CN103558642A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天线装置，该天线装置包括：壳体（10），具有内腔和与内腔连通的开口面；探针组（20），安装在壳体（10）的内腔内并与开口面处具有距离，探针组（20）包括相交设置并相互分离的第一探针（21）和第二探针（22）。应用本发明的技术方案，通过分别调整两路激励信号的幅度和相位可以在第一探针和第二探针所在平面内激励起任意极化角的电磁场，这样通过收发天线阵来测定不同地层环境下不同极化方向的相位改变与幅度衰减，进而可以经过反演计算得到相应极化方向的地层信息。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及石油测井工程技术领域，具体而言，涉及一种天线装置。

背景技术

在石油测井工程技术领域中，涉及一种天线，用于测量地层的介电常数。由于介电常数的测量较之其它手段能够更加简单的区分油、气和水层，近年来对井眼附近地层介电常数的测量越来越受到重视。

现有技术中，一种典型的测量地层介电常数的装置如美国专利US3944910，其中描述了Schlumberger（斯伦贝谢）公司的一种仪器EPT（电磁波传播测井仪）。EPT中使用的天线为背腔缝隙天线，能够测量电磁波在井眼附近地层中传播的时间和衰减。EPT以及后来发展的ADEPT（可调电磁波传播测井仪）存在的一个问题是，它们只有一副收发天线，仅能够测量一个极化方向的地层信息。

发明内容

本发明旨在提供一种天线装置，以解决现有技术中仅能测量一个极化方向的地层信息的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种天线装置包括：壳体，具有内腔和与内腔连通的开口面；探针组，安装在壳体的内腔内并与开口面处具有距离，探针组包括相交设置并相互分离的第一探针和第二探针。

进一步地，天线装置还包括第一同轴线、第二同轴线、第一连接件和第二连接件，壳体具有安装第一同轴线的第一安装通道以及安装第二同轴线的第二安装通道；第一安装通道的第一端和第二安装通道的第一端均与内腔连通，第一安装通道的第二端和第二安装通道的第二端均穿出壳体，第一连接件安装在第一安装通道的第二端，第二连接件安装在第二安装通道的第二端；第一同轴线的第一端与第一探针的第一端连接，第二同轴线的第一端与第二探针的第一端连接，第一同轴线的第二端通过第一连接件固定，第二同轴线的第二端通过第二连接件固定，第一探针的第二端和第二探针的第二端均固定安装在壳体的内壁上。

进一步地，第一连接件和第二连接件均为射频同轴接头。

进一步地，天线装置还包括介质，介质填充在壳体的内腔中。

进一步地，介质为玻璃材料或陶瓷材料。

进一步地，天线装置还包括第一阻抗匹配单元和第二阻抗匹配单元，第一阻抗匹配单元与第一连接件连接，第二阻抗匹配单元与第二连接件连接。

进一步地，天线装置还包括密封圈，壳体的外周面上具有环形槽，密封圈设置在环形槽中。

进一步地，第一同轴线的内导体与第一探针的第一端电连接，第二同轴线的内导体与第二探针的第一端电连接。

进一步地，第一探针的第一端和第二探针的第一端均逐渐收缩地向外延伸。

进一步地，第一探针与第二探针相互垂直。

进一步地，第一探针的中部具有第一凹槽，第二探针的中部具有第二凹槽，第一凹槽的槽底与第二凹槽的槽底相对设置且第一凹槽的槽底与第二凹槽的槽底之间具有间隙。

应用本发明的技术方案，设置有探针组，该探针组包括相交设置并相互分离的第一探针和第二探针，这样，天线装置能够单独发射或接收任意极化方向与第一探针21和第二探针22所在平面平行的的电磁场，通过接收与发射天线装置来测定各向异性地层的介电常数。具体地，通过分别调整两路激励信号的幅度和相位可以在第一探针和第二探针所在平面内激励起任意极化角的电磁场，这样通过收发天线阵来测定不同地层环境下不同极化方向的相位改变与幅度衰减，进而可以经过反演计算得到相应极化方向的地层信息。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的天线装置的实施例的剖视结构示意图；

图2示出了图1的天线装置的部分结构俯视示意图；

图3示出了图2的天线装置的第一探针被激励的示意图；

图4示出了图2的天线装置的第二探针被激励的示意图；

图5示出了图2的天线装置的第一探针和第二探针同时被激励的示意图；

图6示出了包括多个图1的天线装置的双发三收天线装置阵列的结构示意图；以及

图7示出了包括多个图1的天线装置的双发八收天线装置阵列的结构示意图。

上述附图包括以下附图标记：

10、壳体；20、探针组；21、第一探针；22、第二探针；30、第一同轴线；31、内导体；40、第一连接件；50、第一阻抗匹配单元；60、推靠极板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本实施例的天线装置包括壳体10和探针组20。壳体10具有内腔和与内腔连通的开口面；探针组20安装在壳体10的内腔内并与开口面处具有距离，探针组20包括相交设置并相互分离的第一探针21和第二探针22。第一探针21和第二探针22均平行于壳体10的开口面。

