CN117335154B - 电磁波天线多频谐振装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种电磁波天线多频谐振装置与方法，其中，电磁波天线多频谐振装置，包括：依次连接的天线接口1、基础谐振单元2、多个指定谐振单元和输入输出端口4；天线接口1用于连接天线；基础谐振单元2与天线接口1并联，用于提供一个谐振峰，且提供的谐振峰的位置在一个预设频率处；多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元3与基础谐振单元2串联，并且多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元3均提供一个谐振峰；其中，基础谐振单元2提供的谐振峰的位置和每个指定谐振单元3提供的谐振峰的位置均在不同的预设频率处；输入输出端口4用于输入待发射的电信号或输出接收的电信号。该装置无需其他固件和硬件配合、结构简单、能耗低，并且占用空间小。
Description
技术领域
本发明涉及电磁波测井技术领域，特别涉及一种电磁波天线多频谐振装置和方法。
背景技术
电磁波测井技术是一种用于获取地下岩石和流体信息的非侵入性方法。它通过向地下发送电磁波并测量其响应来获取地下介质的电磁特性。电磁波测井技术的原理是基于地下岩石和流体对电磁波的吸收、散射和传播的特性。当电磁波通过地下介质时，它们会与介质中的电荷和电流相互作用。这些相互作用会导致电磁波的传播速度、振幅和相位发生变化。通过测量电磁波的这些变化，可以推断地下介质的电磁特性，如电导率、介电常数和磁导率。
电磁波仪器在进行井下探测的过程中一般会通过改变仪器发射的频率来实现不同的探测深度或对岩性进项判断。电磁波仪器一般井下工作时至少使用两种频率，然而为了提高天线的发射或采集效率，通常要将天线的谐振频率调整到仪器设计的发射频率大小。然而仪器使用多个频率工作时，天线的谐振频率需要与发射频率的改变。常规的天线谐振频率变换方法为使用继电器或开关器件等方式，主动的改变天线的谐振频率，然而这种方式，一方面需要固件和硬件配合完成谐振频率的转换，另一方面，在使用多个发射频率切换时，电路结构复杂，能量损耗提高，并且占用仪器空间。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种无需其他固件和硬件配合、结构简单、能耗低的电磁波天线多频谐振装置和方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明第一方面提供了一种电磁波天线多频谐振装置，包括：依次连接的天线接口、基础谐振单元、多个指定谐振单元和输入输出端口；所述天线接口用于连接天线；所述基础谐振单元与所述天线接口并联，用于提供一个谐振峰，且提供的谐振峰的位置在一个预设频率处；所述多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元与所述基础谐振单元串联，并且所述多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元均提供一个谐振峰；其中，所述基础谐振单元提供的谐振峰的位置和每个指定谐振单元提供的谐振峰的位置均在不同的预设频率处；输入输出端口用于输入待发射的电信号或输出接收的电信号。
可选地，所述基础谐振单元包括并联的电容和电阻；所述基础谐振单元中的电容和电阻分别与所述天线接口并联；所述多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元包括任意两者之间相互并联设置的电感、电容和电阻。
可选地，所述多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元串联在所述基础谐振单元的一端。
可选地，所述多个指定谐振单元中的一部分指定谐振单元串联在所述基础谐振单元的一端；所述多个指定谐振单元中的另一部分指定谐振单元串联在所述基础谐振单元的另一端。
可选地，所述预设频率为所述天线待发射的电磁波的多个频率或所述天线待接收的电磁波的多个频率；所述多个指定谐振单元中指定谐振单元的数量，由发射频率的数量确定；每个指定谐振单元的参数以及所述基础谐振单元的参数共同确定每个谐振峰的位置。
本发明第二方面提供了一种电磁波天线多频谐振方法，使用如本发明第一方面提供的电磁波天线多频谐振装置进行谐振。
可选地，电磁波天线多频谐振方法包括：基于所需谐振峰的数量确定指定谐振单元的数量；测试每个谐振峰的位置是否在对应的预设频率处；若是，则进行谐振；若否，则调整基础谐振单元和多个指定谐振单元的参数，之后在进行测试，直至每个谐振峰的位置均在对应的预设频率处。
