鉆孔雷達(dá)發(fā)射前端及天饋系統(tǒng)研制.pdf

1、鉆孔雷達(dá)是探地雷達(dá)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(dá)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、資源勘測(cè)和考古挖掘等諸多領(lǐng)域。鉆孔雷達(dá)發(fā)射機(jī)和天線作為鉆孔雷達(dá)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(dá)的整體性能。因此,設(shè)計(jì)出高性能的鉆孔雷達(dá)發(fā)射機(jī)及天線對(duì)彌補(bǔ)我國研發(fā)鉆孔雷達(dá)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(dá)工

2、作環(huán)境的特殊性,研究并設(shè)計(jì)了鉆孔雷達(dá)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(hào)產(chǎn)生電路和脈沖形成及增壓電路。對(duì)于鉆孔雷達(dá)的天線,分別設(shè)計(jì)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(dá)的發(fā)射前端主要是利用晶體管的雪崩原理來設(shè)計(jì)的,采用了 MARX電路形式,將多個(gè)雪崩管級(jí)聯(lián)以獲得高幅度、窄脈寬的脈沖信號(hào),同時(shí)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(hào)輻射出去。在實(shí)施案例

3、中,仿真設(shè)計(jì)并加工了一個(gè)峰峰值幅度為300V,峰峰脈寬4.5ns的雙極性脈沖信號(hào)源,其所產(chǎn)生信號(hào)的3dB頻帶為25MHz-117MHz,信號(hào)的拖尾小,適用于鉆孔雷達(dá)系統(tǒng)。
　　阻容混合加載的偶極子天線是在分析了鉆孔雷達(dá)井下天線的特點(diǎn)后設(shè)計(jì)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(shí),該天線的橫向尺寸小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適于時(shí)

4、域脈沖鉆孔雷達(dá)系統(tǒng)使用。
　　另外,針對(duì)鉆孔雷達(dá)的孔地測(cè)量方法中地面天線的要求,還設(shè)計(jì)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(duì)天線進(jìn)行饋電,巴倫同時(shí)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(jì)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(duì)幅值小于10％,最小探測(cè)深度為20cm,能夠滿足超寬帶工作的鉆孔雷達(dá)的需要。