应用本实施例的天线装置，设置有探针组20，该探针组20包括相交设置并相互分离的第一探针21和第二探针22，这样，天线装置能够单独发射或接收任意极化方向与第一探针21和第二探针22所在平面平行的的电磁场，通过接收与发射天线装置来测定地层的介电常数。具体地，通过分别调整两路激励信号的幅度和相位可以在第一探针21和第二探针22所在平面内激励起任意极化角的电磁场，这样通过收发天线阵来测定不同地层环境下不同极化方向的相位改变与幅度衰减，进而可以经过反演计算得到相应极化方向的地层信息。

在本实施例中，天线装置还包括第一同轴线30、第二同轴线、第一连接件40和第二连接件，壳体10具有安装第一同轴线30的第一安装通道以及安装第二同轴线的第二安装通道；第一安装通道的第一端和第二安装通道的第一端均与内腔连通，第一安装通道的第二端和第二安装通道的第二端均穿出壳体10，第一连接件40安装在第一安装通道的第二端，第二连接件安装在第二安装通道的第二端；第一同轴线30的第一端与第一探针21的第一端连接，第二同轴线的第一端与第二探针22的第一端连接，第一同轴线30的第二端通过第一连接件40固定，第二同轴线的第二端通过第二连接件固定，第一探针21的第二端和第二探针22的第二端均固定安装在壳体10的内壁上。优选地，第一探针21的第二端和第二探针22的第二端均焊接在壳体10的内壁上。在本实施例中，第一连接件40和第二连接件为射频同轴接头。

在本实施例中，第一同轴线30的内导体31与第一探针21的第一端电连接，第二同轴线的内导体与第二探针22的第一端电连接。在本实施例中，第一探针21的第一端和第二探针22的第一端均逐渐收缩地向外延伸。为了避免由较细的内导体到较粗的第一探针21或第二探针22之间台阶形的陡变对沿线电流产生的突变，在二者连接部分采用锥形渐变方式连接。当然，连接的过渡方式不限于锥形渐变，只要能使电磁波在连接部分不产生强烈反射的均可以作为可靠的渐变连接方式，如弧形、抛物线型等。

在本实施例中，天线装置还包括介质，介质填充在壳体10的内腔中。壳体10内腔中填充介质并烧结。由于填充介质部分结构较为复杂，介质填充步骤可以为：首先使用耐高温的同轴线和耐高温的焊接方式搭接出整个结构，其次向壳体10中的空间内填充介质，并连同天线装置整体烧结。这样能够填充满壳体10的整个空间，包括非常细小的空间。同时把介质同壳体10烧结成一个整体，能够避免在二者之间的界面引入空气层，进而能够避免电磁波在多层介质中产生复杂的反射、折射等。在壳体10的开口面处也进行了密封，在井下的高温高压环境下避免水或泥浆等钻井液进入天线装置内部。

在本实施例中，介质为玻璃材料或陶瓷材料。当然，介质也可以为其他的介电常数较高的材料。

在本实施例中，天线装置还包括第一阻抗匹配单元50和第二阻抗匹配单元，第一阻抗匹配单元50与第一连接件40连接，第二阻抗匹配单元与第二连接件连接。具体地，在发射天线的输入端或在接收天线的输出端增加了阻抗匹配单元，经过阻抗匹配单元的阻抗变换后与一定特性阻抗的后级电路进行匹配。这样处理之后，天线装置可以在20MHz-1.1GHz频率范围工作。由于填充的介质的介电常数较高，这样以来在高频段内可以不使用阻抗匹配单元，直接使天线输入阻抗与后级特性阻抗50Ω的电路匹配。在低频段内的匹配也因填充介质的介电常数较高而使得阻抗匹配较为容易实现。在20MHz-1.1GHz频段内，阻抗匹配单元常用集总元件制作，在上述频段范围内较高频点也可采用微带线等分布参数元件制成。

在本实施例中，天线装置还包括密封圈，壳体10的外周面上具有环形槽，密封圈设置在环形槽中。密封圈在天线装置起到密封的作用，使天线装置能够承受井下的高温高压环境。壳体10采用导电率较高的金属材料制成，如黄铜、合金等。在壳体10的外侧具有用于安装密封圈的结构，一个天线装置通过密封圈等结构安装在仪器的推靠极板60上，能够实现每个天线装置的独立拆卸与安装。推靠极板60的结构也能够在井下高温高压环境下工作。

