[發明專利]功率放大器及其實現方法、發射機及無線隨鉆測量系統

有效

• 申請號: 201210533273.3
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103117717A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 李天祿
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十二研究所
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20;H04B1/02;E21B47/12
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術領域

本發明涉及機電領域，具體而言，涉及一種功率放大器及其實現方法、發射機以及無線隨鉆測量系統。

背景技術

石油、礦山等資源開發鉆井過程中，大量的信息隨著鉆進實時傳輸至地面，電磁波傳輸是一種有效的傳輸手段。井下信號發射裝置包括：發射天線（非對稱電偶極子）和發射機。由于地層電阻率隨深度的變化而變化，而發射天線等效阻抗隨地層電阻率不同而變化，當地層電阻率在1Ω·m～1000Ω·m時，天線等效阻抗大約為0.1Ω～50Ω。同時，由于地層是有耗介質，電磁波在地層傳輸衰減很大，適應地層傳輸的電磁波頻率范圍：0～30Hz。鉆井過程中發射裝置安裝于井下鉆具內，空間狹小，工作環境惡劣，既要承受鉆進過程中的抗震動、抗沖擊，又要輸出較大功率利于地面接收裝置接收信號。因此，發射機功率放大器的設計需要滿足與發射天線的動態匹配，既能在地層電阻率較小，又能在地層電阻率較高情況下實現有效功率輸出。

以往的發射機功率放大器設計對于功率放大器和發射天線的匹配都是采用變壓器來實現阻抗匹配。由于負載阻抗動態范圍太大，需要多抽頭變壓器來實現，實現起來相當困難。更由于信號頻率處于極低頻，變壓器體積要滿足頻率特性，勢必體積要大。由于井下環境空間狹小，采用變壓器的匹配辦法無法實現。

因此，設計一種無變壓器寬動態負載變化條件下的自適應匹配功率放大器是解決該類問題的有效辦法。

針對相關技術中功率放大器無法自適應進行功率匹配的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

本發明提供了一種功率放大器及其實現方法、發射機及無線隨鉆測量系統，以至少解決上述問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種功率放大器的實現方法，包括：實時檢測所述功率放大器輸出級的電壓幅度和電流幅度并根據所述電壓幅度和電流幅度計算輸出功率；比較所述輸出功率和標準功率，并根據比較結果調整所述功率放大器的反饋控制電壓；根據所述反饋控制電壓調整所述功率放大器輸出級的供電電壓，進而控制所述功率放大器輸出級的輸出功率。

優選地，所述方法還包括：將輸入的脈沖信號進行處理生成方波信號；根據所述供電電壓調整所述方波信號的幅度，其中，所述方波信號的幅度與所述供電電壓成正比；所述功率放大器的輸出功率驅動所述方波信號通過發射天線發射電磁信號。

優選地，將輸入的脈沖信號進行處理生成方波信號包括：對輸入的兩路時間互補的TTL電平脈沖信號進行調制，并將調制后的信號差動放大產生雙極性方波信號；所述功率放大器的放大推動級放大調制后的方波信號，并將所述放大后的方波信號加載到所述功率放大器的輸出級。

優選地，比較所述輸出功率和標準功率，并根據比較結果調整所述功率放大器的反饋控制電壓包括以下至少之一：根據所述輸出功率得到輸出功率電壓值，比較所述輸出功率電壓值和與所述標準功率相應的標準功率電壓值，在所述輸出功率電壓值大于所述標準功率電壓值的情況下，降低反饋控制電壓，否則，提高反饋控制電壓；比較所述電流幅度和最大允許工作電流幅度，在所述電流幅度大于所述最大允許工作電流幅度的情況下，降低反饋控制電壓。

優選地，所述方波信號是數據調制信號，其中，所述調制信號的調制模式是移相鍵控，差分移相鍵控，移頻鍵控或幅度鍵控。

優選地，所述功率放大器是開關模式放大器，其輸出級工作在開關狀態，輸出為雙極性方波信號，所述方波信號的幅度由所述功率放大器的輸出級的供電電壓決定。

根據本發明的另一方面，提供了一種功率放大器，包括：檢測模塊，用于實時檢測所述功率放大器輸出級的電壓幅度和電流幅度并根據所述電壓幅度和電流幅度計算輸出功率；比較模塊，用于比較所述輸出功率和標準功率，并根據比較結果調整所述功率放大器的反饋控制電壓；調整模塊，用于根據所述反饋控制電壓調整所述功率放大器輸出級的供電電壓，進而控制所述功率放大器的輸出功率。

優選地，還包括：放大推動級，用于將輸入的脈沖信號進行處理生成雙極性方波信號，根據所述供電電壓調整所述方波信號的幅度，其中，所述方波信號的幅度與所述供電電壓成正比，并利用所述功率放大器的輸出功率驅動所述方波信號通過發射天線發射電磁信號。

優選地，所述放大推動級用于對輸入的兩路時間互補的TTL電平脈沖信號進行調制，并將調制后的信號差動放大產生雙極性方波信號，然后放大調制后的方波信號，并將所述放大后的方波信號加載到所述功率放大器的輸出級。