一種井中雷達時域接收機前端的制作方法
【專利摘要】該發明公開了一種井中雷達時域接收機前端，井中雷達測井系統的硬件組成單元。本發明提供的井中雷達時域接收機前端，通道選擇連接多路接收天線實現資源復用，串并轉換精簡控制信號位數，增益控制單元提供了?31.5dB～60dB極大線性增益控制范圍以及0.5dB極小增益步進，同時增益步進在0.5dB～10dB之間可調。大范圍可調、小步進的增益控制方案可應用到所有輸入信號變化范圍極大的接收系統中。
【專利說明】一種井中雷達時域接收機前端
[0001 ] 應用領域
[0002]本發明屬于井中雷達測井系統的硬件組成單元，主要在多路接收天線后端對信號進行線性處理，輸出單路射頻信號供給后續數據采集單元。
【背景技術】
[0003]隨著世界范圍內能源資源的不斷消耗，石油勘探與開采的難度日益增大，試錯成本越來越高，迫切需要一種高精確度高效率的測井方法。井中雷達測井系統是將鉆孔雷達應用于石油測井的產物，其工作機理是借助電磁波在地下土壤與巖層中傳播進而探測電磁特性不連續的地質異常，在獲得高分辨率的同時，可達到井周3?1m的探測距離，相較于傳統測井方法2?3m的探測距離更遠，因此引發各國爭相研究。
[0004]目前絕大多數的鉆孔雷達都屬于沖擊脈沖體制，這種雷達對外輻射功率極高的納秒級甚至皮秒級的時域窄脈沖，遇到電磁特性不連續的地下介質時反射特性或者傳輸特性發射變化，最終在從反射波或者傳輸波的時域波形中提取目標信息。通常通過單個發射天線、多個接收天線組陣的方式來實現目標的定位，地下介質對于雷達波的衰減最大可達100dB，輸入信號變化范圍極大。接收機作為雷達系統接收處理信號的重要單元，極大地影響整個系統的性能，因此需要結合上述雷達特征針對性地設計接收機。
【發明內容】
[0005]本發明主要針對沖擊脈沖體制的定向鉆孔雷達多路接收天線信號需處理、回波信號變化范圍極大的特征，設計了一款具有多通道選擇、極大線性增益控制范圍、極小增益步進的時域接收機前端。
[0006]本發明采用的技術方案為:
[0007]—種井中雷達時域接收機前端，包括:限幅器、通道選擇器、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數字步進衰減器、輸出級放大器、串并轉換模塊;所述限幅器、通道選擇、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數字步進衰減器、輸出級放大器依次級聯組成射頻鏈路;所述串并轉換模塊將輸入的串行控制信號轉換為11路并行控制信號，其中的兩路信號控制通道選擇器進行通道選擇;一路信號控制輸入級低噪聲放大器是否對通過的信號進行放大及其電源的通斷，輸入級低噪聲放大器對通過信號執行放大則同時接通電源，若不放大則斷開電源;一路信號控制中間級高增益放大器是否對通過的信號進行放大及其電源的通斷;六路信號控制數字步進衰減器對通過信號衰減的幅度;一路信號控制輸出級放大器是否對通過的信號進行放大及其電源的通斷。
[0008]進一步的，所述輸入級低噪聲放大器為20dB低噪聲放大器，中間級高增益放大器為30dB放大器，數字步進衰減器為6位電阻式可調衰減器，輸出級放大器為1dB放大器;其中6位數字步進衰減器的6檔衰減量分別為16dB、8dB、4dB、2dB、I dB、0.5dB。
[0009]進一步的，所述通道選擇器對四路輸入信號隨意選擇并輪詢處理。
[0010]進一步的，所述井中雷達時域接收機前端從納秒級瞬態脈沖時域波形中提取目標?目息O
[0011]有益效果:本發明提供的井中雷達時域接收機前端，通道選擇連接多路接收天線實現資源復用，串并轉換精簡控制信號位數，增益控制單元提供了-31.5dB?60dB極大線性增益控制范圍以及0.5dB極小增益步進，同時增益步進在0.5dB?1dB之間可調。大范圍可調、小步進的增益控制方案可應用到所有輸入信號變化范圍極大的接收系統中。
【附圖說明】
[0012]圖1接收機前端結構示意圖。
[0013]圖2接收機前端系統設計圖。
[0014]圖3數字步進衰減器結構圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示為接收機前端的結構示意圖。所述接收機前端包括限幅器、通道選擇、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數字步進衰減器、輸出級放大器、串并轉換、邏輯變換、電源控制;所述限幅器、通道選擇、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數字步進衰減器、輸出級放大器依次級聯組成射頻鏈路;所述串并轉換與電源控制與射頻鏈路相連，對射頻鏈路狀態進行控制。
[0016]所述的井中雷達時域接收機前端，其特征在于:所述接收機前端從納秒級瞬態脈沖時域波形中提取目標信息。
[0017]所述的井中雷達時域接收機前端，其特征在于:所述限幅器對幅度超限的信號具有削峰作用，對所述接收機前端起保護作用。