可选地，谐振单元包括多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元和基础谐振单元；所述调整基础谐振单元和多个指定谐振单元的参数的步骤包括：
确定不在对应预设频率处的待调整的谐振峰；主要调整与待调整的谐振峰对应的谐振单元的参数，次要调整待调整的谐振峰对应的谐振单元以外的谐振单元。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明提供的电磁波天线多频谐振装置通过基础谐振单元和多个指定谐振单元提供了多个在不同预设频率的谐振峰的，增加多个频率之间的共振特征，能够使天线在多个设定频率下有很好的频率响应参数，可以有效的提高天线在多个频率下的发射或采集效率，并且本发明提供的电磁波天线多频谐振装置无需其他固件和硬件配合完成谐振频率的转换，在使用多个发射频率切换时，电路结构简单，能量损耗低，占用空间小，节省大量人力物力。
附图说明
图1是本发明第一实施方式一实施例提供的电磁波天线多频谐振装置的结构示意图；
图2是本发明第一实施方式一具体实施例提供的电磁波天线多频谐振装置的结构示意图；
图3是图2的电磁波天线多频谐振装置的三频率谐振响应特征图；
图4是本发明第一实施方式一实施例提供的电磁波天线多频谐振方法的流程图。
附图标记：
1：天线接口；2：基础谐振单元；3：指定谐振单元；4：输入输出端口；。
10：天线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
电磁波测井技术是一种用于获取地下岩石和流体信息的非侵入性方法。它通过向地下发送电磁波并测量其响应来获取地下介质的电磁特性。电磁波测井技术的原理是基于地下岩石和流体对电磁波的吸收、散射和传播的特性。当电磁波通过地下介质时，它们会与介质中的电荷和电流相互作用。这些相互作用会导致电磁波的传播速度、振幅和相位发生变化。通过测量电磁波的这些变化，可以推断地下介质的电磁特性，如电导率、介电常数和磁导率。
电磁波测井技术中常用的电磁波发射方法包括感应电磁法和电磁波传播法。感应电磁法是通过在地面上产生一个变化的磁场，从而感应地下产生的涡流。这些涡流会产生一个反向的磁场，通过测量这个反向磁场的变化，可以推断地下介质的电导率。感应电磁法适用于测量较浅的地下介质。
电磁波发射技术的效率取决于多个因素。首先，电磁波的频率和波长会影响测量的深度和分辨率。高频率的电磁波可以提供更高的分辨率，但其穿透深度较浅。低频率的电磁波可以提供更深的穿透深度，但其分辨率较低。因此，在实际应用中需要根据需要选择合适的频率。
其次，地下介质的电磁特性也会影响测量的效率。不同的岩石和流体具有不同的电磁特性，对电磁波的响应也不同。因此，在解释测量结果时需要考虑地下介质的复杂性。
此外，测量设备的性能和数据处理方法也会影响测量的效率。先进的测量设备可以提供更准确和可靠的测量结果。同时，合理的数据处理方法可以提高数据的质量和解释的准确性。
电磁波仪器在进行井下探测的过程中一般会通过改变仪器发射的频率来实现不同的探测深度或对岩性进项判断。电磁波仪器一般井下工作时至少使用两种频率，然而为了提高天线的发射或采集效率，通常要将天线的谐振频率调整到仪器设计的发射频率大小。然而仪器使用多个频率工作时，天线的谐振频率需要与发射频率的改变。常规的天线谐振频率变换方法为使用继电器或开关器件等方式，主动的改变天线的谐振频率，然而这种方式，一方面需要固件和硬件配合完成谐振频率的转换，另一方面，在使用多个发射频率切换时，电路结构复杂，能量损耗提高，并且占用仪器空间。为了解决传统天线谐振频率切换复杂和损耗等问题，本发明采用了谐振单元多频同振技术，实现了天线多个谐振频率的特征响应。
第一实施方式
参见图1，本发明第一实施方式提供了一种电磁波天线多频谐振装置，包括：依次连接的天线接口1、基础谐振单元2、多个指定谐振单元和输入输出端口4；天线接口1用于连接天线；基础谐振单元2与天线接口1并联，用于提供一个谐振峰，且提供的谐振峰的位置在一个预设频率处；多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元3与基础谐振单元2串联，并且多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元3均提供一个谐振峰；其中，基础谐振单元2提供的谐振峰的位置和每个指定谐振单元3提供的谐振峰的位置均在不同的预设频率处；输入输出端口4用于输入待发射的电信号或输出接收的电信号。
