CN101338665A - 一种高频电磁波发射机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高频电磁波发射机，包括依次电连接的分频器、选通开关、滤波器、发射驱动单元、功率放大单元和输出端谐振回路，所述输出端谐振回路经过耦合变压器连接发射线圈并与所述耦合变压器和发射线圈构成的一体化谐振回路。这种发射机采用耦合变压器、温度补偿、七阶椭圆滤波和晶体管丙类放大电路，比照现有技术，其具有发射效率高、温度特性好等优点。该发射机电路设计可以适用于发射频率在15MHz以下、一个或多个发射频率的各种类型高频电磁波测井仪器，可以在25度－150度的较大温度范围内正常工作。

Description

一种高频电磁波发射机
技术领域
本发明涉及发射机，具体涉及一种高频电磁波发射机，尤其是一种高频电磁波测井仪的发射机。
背景技术
高频电磁波测井仪的发射机主要完成分频、选通、滤波、驱动和功率放大等功能，输出端采用高温高频变压器高效的完成阻抗匹配和功率传输，而目前高频电磁波发射机输出端都采用电阻和电容进行阻抗匹配，其发射效率和阻抗匹配性能都较差；另外，由于温度升高时，发射机电路中晶体管的放大能力会下降，从而给对电路性能带来的不利影响，不能保证在较大温度范围内正常工作。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是如何提供一种高频电磁波发射机，能提高阻抗匹配性能，进一步在较大温度范围内正常工作，进一步提高发射效率，进一步改善信号信噪比。
本发明的上述技术问题这样解决，提供一种高频电磁波发射机，其电路包括依次电连接的分频器、选通开关、滤波器、发射驱动单元、功率放大单元和输出端谐振回路，所述输出端谐振回路经过耦合变压器连接发射线圈并与所述耦合变压器和发射线圈构成的一体化谐振回路。
按照本发明提供的发射机，所述耦合变压器是磁性材料制造的高温高频变压器。
按照本发明提供的发射机，所述磁性材料是镍锌铁氧体材料。
按照本发明提供的发射机，所述磁性材料的参数具体是：
  特性   初始导磁率  损耗比   温度系数   居里温度   电阻率   饱和磁通密度   剩余磁通密度   矫顽力   工作频率(最高)
  单位   /  ×10-6   10-6/℃   ℃   Ωcm   MT   mT   KA/m   MHz
磁性材料 100±20％  63±10％(1MHz)200±10％(15MHz)   400±10％(20~60℃)   350±10％ 1×105±10％   330±10％   220±10％   320±10％ 15
按照本发明提供的发射机，还包括串接在所述电路中的用于反温度提升信号功率的温度补偿单元，该温度补偿单元具体连接方式包括但不限制于以下两种：
(一)串接在所述选通开关与滤波器之间。
(二)串接在所述滤波器与发射驱动单元之间。
按照本发明提供的发射机，所述温度补偿单元包括反温度特性的热敏电阻。
按照本发明提供的发射机，所述滤波器是7阶椭圆低通滤波器。
按照本发明提供的发射机，所述功率放大单元是晶体管丙类放大电路。
本发明提供的一种高频电磁波发射机，采用耦合变压器、温度补偿、七阶椭圆滤波和晶体管丙类放大电路，比照现有技术，其具有发射效率高、温度特性好等优点。该发射机电路设计可以适用于发射频率在15MHz以下、一个或多个发射频率的各种类型高频电磁波测井仪器，可以在25度-150度的较大温度范围内正常工作。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。
图1-1和1-2是本发明发射机电路基本原理框图；
图2-1和2-2是图1-1和1-2所示电路中温度补偿单元及其位置示意图；
图3是图1-1和1-2所示电路中滤波器结构示意图；
图4是图1-1和1-2所示电路中功放单元结构示意图。
具体实施方式
下面以本发明0.8MHz和6.4MHz两个频率发射的测井仪器发射电路为例说明本发明：
如图1-1和1-2所示，高频电磁波测井仪的发射机主要完成分频、选通、滤波、驱动和功率放大等功能，可以在25度-150度的较大温度范围内正常工作。
由于发射时钟信号在高温下十分稳定，满足我们对温度的要求。发射时钟信号经一片分频器得到6.4MHz和0.8MHz发射用频率信号。两路发射信号各通过一个模拟开关连接到后级的放大模块，由模拟开关上的一路选通信号进行选择。这样在控制信号的作用下，2个模拟开关轮流导通，使2路电磁波依次发射，每个频点工作100ms，200ms重复一次。
该电路相比现有技术，其主要创新点有四处：
一、在滤波器前设计温度补偿电路，改善了发射电路温度性能。
如图2-1和2-2所示，在模拟开关之后，滤波器之前引入具有反温度特性的热敏电阻R21构成衰减电路。当温度升高时，电路中晶体管的放大能力下降，而热敏电阻阻值的下降使得通过电阻R21和R22的信号衰减减小，从一定程度上抵消了晶体管的温度效应，从而保证发射功率在稳定在一定范围内。
该设计使电路温度性能得到很大改善，一定程度上消除了原技术中参数温度飘移对电路性能带来的不利影响。
二、采用7阶椭圆低通滤波器电路设计，改善了发射信号信噪比。
如图3所示，采用七阶椭圆滤波器电路
所谓椭圆函数滤波器，最平和等波纹滤波器响应在阻带内都有单调上升的性质，在许多应用中，需要设定一个最小阻带衰减，以便获得较好的截至陡度，这类滤波器称为椭圆函数滤波器，其在通带和阻带内都是等波纹响应。
经衰减后的信号输入到如图2所示的7阶椭圆低通滤波器电路，将方波信号转换成正弦波信号，输入到第一级放大电路。
该滤波器设计可以提供大于50dB的谐波衰减。该性能远强于现有技术的滤波器设计。
三、采用了丙类放大设计功放电路，提高了输出效率。
第一级放大电路采用共射放大形式，驱动第二级功率放大电路。
如图4所示，功率放大电路采用晶体管丙类放大电路，晶体管工作在非线性状态。高频功率放大器的主要指标是高频输出功率、输出效率、功率增益和谐波抑制等。功率放大电路输出功率、输出效率是重要指标。为了提高输出效率，将放大器设计在丙类。晶体管在这种工作模式下效率高但输出电流波形失真较大，必须采用滤波特性的选频网络做负载。
该设计可以使功率放大电路的发射效率由现有技术的50％左右，提高到80％以上。
四、采用了高频变压器和串联谐振设计，高效完成阻抗匹配和功率传输。
为了把发射机的功率放大电路输出的能量向发射线圈传输，以便做到阻抗变换。我们采用用变压器构造，使插入损耗远远低于用电容和电阻组成的变换电路。变压器可以将初、次级电压隔开，高效的完成阻抗匹配与功率传输。发射线圈上的串联谐振电路要精确调到发射频率点上，使发射电磁波谐波抑制达到40dB。
将输出端谐振回路，输出耦合变压器和发射线圈一体化设计为一个谐振回路，既保证了输出端的阻抗匹配又满足了谐振回路的选频要求。
高温高频变压器的是技术上的一个瓶径。此处使用的高温高频变压器我们经过了长时间的合作研发，采用了一种特别的镍锌铁氧体材料定制，磁性材料参数如表1所示，其温度性能(居里温度)可达到350度，适用频率可达15MHz。可以满足高温高频发射机的要求。
  特性   初始导磁率   损耗比   温度系数   居里温度   电阻率   饱和磁通密度   剩余磁通密度   矫顽力   工作频率
  符号 μi tg/μi Aμ Tc ρ Bs Br Hc F
  单位   /   ×10-6   10-6/℃   ℃   Ωcm   MT   mT   KA/m   MHz
  特种铁氧体 100±20％   63(1MHz)200(15MHz)   400(20~60℃) 350 1×105 330 220 320 15
表1
而现有技术由于材料技术限制，没有采用高频变压器进行阻抗匹配，其发射效率和阻抗匹配性能都较差。