[0018]所述的井中雷達時域接收機前端，其特征在于:所述通道選擇對四路輸入信號隨意選擇并輪詢處理。
[0019]所述的井中雷達時域接收機前端，其特征在于:所述輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數字步進衰減器、輸出級放大器組成增益控制單元。
[0020]所述的井中雷達時域接收機前端，其特征在于:所述增益控制單元可實現線性增益控制范圍-31.5dB?60dB，最小增益步進0.5dB。
[0021]所述的井中雷達時域接收機前端，其特征在于:所述增益控制單元的增益步進值在0.5dB?I OdB之間可調。
[0022]所述的井中雷達時域接收機前端，其特征在于:所述串并轉換僅用I位信號線實現11位控制信號的輸入。
[0023]所述的井中雷達時域接收機前端，其特征在于:所述電源控制在相應器件不工作時停止供電。
[0024]如圖2所示為接收機前端系統設計圖。限幅器為并聯型電壓限幅器，對過大的輸入信號削峰處理，保護后續單元不過載。通道選擇由SP4T開關實現，該單元需要C1、C2兩位信號控制四個通道間的切換。
[0025]低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數字步進衰減器、輸出級放大器各自與一組SPDT開關構成四級增益基元，最終組合成增益控制單元，增益控制單元是該接收機前端的核心部分。各級增益基元的有效增益器件分別為20dB低噪聲放大器、30dB放大器、6位數字步進衰減器、1dB放大器，各級增益基元可在直通與有效增益器件兩種狀態間切換，進而調整增益。
[0026]本發明的接收機前端可實現-31.5dB?60dB線性增益控制范圍，既滿足大信號的衰減需要，又滿足小信號的放大需求。
[0027]各級增益基元在直通狀態時切斷有效增益器件的電源供應以減少耗能產熱，啟用有效增益器件則提供電源。低噪聲放大器、中間級高增益放大器、輸出級放大器三級增益基元各自的有效增益器件電源導通/斷開兩種狀態分別由一位信號控制切換，對應為C3、C4、Cl I，該信號同時控制對應的一組SPDT開關在兩個鏈路通道間的切換。
[0028]數字步進衰減器是增益調整的關鍵所在，6檔衰減量分別為16dB、8dB、4dB、2dB、ldB、0.5dB，選用的最小衰減量決定了接收機前端的增益步進，因此本發明的接收機前端增益步進在0.5dB?1dB間可調。數字步進衰減器6位控制信號直接控制對應的6檔衰減量切換，通過不同的衰減組合可以調整衰減量，進而影響接收機前端的增益。數字步進衰減器的電源導通/斷開需一位控制信號，該信號由C5?ClO六位信號邏輯或得到，同時控制對應的一組SPDT開關在兩個鏈路通道間的切換。
[0029]增益控制單元表面上分為四級增益基元，實質上數字步進衰減內含六級衰減，如圖3所示，因此射頻鏈路總共有9級可控基元，對應地需9位二進制增益控制信號；四通道切換需2位二進制控制信號。總共的11為控制信號由兩片8位移位寄存器級聯組成的16位移位寄存器串行輸入、并行輸出，減少系統外部走線。
[0030]該接收機前端外部輸入+12VDC，內部芯片需要+5V DC，還設計有相應的+12V轉換為+5V的DC-DC變換電路。
【主權項】
1.一種井中雷達時域接收機前端，包括:限幅器、通道選擇器、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數字步進衰減器、輸出級放大器、串并轉換模塊;所述限幅器、通道選擇、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數字步進衰減器、輸出級放大器依次級聯組成射頻鏈路;所述串并轉換模塊將輸入的串行控制信號轉換為11路并行控制信號，其中的兩路信號控制通道選擇器進行通道選擇;一路信號控制輸入級低噪聲放大器是否對通過的信號進行放大及其電源的通斷，輸入級低噪聲放大器對通過信號執行放大則同時接通電源，若不放大則斷開電源;一路信號控制中間級高增益放大器是否對通過的信號進行放大及其電源的通斷;六路信號控制數字步進衰減器對通過信號衰減的幅度;一路信號控制輸出級放大器是否對通過的信號進行放大及其電源的通斷。2.如權利要求1所述的一種井中雷達時域接收機前端，其特征在于所述輸入級低噪聲放大器為20dB低噪聲放大器，中間級高增益放大器為30dB放大器，數字步進衰減器為6位電阻式可調衰減器，輸出級放大器為1dB放大器;其中6位數字步進衰減器的6檔衰減量分別為16dB、8dB、4dB、2dB、ldB、0.5dB。3.如權利要求1所述的一種井中雷達時域接收機前端，其特征在于所述通道選擇器對四路輸入信號隨意選擇并輪詢處理。4.如權利要求1所述的一種井中雷達時域接收機前端，其特征在于所述井中雷達時域接收機前端從納秒級瞬態脈沖時域波形中提取目標信息。
【文檔編號】G01S7/285GK105911526SQ201610228191
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】趙青, 唐旭, 馬春光, 霍建建
【申請人】電子科技大學