DE19927216C1 - Structural examination method for concrete medium using radar uses monostatic or bistatic dipole antenna of defined antenna length - Google Patents
Structural examination method for concrete medium using radar uses monostatic or bistatic dipole antenna of defined antenna lengthInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1.The invention relates to a method according to the Oberbe handle of claim 1.
Im Göttel, R., Mönich, G., Maierhofer, Ch.: Signal
simulation and antenna design for the application of
radar to concrete structures, 1. International Radar
Symposium, München 1998, wird ein Verfahren zur zer
störungsfreien Strukturuntersuchung eines Mediums
durch Radar mittels Verwendung einer Dipolantenne be
schrieben, bei dem die Länge l der Dipolantenne hin
sichtlich einer möglichst großen Amplitude und einer
möglichst kurzen Dauer der durch Überlagerung der in
der Antennenmitte und an den Antennenenden abge
strahlten elektromagnetischen Wellen, erhaltenen Ra
darimpulse für einen in großer Entfernung (Fernfeld)
von der Sendeantenne angeordneten Untersuchungsbe
reich gemäß der folgenden Formel bestimmt wird:
Im Göttel, R., Mönich, G., Maierhofer, Ch .: Signal simulation and antenna design for the application of radar to concrete structures, 1st International Radar Symposium, Munich 1998, describes a method for the non-destructive structural analysis of a medium by radar by means of using a dipole antenna, in which the length l of the dipole antenna clearly shows the greatest possible amplitude and the shortest possible duration of the electromagnetic waves obtained by superimposing the electromagnetic waves emitted in the antenna center and at the antenna ends for a long distance ( Far field) from the transmitting antenna arranged examination area is determined according to the following formula:
Hierin bedeuten τ die Dauer des eingespeisten Impul ses und v die Ausbreitungsgeschwindigkeit des abge strahlten Impulses im zu untersuchenden Medium.Here τ mean the duration of the injected pulse ses and v the propagation speed of the abge radiated impulse in the medium to be examined.
Der zu untersuchende Bereich eines Mediums, bei spielsweise eines Betonkörpers, befindet sich jedoch gewöhnlich relativ nahe der Sendeantenne, z. B. in ei ner Entfernung von 10-25 cm. Auch in einem derarti gen Nahfeld der Antenne soll das durch Überlagerung erhaltene Nutzsignal in seiner zeitlichen Dauer mini mal und in seiner Amplitude maximal sein. In diesem Bereich (im folgenden auch "Fokus" genannt) sollen sich die elektromagnetischen Wellen im Sinne dieser Forderung optimal überlagern. Eine Dipolantenne mit einer nach der obigen Formel erhaltenen Antennenlänge ist für eine derartige Überlagerung im Nahfeld jedoch weniger geeignet.The area of a medium to be examined, at example of a concrete body, but is usually relatively close to the transmitting antenna, e.g. B. in egg a distance of 10-25 cm. Even in such a way Towards the near field of the antenna, this should be done by superimposition received useful signal in its time duration mini times and its maximum amplitude. In this Area (hereinafter also called "focus") the electromagnetic waves in the sense of this Optimally overlay the requirement. A dipole antenna with an antenna length obtained according to the above formula is for such an overlay in the near field less suitable.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur zerstörungsfreien Strukturuntersu chung eines Mediums durch Radar mittels Verwendung einer monostatischen oder bistatischen Dipolantenne, welche Radarimpulse aussendet und empfängt, anzuge ben, mit dem die Antennenlänge so bestimmt werden kann, daß sich in einem im Nahfeld liegenden vorgege benen Fokus die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen zu einem Impuls mit einer möglichst hohen Am plitude und einer möglichst kurzen Dauer überlagern.It is therefore the object of the present invention a method for non-destructive structure investigation medium using radar using a monostatic or bistatic dipole antenna, which radar pulses emit and receive with which the antenna length can be determined in this way can that exist in a near field focus the emitted electromagnetic Waves to an impulse with the highest possible Am overlay plitude and as short a duration as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens er geben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by the in the characterizing part of claim 1. Advantageous Developments of the method according to the invention give themselves from the subclaims.
Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß ausge
hend von einer durch die Beziehung
The invention is characterized in that based on one of the relationship
wobei l die Länge der Dipolantenne, τ die Dauer des eingespeisten Impulses und v die Ausbreitungsge schwindigkeit des abgestrahlten Impulses im zu unter suchenden Medium darstellen, bestimmten Länge der Di polantenne für eine unendliche Entfernung des Unter suchungsbereichs von der Dipolantenne eine Bestimmung der Länge der Dipolantenne für in Bezug auf das Ver hältnis von Amplitude und Dauer optimale Empfangsim pulse bei einer vorgegebenen Entfernung des Untersu chungsbereichs von der Dipolantenne durchgeführt wird, indem durch Versuchsberechnungen oder -messungen der elektrischen Feldstärke im Untersuchungsbereich, bei denen die Länge der Dipolantenne ausgehend von der Länge für die unendliche Entfernung jeweils schritt weise verkürzt wird, erfolgen. Hierbei werden die je weils erhaltenen Ergebnisse für Impulsamplitude und -dauer miteinander verglichen und dann diejenige An tennenlänge bestimmt, die für den jeweiligen Untersu chungszweck als in Bezug auf das gegenseitige Ver hältnis von Amplitude und Dauer optimal angesehen wird. Eine Verkürzung der Dipolantenne ausgehend von der für das Fernfeld bestimmten Länge hat für das Nahfeld die Wirkung, daß sowohl die Amplitude als auch die Dauer des im Fokus durch Überlagerung erhal tenen Impulses abnehmen. Jedoch nimmt die Impulsdauer proportional mit der Verkürzung der Antennenlänge ab, während die Amplitude mit zunehmender Verkürzung zu nächst kaum merkbar und erst nach erheblicher Verkür zung deutlich absinkt.where l is the length of the dipole antenna, τ is the duration of the injected pulse and v the propagation area speed of the emitted pulse in the under represent searching medium, certain length of the Di polar antenna for an infinite distance of the sub search range from the dipole antenna a determination the length of the dipole antenna for in relation to ver ratio of amplitude and duration optimal reception pulse at a given distance from the test range is carried out by the dipole antenna, by using experimental calculations or measurements of the electric field strength in the examination area, at which the length of the dipole antenna based on Length for infinite distance increment is shortened, take place. Here, each results obtained for pulse amplitude and duration compared and then the one length determined for the respective subs purpose as in relation to the mutual comparison Optimally viewed ratio of amplitude and duration becomes. A shortening of the dipole antenna starting from the length determined for the far field has for Near field the effect that both the amplitude and also the duration of the focus obtained through superimposition decrease momentum. However, the pulse duration increases proportional to the shortening of the antenna length, while the amplitude increases with increasing shortening hardly noticeable at first and only after considerable shortening tion drops significantly.
Die genannte Wirkung, d. h. die anfänglich deutlich stärkere Abnahme der Impulsdauer gegenüber der Im pulsamplitude, ist noch ausgeprägter, wenn die die Dipolantenne speisenden Impulse nichtlineare Flanken mit zunehmender Steilheit aufweisen.The stated effect, i.e. H. which is initially clear greater decrease in the pulse duration compared to the Im pulse amplitude, is even more pronounced when the the Dipole antenna feeding pulses non-linear edges with increasing steepness.
Wenn im Abstand und parallel zur Dipolantenne auf der dem zu untersuchenden Medium entgegengesetzten Seite ein Reflektor für die ausgesandten Radarimpulse vor gesehen ist, wird das abgestrahlte Signal gespiegelt und durch Überlagerung der direkt abgestrahlten und der reflektierten Impulse kann die Amplitude der Nutzsignale erheblich vergrößert werden. Für eine op timale Überlagerung muß der Abstand zwischen der Sen deantenne und dem Reflektor geeignet eingestellt wer den.If at a distance and parallel to the dipole antenna on the opposite side of the medium to be examined a reflector for the emitted radar pulses is seen, the emitted signal is mirrored and by superimposing the directly emitted and of the reflected pulses can be the amplitude of the Useful signals are significantly enlarged. For an op the overlap must be the distance between the sen deantenne and the reflector suitably adjusted the.