Claims (10)

1、一种高频电磁波发射机，包括依次电连接的分频器、选通开关、滤波器、发射驱动单元、功率放大单元和输出端谐振回路，其特征在于，所述输出端谐振回路经过耦合变压器连接发射线圈并与所述耦合变压器和发射线圈构成的一体化谐振回路。
2、根据权利要求1所述发射机，其特征在于，所述耦合变压器是磁性材料制造的高温高频变压器。
3、根据权利要求1所述发射机，其特征在于，所述磁性材料是镍锌铁氧体材料。
4、根据权利要求2或3所述发射机，其特征在于，所述磁性材料的参数具体是：
  特性   初始导磁率   损耗比   温度系数   居里温度   电阻率   饱和磁通密度   剩余磁通密度   矫顽力   工作频率(最高)   单位   /   ×10-6   10-6/℃   ℃   Ωcm   MT   mT   KA/m   MHz 磁性材料 100±20％   63±10％(1MHz)200±10％(15MHz)   400±10％(20~60℃)   350±10％ 1×105±10％   330±10％   220±10％   320±10％ 15
5、根据权利要求1所述发射机，其特征在于，还包括串接在所述发射机电路中的用于反温度提升信号功率的温度补偿单元。
6、根据权利要求5所述发射机，其特征在于，所述温度补偿单元串接在所述选通开关与滤波器之间。
7、根据权利要求5所述发射机，其特征在于，所述温度补偿单元串接在所述滤波器与发射驱动单元之间。
8、根据权利要求5-7任一项所述发射机，其特征在于，所述温度补偿单元包括反温度特性的热敏电阻。
9、根据权利要求1所述发射机，其特征在于，所述滤波器是7阶椭圆低通滤波器。
10、根据权利要求1所述发射机，其特征在于，所述功率放大单元是晶体管丙类放大电路。
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