Д.Е., Гарбацевич В.А., Попов А.В., Прокопович И.В. Опыт георадарного зондирования с воздушного носителя // Распространение радиоволн: труды XXVII Всероссийской открытой научной конференции [Электронный ресурс]: научное электронное издание. - Калининград: Издательство БФУ им. И. Канта, 2021. - С.797-803
  4. Edemsky D., Popov A., Prokopovich I., Garbatsevich V. Airborne Ground Penetrating Radar, Field Test // Remote Sensing V. 13 N 4 P. 667. 2021.
  5. Грант РФФИ №18-02-00185, (2018-2020 гг.) "Изучение пространственно-временных характеристик импульсного георадара для оптимизации глубины зондирования и разрешающей способности"
  6. Сахтеров В.И. Измерение характеристик антенн георадаров // Распространение радиоволн: труды XXVII Всероссийской открытой научной конференции [Электронный ресурс]: научное электронное издание. - Калининград: Издательство БФУ им. И. Канта, 2021. - С.596-600
  7. Сахтеров В.И. Направленная антенна для подземного излучения. Патент на изобретение №RU2753250C1, зарегистрирован в Госреестре 15.08.2021 г.
  8. Сахтеров В.И., Прокопович И.В., Попов А.В. Экранированная дипольная антенна для задач радиолокационного каротажа // Радиотехника. - 2022. - Т. 86, № 8. - С. 103-112.
  9. Радиотехнический прибор подповерхностного зондирования (георадар) "Око-3" // Универсальный базовый комплект. Техническое описание. Инструкция по эксплуатации ООО "Логические системы" Россия, Московская область 2018 год, https://www.geotech.ru
  10. http://www.geoscanners.com
  11. Волкомирская Л.Б., Гулевич О.А., Варенков В.В., Резников А.Е., Сахтеров В.И. // Современные георадары серии "ГРОТ" для экологического мониторинга Экологические системы и приборы №5 2012г., 3-5
  12. Беркут А.И., Копейкин В.В., Морозов П.А., Попов А.В., Ульянцев Н.А., Инговатов А.П., Маякова О.П., Морозов А.Ф. Принципы повышения глубины зондирования и опыт применения низкочастотных георадаров серии "Лоза" // Сборник тезисов докладов VIII Международной научно-практической конференции. Москва, 16-18 апреля 2018 года М.: Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов 2018 С87-88
  13. Wu T.T., King R.W.P. The Cylindrical antenna with nonreflecting resistive loading. IEEE Trans. Antennas Propag. 1965. V.13. No.3 P.369-373.
  14. Электропитание устройств связи. Под ред. В.Е. Китаева. Учебник для вузов. - М.: "Связь" 1975. С.154
  15. Сахтеров В.И. "Передатчик георадара". Патент на изобретение RU2799486C1, зарегистрирован в Госреестре 05.07.2023 г.
  16. Гулевич О.А., Волкомирская Л.Б., Мингалев И.В., Суворова З.В., Ахметов О.И., Мингалев О.В., Резников А.Е. О распространении видеоимпульсных сигналов в диссипативных средах. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №11.
  17. Сахтеров В.И., Аверин А.А., Попов А.В., Прокопович И.В. К расчету антенн импульсного георадара // Всероссийские открытые Армандовские чтения [Электронный ресурс]: Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн / Материалы Всероссийской открытой научной конференции. -Муром: МИ ВлГУ, 2022. С.485-488
  18. Сахтеров В.И., Писарев Р.В., Лобзин В.В., Копейкин В.В., Резников А.Е., Железняков В.И., Щвец Д.П. Коротковолновая широкополосная радиостанция "АНГАРА-5М" // Радиотехника и электроника. 2002. - Т.47. - №.9 - С. 1149-1152.
  19. Лобзин В.В., Сахтеров В.И., Копейкин В.В., Лобзина А.Н., Аннакулиев С.К., Волкомирская Л.Б., Морозов П.А., Старостин С.В., Резников А.Е. Генетический метод синтеза шумоподобных фазоманипулированных сигналов и их ансамблей // Радиотехника и электроника. 2001. - Т.46. - №2. - С. 194-200.
  20. Лобзин В.В., Лобзина А.Н., Сахтеров В.И., Волкомирская Л.Б., Резников А.Е. Современные методы комбинаторной оптимизации в задачах синтеза сложных фазоманипулированных сигналов для широкополосных систем связи // - Сборник докладов Всероссийской научной конференции. Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике. - Муром: Изд.- полиграфический центр МИ ВлГУ, 2003.- 546с. - С. 131-135.
  21. Копейкин В.В., Лобзин В.В., Лобзина А.Н., Пудиков М.В., Сахтеров В.И. Синтез фазоманипулированных сигналов методом отжига // Препр. 3(1131) - М.: ИЗМИРАН, 2000 г. 10 с.
  22. Сахтеров В.И., Лобзин В.В., Писарев Р.В., Волкомирская Л.Б. Аппаратурный комплекс для исследования многолучевого характера распространения декаметровых радиоволн и результаты первых экспериментов на трассе Москва-Екатеринбург // Тезисы докладов. X региональная конференция по распространению радиоволн. - Санкт-Петербург: НИИ Химии СПбГУ, 2004 г. - С. 50.
  23. Пупатенко К.В., Пупатенко В.В. Оценка воздействия электромагнитного излучения радиочастотного диапазона на операторов георадаров серии "Лоза-В" // Особенности проектирования и строительства железных дорог в условиях дальнего востока. Межвузовский сборник научных трудов. Под редакцией В.С. Шварцфельда. Хабаровск, 2009 Издательство: Дальневосточный государственный университет путей сообщения (Хабаровск) С140-147.
  24. Пупатенко К.В., Нелюбов П.А. Исследование электромагнитного излучения радиочастотного диапазона георадара "Лоза" // Проектирование развития региональной сети железных дорог - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2019. -№ 7. С. 78-83.