Bei herkömmlichen Radarantennen kommt es an der Halb raumgrenze Luft/Medium zu Reflexionen, die zu einer unnötigen Verlängerung der Gesamtsignaldauer führen. Deshalb ist der Raum zwischen Dipolantenne und Re flektor vorzugsweise mit einem verlustarmen Material gefüllt, dessen Dielektrizitätszahl möglichst den gleichen Wert wie das zu untersuchende Medium auf weist. Hierdurch werden die Reflexionen an der Hal braumgrenze Luft/Medium vermieden.With conventional radar antennas it comes to half spatial boundary air / medium to reflections leading to a lead to unnecessary extension of the total signal duration. That is why the space between dipole antenna and Re preferably with a low-loss material filled, the dielectric constant as possible same value as the medium to be examined has. As a result, the reflections on the Hal Avoid brewing air / medium.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher er läutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to one of the Figures illustrated embodiment he closer purifies. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bistati schen Bow-Tie-Antenne in der Draufsicht, Fig. 1 is a schematic representation of a bistati's bow-tie antenna in plan view,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung der Antenne nach Fig. 1, Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of the antenna of FIG. 1,
Fig. 3 den berechneten transienten elektrischen Feldverlauf in Luft in einer Entfernung von 100 m von einer Dipolantenne mit einer Länge von 90 cm, Fig. 3 shows the calculated transient electrical field distribution in air at a distance of 100 m of a dipole antenna with a length of 90 cm,
Fig. 4 den Fig. 3 entsprechenden Feldverlauf, jedoch bei einer Dipolantenne von 30 cm Länge, Fig. 4 to Fig. 3 corresponding field profile, however, at a dipole antenna length of 30 cm
Fig. 5 den Verlauf eines in eine Dipolantenne einge speisten Impulses und Fig. 5 shows the course of a pulse fed into a dipole antenna and
Fig. 6 die berechneten Empfangssignale bei einem Ab stand von 15 cm von der mit dem Impuls nach Fig. 5 gespeisten Dipolantenne für zwei un terschiedliche Antennenlängen. Fig. 6, the calculated received signals at a stand of 15 cm from the dipole antenna fed with the pulse of Fig. 5 for two un different antenna lengths.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Dipolantenne ist eine Breitbandantenne vom Typ einer Bow-Tie-Antenne. Diese Dipolantenne ist eine bistatische Antenne mit einer Sendeantenne 1 und einer hierzu parallelen Emp fangsantenne 2. Diese bestehen jeweils aus zwei spitz aufeinander zu laufenden Metallflügeln 1.1, 1.2 bzw. 2.1, 2.2., die jeweils an den einander zugewandten Enden mit einem elektrischen Leiter 3 bzw. 4 für die Speisung bzw. Signalableitung versehen sind.The dipole antenna shown in FIGS. 1 and 2 is a broadband antenna of the bow-tie type. This dipole antenna is a bistatic antenna with a transmitting antenna 1 and a parallel receiving antenna 2 . These each consist of two metal wings 1.1 , 1.2 and 2.1 , 2.2 . Which run towards one another and are each provided with an electrical conductor 3 or 4 at the ends facing one another for the supply or signal derivation.
Die gezeigte Dipolantenne ist für die zerstörungs freie Untersuchung von Beton vorgesehen, beispiels weise für die Ortung von schlaffer Bewehrung, die Or tung von Spannkanälen hinter schlaffer Bewehrung, die Dickenmessung nur einseitig zugänglicher Betonteile oder die Ortung von Hohlstellen und Verdichtungsmän geln.The dipole antenna shown is for the destructive free investigation of concrete provided, for example wise for locating limp reinforcement, the Or tensioning channels behind sagging reinforcement Thickness measurement of concrete parts accessible only on one side or the location of cavities and compaction men apply.
Um die Dipolantenne beim Anlegen an das zu untersu chende Betonteil vor Beschädigungen zu schützen, ist sie auf ihrer freiliegenden Seite mit einer dünnen dielektrischen Platte 5 aus einem Material mit einer Permittivität (Dielektrizitätszahl), die möglichst den gleichen Wert wie die des Betons hat, abgedeckt.In order to protect the dipole antenna from damage when it is placed on the concrete part to be examined, it is covered on its exposed side with a thin dielectric plate 5 made of a material with a permittivity (dielectric constant) that has the same value as possible that of the concrete .
