用于多频电磁波测井的负阻抗变换式有源接收天线Ο-物探与化探.PDF

第 2 1 卷第 1 期 物 　探 　与 　化 　探 Vol . 2 1 ,No . 1 1997 年 2 月 GEOPH YSICAL GEOCHEM ICAL EXPL ORA TION Feb . ,1997 用于多频电磁波测井的负阻抗 变换式有源接收天线 刘海滨 　　　佟文琪 (长春地质学院 ,长春 　130026) 摘 　要 　本文对用负阻抗变换电路同小圆锥螺旋天线相结合 ,构成的有源接收天线进行了理论分 析 ,并给出了该有源天线稳定工作的条件 。结果表明 ,用该方法设计的有源接收天线具有较宽的 频带 、较高的灵敏度和较小的尺寸 。是多频电磁波测井较理想的接收天线 。 关键词 　多频电磁波测井 , 有源接收天线 , 负阻抗变换 。 0 　引言 多频电磁波测井是利用高频电磁波研究岩层的电导率和介电常数 。由于油 、水及岩石骨 架的介电常数相差很大 ,且受地层水矿化度影响较小 ,故用介电常数来划分油水层 ,特别是淡 水储层环境较之电阻率参数有更大的优越性 。因此近年来倍受测井界的重视 。 此方法的测量原理是将高频发射装置和两个接收装置放入同一钻孔 ,测量场的幅值衰减 和两个接收天线间的相位移动 ,进而转换成岩矿石的电导率和介电常数 。因工作中要采用多 种频率进行测量 ,就要求天线具有较宽的频带 。考虑到测井方法的特点 ,又要求天线应具有较 小的尺寸和较高的灵敏度 。以往使用的普通无源鞭状天线的主要缺点是频带窄且灵敏度低 , 不能满足上述要求 。而无源天线接入有源器件构成有源天线后 ,使天线金属导线上电压和电 流关系发生了变化 ,使天线输入阻抗随频率变化关系减弱 ,从而增宽了频带和提高了灵敏度 。 本文提出的负阻抗变换式宽频带有源接收天线 ,是用反馈电容和放大器结合 ,构成一负阻 抗变换器 。利用负阻抗来抵消天线导线的等效电容和放大器的输入电容对天线性能的影响 。 再配以小圆锥螺旋天线 ,构成了小尺寸 、宽频带和高灵敏度的有源接收天线 。 1 　有源天线原理分析 小圆锥螺旋天线的最大辐射方向是与螺旋线的轴线垂直的。它是由一段导线沿着一个正 圆锥面绕成的圆锥螺旋线 。在天线导线的终端处电流为零 ,天线导线上的电流分布近似于正 弦分布 ,所以在接近于天线导线终端处的辐射能力是非常微弱的。在天线底部加装一个金属 圆盘式的加载电容 ,可以使天线导线终端处的电流近于电流波腹 ,因而不仅可提高效率和增宽 了频带 ,面且还可缩小天线的尺寸 。 用输入级为场效应晶体管的负阻抗变换电路同小圆锥螺旋天线结合构成的有源天线, 其 等效电路见图 1 。同天线导线电容 C 相串联的天线导线电阻R 及和有源网络输入电容 C 相 A A a 并联的输入电阻 R a 均已被忽略 。该负阻抗变换电路采用的是电压并联正反馈形式 。 本文为国家自然科学基金资助项 目的部分成果 。 　　1995 年 9 月 1 日收稿 。 1 期 刘海滨等 :用于多频电磁波测井的负阻抗变换式有源接收天线 ·59 · 图中 E 是天线所在点的场强; A 是放大器的电压增益; C 是天线导线的等效电容; C 是 V A a 放大器输入电容; CN 是反馈电容; hef f 是天线导线的有效高度; ZL 是有源天线的负载阻抗 。 由图 1 知 V C 1