其中，所说的谐振峰的位置在一个预设频率处，指的是谐振峰的谐振点的频率为预设频率，并允许一定程度的偏差。
具体来说，预设频率为发射或接收仪器的发射频率或接收频率，由仪器本身的构造决定；预设频率的具体数量和值由探测需求而定。
本实施方式提供的电磁波天线多频谐振装置通过基础谐振单元2和多个指定谐振单元提供了多个在不同预设频率的谐振峰的，增加多个频率之间的共振特征，能够使天线在多个设定频率下有很好的频率响应参数，可以有效的提高天线在多个频率下的发射或采集效率，并且本发明提供的电磁波天线多频谐振装置无需其他固件和硬件配合完成谐振频率的转换，在使用多个发射频率切换时，电路结构简单，能量损耗低，占用空间小，节省大量人力物力。
参见图2，在一可选实施例中，基础谐振单元2包括并联的电容和电阻；基础谐振单元2中的电容和电阻分别与天线接口1并联；多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元3包括任意两者之间相互并联设置的电感、电容和电阻。图中以指定谐振单元3数量为2进行举例示意。
在一可选实施例中，多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元3串联在基础谐振单元2的一端。
在一可选实施例中，多个指定谐振单元中的一部分指定谐振单元3串联在基础谐振单元2的一端；多个指定谐振单元中的另一部分指定谐振单元3串联在基础谐振单元2的另一端。
参见图2和图3，在一具体实施例中，电磁波天线多频谐振装置中指定谐振单元3数量为2，2个指定谐振单元3中的每个指定谐振单元3串联在基础谐振单元2的一端，基础谐振单元2和2个指定谐振单元3一共对3个频率的电信号进行谐振，得到如图3的三频率谐振响应特征图，图中有3个谐振峰，每个谐振峰处有一个谐振点。
在一可选实施例中，预设频率为天线待发射的电磁波的多个频率或天线待接收的电磁波的多个频率；多个指定谐振单元中指定谐振单元3的数量，由发射频率的数量确定；每个指定谐振单元3的参数以及基础谐振单元2的参数共同确定每个谐振峰的位置。需要解释的是，电感和电容组成的谐振电路能够产生谐振点，电感和电容的值可以决定谐振点频率的大小，电阻可以改变谐振单元的整体阻值。
第二实施方式
本发明第二实施方式提供了一种电磁波天线多频谐振方法，使用如本发明第一实施方式提供的电磁波天线多频谐振装置进行谐振。
本实施方式提供的电磁波天线多频谐振方法通过基础谐振单元2和多个指定谐振单元提供了多个在不同预设频率的谐振峰的，增加多个频率之间的共振特征，能够使天线在多个设定频率下有很好的频率响应参数，可以有效的提高天线在多个频率下的发射或采集效率，并且本发明提供的电磁波天线多频谐振装置无需其他固件和硬件配合完成谐振频率的转换，在使用多个发射频率切换时，电路结构简单，能量损耗低，占用空间小，节省大量人力物力。
具体来说，电磁波天线多频谐振方法包括：
S100：基于发射频率的数量确定指定谐振单元3的数量。
具体来说，若是发射频率的数量有n个(n≥3)，指定谐振单元3的数量为n-1个。
S200：测试每个谐振峰的位置是否在对应的预设频率处；
S210：若是，则进行谐振；
S220：若否，则调整基础谐振单元2和多个指定谐振单元的参数，之后在进行测试，直至每个谐振峰的位置均在对应的预设频率处。
在一可选实施例中，谐振单元包括多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元3和基础谐振单元2；
调整基础谐振单元2和多个指定谐振单元的参数的步骤包括：
S221：确定不在对应预设频率处的待调整的谐振峰；具体通过测试结果来进行确定；
S222：主要调整与待调整的谐振峰对应的谐振单元的参数，次要调整待调整的谐振峰对应的谐振单元以外的谐振单元。需要说明的是，谐振峰的数量与谐振单元的数量相同，每个谐振峰的位置由所有指定谐振单元3的数量有n个，谐振峰的数量有n+1个，因为还有一个基础谐振单元2；不同参数的谐振单元对应不同的谐振峰，调整一个谐振单元的参数，对所有谐振峰的位置都有影响，但是主要影响这个谐振单元对应的谐振峰，所以，调整一个或几个待调整的谐振峰时需要主要调整待调整的谐振峰对应的谐振单元，在通过次要调整其他谐振单元的参数来调整其他被动改变的谐振峰的位置，也可以对待调整的谐振峰的位置进行微调。