Im Abstand von den Antennen 1 und 2 und parallel zu
diesen befindet sich ein metallischer Reflektor 6,
der zur Abschirmung des Raums hinter dem Reflektor
einerseits und zur Verstärkung der abgestrahlten Im
pulssignale in der gewünschten Strahlrichtung durch
geeignete Überlagerung der direkt abgestrahlten und
der am Reflektor 6 reflektierten Signale andererseits
dient. Eine signalverstärkende Überlagerung findet
insbesondere dann statt, wenn der Abstand d zwischen
den Antennen 1 und 2 einerseits und dem Reflektor 6
nach folgender Beziehung bestimmt wird:
At a distance from antennas 1 and 2 and parallel to them is a metallic reflector 6 , which is used to shield the space behind the reflector on the one hand and to amplify the emitted pulse signals in the desired beam direction by suitable superimposition of the directly emitted and the reflector 6 reflected signals on the other hand. A signal-enhancing superposition takes place in particular when the distance d between antennas 1 and 2 on the one hand and reflector 6 is determined according to the following relationship:
wobei v die Ausbreitungsgeschwindigkeit des abge strahlten Impulses im zu untersuchenden Medium dar stellt.where v is the spreading speed of the abge radiated impulse in the medium to be examined poses.
Der so bestimmte Abstand ist optimal für das Fern feld. Für Untersuchungen im Nahfeld erfolgt für eine vorgegebene Entfernung von der Dipolantenne die Be stimmung des Abstands für in Bezug auf das Verhältnis von Amplitude und Dauer optimale Empfangsimpulse durch Versuchsberechnungen oder -messungen der Feld stärke im Untersuchungsbereich, bei denen der Abstand ausgehend von dem für das Fernfeld bestimmten Abstand jeweils schrittweise verkürzt wurde.The distance determined in this way is optimal for the distance field. For examinations in the near field is carried out for one predetermined distance from the dipole antenna tune the distance for in relation to the ratio optimal reception pulses of amplitude and duration through experimental calculations or measurements of the field strength in the examination area where the distance based on the distance determined for the far field was gradually shortened.
Der Zwischenraum zwischen den Antennen 1 und 2 und dem Reflektor 6 ist mit einem verlustarmen Material 7 gefüllt, dessen Permittivität (Dielektrizitätszahl) möglichst den gleichen Wert wie der zu untersuchende Beton aufweisen sollte. Es bietet sich daher an, für das Material 7 Beton zu verwenden. Wenn hier, wie bisher, Luft oder Polystyrol-Schaumstoff (Styropor) verwendet würde, wird an der Grenzfläche zum unter suchten Beton aufgrund des Sprunges in der Dielektri zitätszahl (Impedanzsprung) ein Teil des Signals re flektiert. Auch wären in einem solchen Fall die An tennenbaulänge und damit die abgestrahlte Frequenz für den Betrieb in Luft optimiert. Wenn dann die An tenne mit dem zu untersuchenden Medium, das eine hö here Permittivität als Luft hat, in Kontakt gebracht wird, werden elektromagnetische Wellen mit einer deutlich niedrigeren Frequenz abgestrahlt als vom Hersteller angegeben wurde.The space between the antennas 1 and 2 and the reflector 6 is filled with a low-loss material 7 , the permittivity (dielectric constant) of which should have the same value as possible as the concrete to be examined. It is therefore advisable to use 7 concrete for the material. If, as before, air or polystyrene foam (polystyrene) were used, part of the signal is reflected at the interface to the concrete under investigation due to the jump in the dielectric constant (impedance jump). In such a case, the antenna length and thus the emitted frequency would be optimized for operation in air. If the antenna is then brought into contact with the medium to be examined, which has a higher permittivity than air, electromagnetic waves are emitted at a significantly lower frequency than specified by the manufacturer.
Wie Fig. 2 zeigt, werden die mit den Antennenflügeln 1.1, 1.2, 2.1 und 2.2 verbundenen elektrischen Leiter 3, 4 durch das Material 7 und den Reflektor 6 hin durchgeführt.As shown in FIG. 2, the electrical conductors 3 , 4 connected to the antenna wings 1.1 , 1.2 , 2.1 and 2.2 are passed through the material 7 and the reflector 6 .
