【摘 要】
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随着经济的发展,人类对于化石能源的需求进一步提升,使得人类不断探索适用于地下资源勘探开发的先进技术。井中雷达（Borehole Radar,BHR）是一种新兴的高效地球物理勘探工具,它通过发射天线向井周地层发射瞬态脉冲信号,电磁脉冲遇到电性参数不同的介质时便会产生反射,根据天线接收的回波信号特征便可获取井周地层信息。井中雷达天线作为井中雷达系统的收发组件,多为超宽带时域天线,其性能的优劣直接影响井
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随着经济的发展,人类对于化石能源的需求进一步提升,使得人类不断探索适用于地下资源勘探开发的先进技术。井中雷达（Borehole Radar,BHR）是一种新兴的高效地球物理勘探工具,它通过发射天线向井周地层发射瞬态脉冲信号,电磁脉冲遇到电性参数不同的介质时便会产生反射,根据天线接收的回波信号特征便可获取井周地层信息。井中雷达天线作为井中雷达系统的收发组件,多为超宽带时域天线,其性能的优劣直接影响井中雷达系统的探测性能。然而在各种工程应用中,由于井眼尺寸的限制,井中雷达天线不适于采用常规的超宽带时域天线。同时,井下的复杂环境条件也是制约井中雷达系统性能发挥的关键因素。油气资源勘探井中通常充满高电导率和高介电常数的泥浆,工作在泥浆井眼中的收发天线,会因泥浆电性参数的影响导致天线阻抗失配、辐射效率低下,甚至无法正常工作。因此,在满足井眼尺寸要求和复杂泥浆环境约束的前提下,同时具备优良的时域性能参数,成为井中雷达超宽带天线设计的难点。针对上述问题,本文对井中雷达常用的电阻加载偶极子天线结构进行分析研究,设计了两种印刷偶极子井中雷达超宽带全向天线,实现辐射效率和增益的大幅提升;并完成了可大幅减小泥浆影响的低剖面井中雷达超宽带定向天线设计。本文的主要研究内容如下:1.探究了电阻加载偶极子的电尺寸与天线辐射效率、增益及保真度之间的关系,并通过从时域和频域两个角度进行分析,设计了一种弯折结构的电阻加载偶极子超宽带全向天线,在满足辐射脉冲波形高保真度的前提下,大幅提升天线的辐射效率和增益。2.在弯折结构电阻加载偶极子天线的基础上,根据“相位超前”的特性,设计了一种阻容混合加载偶极子超宽带天线,该天线进一步提升了辐射效率和增益,且该天线也具备良好的保真度。并对该天线在不同介质环境中的阻抗匹配进行了深入分析,并对其S参数和收发脉冲波形进行了测试。3.提出了一种贴井壁工作的井中雷达超宽带定向天线设计思路,在使得井中雷达天线获得方向性的同时,基本规避了泥浆对于天线性能的影响,保证井中雷达天线在复杂的泥浆环境下正常工作。
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