本发明旨在保护一种电磁波天线多频谐振装置与方法，其中，电磁波天线多频谐振装置，包括：依次连接的天线接口1、基础谐振单元2、多个指定谐振单元和输入输出端口4；天线接口1用于连接天线10；基础谐振单元2与天线接口1并联，用于提供一个谐振峰，且提供的谐振峰的位置在一个预设频率处；多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元3与基础谐振单元2串联，并且多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元3均提供一个谐振峰；其中，基础谐振单元2提供的谐振峰的位置和每个指定谐振单元3提供的谐振峰的位置均在不同的预设频率处；输入输出端口4用于输入待发射的电信号或输出接收的电信号。
电磁波天线多频谐振装置通过基础谐振单元2和多个指定谐振单元提供了多个在不同预设频率的谐振峰的，增加多个频率之间的共振特征，能够使天线在多个设定频率下有很好的频率响应参数，可以有效的提高天线在多个频率下的发射或采集效率，并且本发明提供的电磁波天线多频谐振装置无需其他固件和硬件配合完成谐振频率的转换，在使用多个发射频率切换时，电路结构简单，能量损耗低，占用空间小，节省大量人力物力。
本发明提供的电磁波天线多频谐振方法使用上述电磁波天线多频谐振装置对进行谐振调节，也具有上述优点。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (6)
1.一种电磁波天线多频谐振装置，其特征在于，包括：依次连接的天线接口（1）、基础谐振单元（2）、多个指定谐振单元和输入输出端口（4）；
所述天线接口（1）用于连接天线（10）；
所述基础谐振单元（2）与所述天线接口（1）并联，用于提供一个谐振峰，且提供的谐振峰的位置在一个预设频率处；
所述多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元（3）与所述基础谐振单元（2）串联，并且所述多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元（3）均提供一个谐振峰；其中，所述基础谐振单元（2）提供的谐振峰的位置和每个指定谐振单元（3）提供的谐振峰的位置均在不同的预设频率处；
输入输出端口（4）用于输入待发射的电信号或输出接收的电信号；
所述基础谐振单元（2）包括并联的电容和电阻；
所述基础谐振单元（2）中的电容和电阻分别与所述天线接口（1）并联；
所述多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元（3）包括任意两者之间相互并联设置的电感、电容和电阻；
所述预设频率为所述天线（10）待发射的电磁波的多个频率或所述天线（10）待接收的电磁波的多个频率；
所述多个指定谐振单元中指定谐振单元（3）的数量，由发射频率的数量确定；
每个指定谐振单元（3）的参数以及所述基础谐振单元（2）的参数共同确定每个谐振峰的位置；其中，基础谐振单元（2）和指定谐振单元（3）中的电感和电容组成的谐振电路能够产生谐振点，电感和电容的值决定谐振点频率的大小，电阻可以改变基础谐振单元（2）和指定谐振单元（3）的整体阻值。
2.根据权利要求1所述的电磁波天线多频谐振装置，其特征在于，所述多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元（3）串联在所述基础谐振单元（2）的一端。
3.根据权利要求1所述的电磁波天线多频谐振装置，其特征在于，所述多个指定谐振单元中的一部分指定谐振单元（3）串联在所述基础谐振单元（2）的一端；
所述多个指定谐振单元中的另一部分指定谐振单元（3）串联在所述基础谐振单元（2）的另一端。
4.一种电磁波天线多频谐振方法，其特征在于，使用如权利要求1-3任一项所述的电磁波天线多频谐振装置进行谐振。
5.根据权利要求4所述的电磁波天线多频谐振方法，其特征在于，包括：
基于所需谐振峰的数量确定指定谐振单元（3）的数量；
测试每个谐振峰的位置是否在对应的预设频率处；
若是，则进行谐振；
若否，则调整基础谐振单元（2）和多个指定谐振单元的参数，之后在进行测试，直至每个谐振峰的位置均在对应的预设频率处。
6.根据权利要求5所述的电磁波天线多频谐振方法，其特征在于，谐振单元包括多个指定谐振单元中的每个指定谐振单元（3）和基础谐振单元（2）；
所述调整基础谐振单元（2）和多个指定谐振单元的参数的步骤包括：
确定不在对应预设频率处的待调整的谐振峰；
主要调整与待调整的谐振峰对应的谐振单元的参数，次要调整待调整的谐振峰对应的谐振单元以外的谐振单元。
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