Die Ursachen für die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen beruhen auf der Existenz von Unstetigkeits stellen in der Antennenstruktur und von reflektieren den Flächen. Dies führt zu einem ersten abgestrahlten Impuls beim Eintreten einer Leitungswelle aus dem Zu führungsleiter in die Antenne. Bei verlustlosen Dipo len wird zusätzlich bei der Reflexion der auf der An tenne laufenden Wellen an den Dipolenden sowie beim Wiedereintritt der reflektierten Welle in den Zufüh rungsleiter jeweils ein Signalimpuls abgestrahlt. Die zeitlichen Differenzen zwischen diesen Abstrahlungen hängen hierbei von der Antennenlänge l ab. Die Ge samtdauer eines abgestrahlten Feldstärkeimpulses be trägt (l/v) + τ, wobei τ die Dauer des den Dipol spei senden Stromimpulses und v die Ausbreitungsgeschwin digkeit der elektromagnetischen Wellen im jeweiligen Medium darstellen. Die Fig. 3 und 4 zeigen beispiel haft diesen Sachverhalt für einen eingespeisten si nusförmigen Stromimpuls mit der Dauer von 1 ns. In diesen Figuren ist der rechnerisch ermittelte transi ente Feldverlauf in einer Entfernung von 100 m (Fern feld) von der Dipolantenne in Luft in der H-Ebene ei nerseits für eine Antennenlänge von 90 cm (Fig. 3) und andererseits für eine Antennenlänge von 30 cm (Fig. 4) wiedergegeben. Die H-Ebene ist die senkrecht zur Antenne stehende, durch deren Mitte in Längsrich tung verlaufende Ebene, in welcher die von den beiden Antennenenden abgestrahlten Wellen gleichzeitig ein treffen und einander überlagern.The causes of the radiation of electromagnetic waves are based on the existence of discontinuities in the antenna structure and of reflecting surfaces. This leads to a first emitted pulse when a line wave occurs from the guide conductor to the antenna. In the case of lossless dipoles, a signal pulse is also emitted when the waves traveling on the antenna are reflected at the dipole ends and when the reflected wave re-enters the feed conductor. The time differences between these emissions depend on the antenna length l. The total duration of a radiated field strength pulse is (l / v) + τ, where τ represents the duration of the current pulse feeding the dipole and v represents the speed of propagation of the electromagnetic waves in the respective medium. FIGS. 3 and 4 show an example of this situation for a fed si nusförmigen current pulse with a duration of 1 ns. In these figures, the calculated transient field profile at a distance of 100 m (far field) from the dipole antenna in air in the H plane is on the one hand for an antenna length of 90 cm ( FIG. 3) and on the other hand for an antenna length of 30 cm ( Fig. 4). The H plane is the perpendicular to the antenna, through the center of which extends in the longitudinal direction, in which the waves emitted by the two antenna ends meet and overlap each other.
Der in Fig. 3 gezeigte Feldstärkeimpuls besteht aus drei Teilen, nämlich der beim Eintreten eines Stro mimpulses in die Antenne abgestrahlten Welle, den beiden an den Antennenenden abgestrahlten Wellen (welche sich überlagern, da sie gleichzeitig am un tersuchten Ort eintreffen) und der bei Wiedereintritt des reflektierten Impulses in den Leiter abgestrahl ten Welle. Aufgrund der Länge der Dipolantenne von 90 cm sind diese Teile zeitlich voneinander getrennt, so daß die Gesamtimpulsdauer relativ groß ist und die maximale Amplitude nur den zweifachen Wert des einge speisten Impulses erreicht.The field strength pulse shown in Fig. 3 consists of three parts, namely the wave emitted when a Stro mimpulses in the antenna, the two waves emitted at the antenna ends (which overlap because they arrive at the same place under investigation) and the re-entry of the reflected pulse in the conductor emitted th wave. Due to the length of the dipole antenna of 90 cm, these parts are separated in time, so that the total pulse duration is relatively large and the maximum amplitude only reaches twice the value of the pulse fed.
Wie Fig. 4 zeigt, hat die dort verwendete Dipolanten ne eine günstigere Länge, da der am untersuchten Ort auftretende Feldstärkeverlauf durch konstruktive Überlagerung der drei Teile eine Amplitude aufweist, die dem Dreifachen des eingespeisten Impulses ent spricht und auch die Impulsdauer erheblich verkürzt wurde. Diese Antennenlänge von 30 cm wurde anhand der eingangs genannten Formel ermittelt, bei der davon ausgegangen wird, daß die sich überlagernden Impul steile phasengleich sind. Eine weitere Verkürzung der Antennenlänge führt zu einer weiteren Abnahme der Im pulsdauer bei am Anfang noch konstanter Amplitude, dann aber zu einer deutlichen Reduzierung der Ampli tude, so daß im Verhältnis von Amplitude und Dauer optimale Empfangsimpulse bei größeren Entfernungen von der Dipolantenne bei etwas kürzeren als durch die genannte Formel bestimmten Antennenlängen erhalten werden.As shown in Fig. 4, the dipole used there ne has a more favorable length, since the field strength curve occurring at the investigated location has an amplitude by constructive superimposition of the three parts, which speaks three times the input pulse ent and the pulse duration was also considerably shortened. This antenna length of 30 cm was determined on the basis of the formula mentioned at the outset, in which it is assumed that the overlapping pulses are steep in phase. A further shortening of the antenna length leads to a further decrease in the pulse duration with an initially constant amplitude, but then to a significant reduction in the amplitude, so that in the ratio of amplitude and duration optimal receive pulses at greater distances from the dipole antenna at somewhat shorter than certain antenna lengths can be obtained by the formula mentioned.
