鉆孔雷達發(fā)射前端及天饋系統(tǒng)研制.pdf

1、鉆孔雷達是探地雷達的一種,其工作于鉆孔之中,利用發(fā)射天線向介質(zhì)中發(fā)射高頻電磁波,然后接收返回的電磁波,通過分析接收到的電磁波,來確定鉆井周邊的地下情況。鉆孔雷達被廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護、資源勘測和考古挖掘等諸多領(lǐng)域。鉆孔雷達發(fā)射機和天線作為鉆孔雷達電磁波的產(chǎn)生和發(fā)射單元,其性能的優(yōu)劣直接決定了鉆孔雷達的整體性能。因此,設(shè)計出高性能的鉆孔雷達發(fā)射機及天線對彌補我國研發(fā)鉆孔雷達系統(tǒng),并應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域有著重要的意義。
　　本文結(jié)合鉆孔雷達工

2、作環(huán)境的特殊性,研究并設(shè)計了鉆孔雷達發(fā)射前端和天線系統(tǒng),其中發(fā)射前端包括了觸發(fā)信號產(chǎn)生電路和脈沖形成及增壓電路。對于鉆孔雷達的天線,分別設(shè)計了應(yīng)用于井下的阻容混合加載偶極子寬帶天線和工作于地面的非頻變平面蝶形天線。
　　鉆孔雷達的發(fā)射前端主要是利用晶體管的雪崩原理來設(shè)計的,采用了 MARX電路形式,將多個雪崩管級聯(lián)以獲得高幅度、窄脈寬的脈沖信號,同時利用短路傳輸線將單極性脈沖轉(zhuǎn)換成雙極性脈沖,方便發(fā)射天線將信號輻射出去。在實施案例

3、中,仿真設(shè)計并加工了一個峰峰值幅度為300V,峰峰脈寬4.5ns的雙極性脈沖信號源,其所產(chǎn)生信號的3dB頻帶為25MHz-117MHz,信號的拖尾小,適用于鉆孔雷達系統(tǒng)。
　　阻容混合加載的偶極子天線是在分析了鉆孔雷達井下天線的特點后設(shè)計的。其加載方式為 Wu-King加載方式,在75MHz-500MHz的頻帶內(nèi),駐波系數(shù)小于1.8。該天線比起采用純電阻加載方式的天線,在效率方面有所提高。同時,該天線的橫向尺寸小,結(jié)構(gòu)簡單,適于時

4、域脈沖鉆孔雷達系統(tǒng)使用。
　　另外,針對鉆孔雷達的孔地測量方法中地面天線的要求,還設(shè)計了一種指數(shù)形電阻加載的蝶形天線。該天線背面采用了填充吸波材料的屏蔽腔來屏蔽來自外界的干擾。采用微帶巴倫對天線進行饋電,巴倫同時起到了阻抗變換和不平衡-平衡轉(zhuǎn)換的作用。通過仿真分析表明,所設(shè)計的天線在0.49-1.65GHz的工作頻帶內(nèi),駐波系數(shù)小于1.9,輻射波形拖尾相對幅值小于10％,最小探測深度為20cm,能夠滿足超寬帶工作的鉆孔雷達的需要。