[发明专利]一种用于井中雷达的定向天线系统

说明书

本发明公开了一种用于井中雷达的定向天线系统，属于井中雷达技术领域。本发明的定向天线系包括天线单元(1)、玻璃钢管(2)、天线保护壳(3)、填充液(4)、射频开关(5)和十字形金属结构(6)；玻璃钢管(2)位于天线保护壳(3)内，玻璃钢管(2)内部注入有填充液(4)，多个天线单元(1)等间隔分布于玻璃钢管(2)的外侧壁且与玻璃钢管(2)共形，各天线单元(1)与玻璃钢管(2)的中心轴的间距相同；天线单元(1)之间设置有与玻璃钢管(2)共形的金属阵列结构，金属阵列结构包括至少两排沿玻璃钢管(2)的中心轴方向排列的十字形金属结构(6)，十字形金属结构(6)之间以及十字形金属结构(6)与相邻的天线单元(1)之间通过射频开关(5)相连。本发明提供的定向天线系的体积小，具备超宽带、高辐射效率特性，波束扫描的能力和井下工作的能力。

技术领域

本发明涉及井中雷达技术领域，特别涉及一种用于井中雷达的定向天线系统。

背景技术

井中雷达是探地雷达的一个重要分支，作为一种快速无损的测量方式被广泛的应用于石油矿产开采、考古挖掘、地下孔隙勘探、地下溶洞测量等领域。由于井中雷达工作于井孔中，与普通的探地雷达相比井中雷达除了需要具备普通探地雷达特性外，还需要雷达系统体积细小、具备水密特性。

天线作为雷达系统的关键部件之一，其性能好坏直接影响雷达探测性能。鉴于井中雷达的尺寸限制，井中雷达大多都采用电阻加载的行波偶极子天线，这种天线拥有细长的外形、超宽的工作带宽，满足一般井中雷达性能需求。但它是一种全向辐射的天线，因此在探测过程中很难获取目标的方位角信息，无法对目标进行三维定位。但目标的方位信息获取在工程探测中是十分重要的。为了获取目标的方位角信息，国内外学者提出了各种方案，具体可归纳为两种，一种是设计定向天线，利用数个定向天线沿轴向方向组阵，每个定向单元的主瓣朝向不同，由这些主瓣方向不同的单元完成井中360°覆盖。这样虽然可以获取目标的角度信息，但由于所有单元处于不同平面，为目标的三维定位带来困难。另一种则是在同一平面利用四个全向天线，通过分析四个天线接收的回波信号的幅度和相位差来获取目标的方位角信息。但是由于四个天线靠的太近这些天线接收到的信号差异不明显，且天线间的干扰较大，实现起来难度较高。

因此设计一款单元间干扰小且所有单元处于同一平面的井中雷达定向天线系统，对于井中雷达探测时目标方位角的获取是十分有利的。

发明内容

本发明提供了一种用于井中雷达的定向天线系统，该天线系统体积小，而且还具备波束扫描的功能。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于井中雷达的定向天线系统，包括天线单元、玻璃钢管、天线保护壳、填充液、射频开关和十字形金属结构；

所述玻璃钢管位于天线保护壳内，所述玻璃钢管的内部注入有填充液；

多个天线单元等间隔分布于玻璃钢管的外侧壁，每个天线单元与玻璃钢管的中心轴的间距相同，且天线单元与玻璃钢管共形；

所述天线单元之间设置有金属阵列结构，且金属阵列结构与玻璃钢管共形，所述金属阵列结构包括至少两排沿玻璃钢管的中心轴方向排列的十字形金属结构，并且十字形金属结构之间以及十字形金属结构与相邻的天线单元之间通过射频开关相连，通过控制射频开关的导通，使得天线单元接替工作，即当指定的一个天线单元工作时，其余天线单元与其之间的金属阵列结构导通形成一个金属反射面。

由于采用了上述技术方案，本发明通过将十字形金属结构安装于天线单元之间，并且与玻璃钢管共形，这样布置的十字形金属结构使其相邻天线单元在它的作用下，实现了超宽带、高辐射效率特性。通过射频开关的导通，使得天线系统具有波束扫描的能力。玻璃钢管内部注入填充液，通过填充液来平衡玻璃钢管在井中受到的压力，以及利用填充液的高相对介电常数的特性来减小天线的体积。天线外部安装有天线保护壳，用于保护天线在测井时不被井内物质损伤。进而使得该天线系统具备在井下工作的能力。