Die vorbezeichnete Formel zur Bestimmung der Anten nenlänge ist vorzugsweise für größere Entfernungen von der Antenne anwendbar, bei denen die abgestrahl ten elektromagnetischen Wellen im Verhältnis zur Grö ße des Untersuchungsobjekts praktisch eine ebene Wel lenfront besitzen. Wenn jedoch eine Untersuchung von Fehlstellen in Beton durchgeführt wird, beträgt die Entfernung des untersuchten Bereichs von der Dipolan tenne üblicherweise etwa 10 bis 25 cm. Hier ist die Ausbreitungsfront der elektromagnetischen Wellen im Wesentlichen noch gekrümmt, so daß die Bedingungen, die der Formel zugrunde liegen, nicht mehr gelten. Es wurde gefunden, daß bei derartigen Entfernungen, im sogenannten Nahfeld, von einer Antenne mit der nach dieser Formel bestimmten Länge nicht ein Feldverlauf im Untersuchungsbereich erhalten wird, der wie beim Fernfeld hinsichtlich des Verhältnisses von Amplitude und Dauer angenähert optimiert ist. Dabei wurde an hand von Simulationsberechnungen festgestellt, daß auch eine stärkere Verkürzung der Antennenlänge zu einer deutlichen Verkürzung der Impulsdauer führt, ohne daß eine merkbare Verringerung der Amplitude auftritt. Erst wenn die Antennenlänge übermäßig ver kürzt wird, ergibt sich auch eine stärkere Abnahme der Amplitude. Dabei tritt die Amplitudenabnahme ins besondere dann sehr spät auf, wenn solche die Dipo lantenne speisenden Impulse verwendet werden, die nichtlineare Flanken mit zunehmender Steilheit auf weisen.The aforementioned formula for determining the antenna NENLENGTH is preferred for larger distances applicable from the antenna where the radiated th electromagnetic waves in relation to the size practically a flat world own lenfront. However, if an investigation by Defects in concrete is carried out, the Removal of the examined area from the Dipolan usually about 10 to 25 cm. Here is the Front of propagation of electromagnetic waves in the Essentially still curved so the conditions that are based on the formula no longer apply. It it was found that at such distances, in so-called near field, from an antenna with the this formula does not determine a length of a field is obtained in the examination area, which as in Far field regarding the ratio of amplitude and duration is approximately optimized. It was on using simulation calculations found that also a greater shortening of the antenna length leads to a significant reduction in the pulse duration, without a noticeable reduction in amplitude occurs. Only when the antenna length ver is shortened, there is also a greater decrease the amplitude. The decrease in amplitude occurs especially very late when such the dipo antenna feeding pulses are used non-linear edges with increasing steepness point.
Fig. 5 zeigt den eingespeisten Impuls für die in Fig. 6 dargestellten, durch Simulationsberechnungen erhal tenen Feldverläufe in einer Entfernung von 15 cm von der Dipolantenne in der H-Ebene. Der in Fig. 6 ausge zogen dargestellte Verlauf ist einer Dipolantenne mit einer Länge von 5,04 cm zugeordnet. Diese Länge er gibt sich aus der obigen Formel als nahezu optimale Länge für ein Fernfeld. Der punktiert dargestellte Verlauf wurde für eine Dipolantenne mit einer Länge von 4,20 cm unter ansonsten gleichen Bedingungen er rechnet. Wie ersichtlich ist, konnte eine nicht uner hebliche Verkürzung der Impulsdauer erzielt werden, während die Amplitude praktisch unverändert geblieben ist. Die optimale Antennenlänge muß versuchsweise er mittelt werden, indem sie schrittweise verkürzt und dann der jeweilige Feldverlauf berechnet wird. Abhän gig von den jeweils geforderten Bedingungen ist dann zu entscheiden, welche Antennenlänge in Bezug auf das Verhältnis von Amplitude und Dauer des im Untersu chungsbereich auftretenden Impulses als optimal ange sehen wird. FIG. 5 shows the pulse fed in for the field profiles shown in FIG. 6, obtained by simulation calculations, at a distance of 15 cm from the dipole antenna in the H plane. The curve shown in FIG. 6 is assigned to a dipole antenna with a length of 5.04 cm. This length results from the above formula as an almost optimal length for a far field. The dotted curve was calculated for a dipole antenna with a length of 4.20 cm under otherwise identical conditions. As can be seen, a not inconsiderable reduction in the pulse duration could be achieved, while the amplitude remained practically unchanged. The optimum antenna length must be determined on a trial basis by gradually reducing it and then calculating the respective field profile. Depending on the conditions required in each case, it must then be decided which antenna length is to be seen as optimal in relation to the ratio of amplitude and duration of the pulse occurring in the examination area.
