[發明專利]用于鉆孔雷達探測的四方向單極子定向天線系統及方法

有效

• 申請號: 202011500904.2
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112670714B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉斌;姜雨辰;張鳳凱;李文翰;范克睿;王佳興
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H01Q9/30;H01Q15/14;H01Q1/48;G01V3/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種用于鉆孔雷達探測的四方向單極子定向天線系統，其特征是：包括鉆孔雷達定向天線系統、順次饋電裝置、鉆孔內行走裝置和線纜傳送裝置，其中：

所述鉆孔雷達定向天線系統包括四方向定向發射單極子天線組，全向接收天線及套管，四方向定向發射單極子天線組用于依次向每個方向定向輻射電磁波，所述全向接收天線用于接收反射波，四方向定向發射單極子天線組和全向接收天線都設置于套管內；

所述順次饋電裝置用于順序控制所述鉆孔雷達定向天線系統，以依次向同一深度不同方向定向輻射電磁波，實現無需旋轉的探測；

所述孔內行走裝置設置于套管外側，帶動整個所述鉆孔雷達定向天線系統在鉆孔內移動；

所述線纜傳送裝置用于將所述鉆孔雷達定向天線系統的探測結果傳輸至地面上設置的處理器以及順次饋電裝置；

所述全向接收天線為半波偶極子天線，用以接收地質體反射的電磁波；

所述順次饋電裝置包括主機，所述主機被配置為具有順次開關功能，依次導通四個輻射單極子天線的饋電線，實現在一個時間周期內順次向四個方向定向輻射電磁波，以完成無旋轉的各方向定向探測；

所述四方向定向發射單極子天線組包括四組輻射單極子天線、反射板、介質及電容-電阻串聯集總加載元件，四組輻射單極子天線朝向不同方向，且各組輻射單極子天線通過介質隔開一定距離；每組輻射單極子天線都配置有一反射板，所述電容-電阻串聯集總加載元件連接各組輻射單極子天線弧頂和弧形金屬反射板頂端中心位置；

所述四組輻射單極子天線沿套管軸向、不同方向依次布設；

進行探測時，能夠進行三種模式的測量，包括：遍歷掃描、共深度測量和共角度測量。

2.如權利要求1所述的一種用于鉆孔雷達探測的四方向單極子定向天線系統，其特征是：所述反射板為弧形金屬反射板，設置于輻射單極子天線一側，所述輻射單極子天線之間設置有金屬地板。

3.如權利要求2所述的一種用于鉆孔雷達探測的四方向單極子定向天線系統，其特征是：所述反射板的橫斷面為以輻射單極子天線為圓心的一段圓弧，用于向前反射輻射單極子天線發出的后向電磁波，使天線輻射信號在遠離反射板一段中心位置達到最強，在方向圖中滿足信號前后比大于3：1的關系。

4.如權利要求1所述的一種用于鉆孔雷達探測的四方向單極子定向天線系統，其特征是：所述孔內行走裝置包括所述套管管壁上安裝的四方向移動輪、驅動電機及編碼器，所述驅動電機用于驅動所述移動輪的運動，所述編碼器用以記錄驅動電機圈數進而得出定向天線系統深入鉆孔的距離，將深入距離通過線纜傳給地面，也傳給主機處理，用以協同控制順次饋電。

5.如權利要求1所述的一種用于鉆孔雷達探測的四方向單極子定向天線系統，其特征是：所述線纜傳送裝置包括線纜和測距輪，所述線纜用于連接順次饋電裝置和所述鉆孔雷達定向天線系統，測距輪設置于所述套管管壁上，用以輔助確定天線探入孔中的距離。

6.如權利要求1-5中任一項所述的系統的工作方法，其特征是：包括以下步驟：

鉆孔雷達定向天線系統在鉆孔內運動時，由記錄當前鉆孔雷達定向天線系統的移動速度，并由順次饋電裝置讀取，根據四方向定向發射天線總長度除以運動速度，計算得到朝不同方向定向的四天線依次饋電的饋電周期；

順次饋電裝置按照饋電周期依次控制四個輻射單極子天線，使其依次向不同方向定向輻射電磁波，電磁波遇到異常體發生反射，由全向接收天線接收反射波，記錄接收天線接收到反射波的時刻；在進行后續信號處理時，對比接收到反射波的時刻與饋電周期內各發射天線饋電時間即可判斷異常體所在方位。