在本实施例中，如图2所示，第一探针21与第二探针22相互垂直。在壳体10内第一探针21与第二探针22相互垂直放置，可以用于激励极化方向相互正交的电磁场。

在本实施例中，由于第一探针21和第二探针22放置在同一平面内，为了避免电接触，在第一探针21和第二探针22相交的位置设置凹槽，第一探针21的中部具有第一凹槽，第二探针22的中部具有第二凹槽。为了使第一探针21和第二探针22交叉但不接触，第一凹槽的槽底与第二凹槽的槽底相对设置且第一凹槽的槽底与第二凹槽的槽底之间具有间隙。为了使沿线电流不产生突变，可以采用圆弧形或抛物线形等其他缓变的开槽方式。优选地，第一探针21和第二探针22均为圆柱形。当然，第一探针和第二探针也可以矩形片状结构。

天线装置的探针组20分别提供两正交极化方向的电磁场，如图3至图5所示，其中带有阴影的探针为被激励探针，箭头表示电场方向。如图5所示，在两个探针同时被激励时，分别调整两路激励信号的幅度和相位，就可以激励起在探针组20平面内任意极化角的电磁场。

用于介电测井仪中的天线装置通常都是以收发阵列形式实现的，收发阵列中的接收天线装置和发射天线装置均为上述的天线装置。图6和图7显示了收发天线装置阵列在推靠极板60上的分布示意图。天线装置阵列由至少一个发射天线装置和至少一个接收天线装置组成，收发天线装置通过调节激励信号的幅度和相位以达到极化匹配，即接收和发射的电磁波极化角相同的目的。据此测量接收天线装置接收到信号的幅度和相位，得到相应地层在此种极化下的各向异性参数。当然，发射和接收天线装置的个数并不局限于图中所示，常见如图6所示的双发三收天线装置阵列和图7所示的双发八收天线装置阵列，其中，T1、T2为发射天线装置，R1、R2、R3、R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23、R24为接收天线装置。相应的，天线装置之间的间距也不局限于图中所示，为了达到想要的探测深度和分辨率，天线装置之间的间距可以做相应调整，并且接收天线装置之间和发射天线装置之间也无须等间距排列。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：

壳体（10），具有内腔和与所述内腔连通的开口面；

探针组（20），安装在所述壳体（10）的内腔内并与所述开口面处具有距离，所述探针组（20）包括相交设置并相互分离的第一探针（21）和第二探针（22）。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述天线装置还包括第一同轴线（30）、第二同轴线、第一连接件（40）和第二连接件，所述壳体（10）具有安装所述第一同轴线（30）的第一安装通道以及安装所述第二同轴线的第二安装通道；

所述第一安装通道的第一端和所述第二安装通道的第一端均与所述内腔连通，所述第一安装通道的第二端和第二安装通道的第二端均穿出所述壳体（10），所述第一连接件（40）安装在所述第一安装通道的第二端，所述第二连接件安装在所述第二安装通道的第二端；

所述第一同轴线（30）的第一端与所述第一探针（21）的第一端连接，所述第二同轴线的第一端与所述第二探针（22）的第一端连接，所述第一同轴线（30）的第二端通过所述第一连接件（40）固定，所述第二同轴线的第二端通过所述第二连接件固定，所述第一探针（21）的第二端和所述第二探针（22）的第二端均固定安装在所述壳体（10）的内壁上。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述第一连接件（40）和第二连接件均为射频同轴接头。

4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，还包括介质，所述介质填充在所述壳体（10）的内腔中。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述介质为玻璃材料或陶瓷材料。

6.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，还包括第一阻抗匹配单元（50）和第二阻抗匹配单元，所述第一阻抗匹配单元（50）与所述第一连接件（40）连接，所述第二阻抗匹配单元与所述第二连接件连接。

7.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，还包括密封圈，所述壳体（10）的外周面上具有环形槽，所述密封圈设置在所述环形槽中。

8.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述第一同轴线（30）的内导体（31）与所述第一探针（21）的第一端电连接，所述第二同轴线的内导体与所述第二探针（22）的第一端电连接。

9.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述第一探针（21）的第一端和所述第二探针（22）的第一端均逐渐收缩地向外延伸。

10.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第一探针（21）与所述第二探针（22）相互垂直。

11.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第一探针（21）的中部具有第一凹槽，所述第二探针（22）的中部具有第二凹槽，所述第一凹槽的槽底与所述第二凹槽的槽底相对设置且所述第一凹槽的槽底与所述第二凹槽的槽底之间具有间隙。

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