Es ist selbstverständlich auch möglich, anstelle der Berechnungen des Feldverlaufs für die jeweiligen An tennenlängen diesen experimentell anhand von Modellen zu bestimmen.It is of course also possible instead of Calculations of the field course for the respective type tennlength this experimentally using models to determine.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, nicht nur eine einzelne Antenne zu verwenden, sondern mehrere Anten nen, die in einer beliebigen Geometrie angeordnet sein können. Es wird hierdurch ein Gruppenstrahler erhalten, dessen Fokus durch entsprechende Verzöge rungen der Speiseimpulse sowohl in der Tiefe als auch in der Ausdehnung gesteuert werden kann.There is also the option of not just one single antenna to use, but multiple antennas nen arranged in any geometry could be. This makes it a group spotlight get its focus through appropriate delays food impulses both in depth and can be controlled in expansion.
Claims (10)
wobei l die Länge der Dipolantenne, τ die Dauer des eingespeisten Impulses und v die Ausbrei tungsgeschwindigkeit des abgestrahlten Impulses im zu untersuchenden Medium darstellen, bestimm ten Länge der Dipolantenne für eine unendliche Entfernung des Untersuchungsbereichs von der Di polantenne eine Bestimmung der Länge der Dipo lantenne für in Bezug auf das Verhältnis von Am plitude und Dauer optimale Empfangsimpulse bei einer vorgegebenen Entfernung des Untersuchungs bereichs von der Dipolantenne durchgeführt wird, indem Versuchsberechnungen oder -messungen der elektrischen Feldstärke im Untersuchungsbereich erfolgen, bei denen die Länge der Dipolantenne ausgehend von der Länge für die unendliche Ent fernung jeweils schrittweise verkürzt wird.1. A method for non-destructive structure investigation of a medium by radar by means of using a monostatic or bistatic di polantenne which transmits and receives radar pulses, characterized in that starting from one by the relationship
where l is the length of the dipole antenna, τ the duration of the injected pulse and v the speed of propagation of the emitted pulse in the medium to be examined, determined th length of the dipole antenna for an infinite distance of the examination area from the dipole antenna a determination of the length of the dipole antenna for in relation to the ratio of amplitude and duration, optimal reception pulses are carried out at a predetermined distance of the examination area from the dipole antenna by experiment calculations or measurements of the electric field strength in the examination area, in which the length of the dipole antenna is based on the length for the infinite Distance is gradually reduced.
gegeben ist und daß für eine vorgegebene Entfer nung des Untersuchungsbereichs von der Dipolan tenne die Bestimmung des Abstands für in Bezug auf das Verhältnis von Amplitude und Dauer opti male Empfangsimpulse bei der vorgegebenen Ent fernung durch Versuchsberechnungen oder - messungen der elektrischen Feldstärke im Unter suchungsbereich erfolgt, bei denen der Abstand ausgehend von dem Abstand für die unendliche Entfernung jeweils schrittweise verkürzt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the distance d between the dipole antenna and the reflector for an infinite distance of the examination area from the dipole antenna by the following relationship
is given and that for a given distance of the examination area from the dipole antenna the determination of the distance for optimal with respect to the ratio of amplitude and duration receive impulses at the given distance is made by experimental calculations or measurements of the electric field strength in the examination area, where the distance is gradually reduced based on the distance for the infinite distance.
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- 1999-06-10 DE DE1999127216 patent/DE19927216C1/en not_active Expired - Fee Related
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