高增益天線地震勘探論文范文
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1垂直天線的構(gòu)成
垂直天線是一根指向天空的金屬桿，如圖2所示。從技術(shù)角度上看垂直天線實(shí)際上也是偶極天線，只不過空的一半在地上，一半埋入地下。埋入地下導(dǎo)線稱作地網(wǎng)。地網(wǎng)使垂直天線與大地連接，它相當(dāng)垂直天線的另外一半。垂直天線幾乎不占用水平空間，但占用很高的垂直空間。垂直天線的高度至少是1/4波長。一副80m波段的全尺寸垂直天線，它的高度竟然超過20m，所以垂直天線多用于波長不太長的波段中。實(shí)際上，不必將地網(wǎng)埋入地下，但必須為天線的每個波段都安裝盡可能多的地網(wǎng)。垂直天線如果沒有必要的地網(wǎng)，那么它性能將非常差。
我們目前地震勘探使用的通訊電臺大都是車載電臺，都在VHF/UHF頻段內(nèi)工作，在排列上用的是VHF頻段(136MHz～174MHz)，測量上用的是UHF頻段(430MHz～470MHz)，其波長大約在2m或0．7m。車臺的天線共有四個主要指標(biāo):即最大承受功率、中心頻率、增益、帶寬。一般說來，車臺的外接天線的最承受功率都在100W以上，遠(yuǎn)大于車臺的最大發(fā)射功率，而后的三個指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的。我們把天線完美諧振頻率稱為中心頻率，此時駐波比為1。即車臺發(fā)射的所有功率均被天線轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去。離開中心頻率，駐波比就會逐漸增大，我們把駐波比增大到1．5時(此時反射功率為5%)的頻帶寬度定義為天線的工作頻帶。駐波比大于1．5的時候不推薦工作，大于3(此時反射功率為25%)絕對不能工作，否則車臺會損壞(當(dāng)然車臺也有保護(hù)電路，但很危險，不能絕對保證安全)。天線的中心頻率是在制作時確定的，一般在包裝或者銘牌上會明確標(biāo)出。天線的增益取決于有源振子的尺寸和數(shù)量，以及是否具有方向性。有源振子的尺寸越大，數(shù)量越多，天線的方向性越強(qiáng)，增益就相應(yīng)越高。天線的帶寬取決于以下因素:天線的形式、材料、 品質(zhì)因數(shù)和增益。增益越高的天線帶寬越窄。天線制作出廠后，中心頻率和增益都固定了(一般天線的銘牌都標(biāo)這兩個指標(biāo))根據(jù)天線的形式、材質(zhì)、制作工藝就能估算出天線的使用頻帶。一般來說，好一點(diǎn)的天線帶寬為5MHz～6MHz．。地震勘探的工作特點(diǎn)要求天線是結(jié)構(gòu)簡單，架設(shè)方便，水平全方向輻射和接收、工作頻率比較寬，幾乎在整個VHF或UHF頻段內(nèi)都能獲得良好的SWR特性。我們現(xiàn)在所配備的高增益天線基本滿足其要求，它其實(shí)是一種1/4波長垂直天線，外形結(jié)構(gòu)如圖3所示，天線外層有玻璃鋼天線罩，所以也常被稱為“玻璃鋼”天線或“棒子”天線。這類天線之所以稱高增益，主要是相對標(biāo)準(zhǔn)偶極天線和吸盤天線而言的。在同樣的技術(shù)水平下，一般長度越長的增益也越高，常見的垂直天線從1m～6m不等。從發(fā)射效果而言當(dāng)然是高增益的長天線效果好，但我們還要考慮架設(shè)場地、環(huán)境等綜合因素，選擇適當(dāng)?shù)奶炀€。我們現(xiàn)在一般用的是兩節(jié)可結(jié)，長度加起來約為4m～6m的天線，一般都標(biāo)稱中心頻率和增益。市面上此類天線價格不一，質(zhì)量參差不齊。名牌的價格往往比一些小廠的產(chǎn)品貴一倍以上，但質(zhì)量和性能更有保證。劣質(zhì)的“玻璃鋼”天線材質(zhì)比較薄，工藝簡單，抗紫外線性能也比較差，標(biāo)稱的增益往往和實(shí)際不符。同樣長度的天線，名牌的天線的效果比小廠的劣質(zhì)天線效果好的多。而且抗風(fēng)性能不強(qiáng)，遇到大風(fēng)容易被吹彎，絲扣容易滑扣，經(jīng)常用一個工區(qū)就不能用了，所以我們建議還是用名牌的天線比較合算。
3高增益天線的架設(shè)
天線選好后，如何架設(shè)是非常重要的，架設(shè)的好就能充分發(fā)揮其作用，否則其性能將大打折扣。
3．1天線架設(shè)的位置垂直天線最大的輻射是沿著地面微上翹的方向，因此在天線周圍平面范圍內(nèi)具有一定高度的物體都會對其輻射產(chǎn)生阻擋影響。所以天線應(yīng)架設(shè)在工區(qū)中央的較高平坦處，盡可能的保證天線不受阻擋。另外要遠(yuǎn)離附近的天線塔、房子和輸電線等，同時，也應(yīng)該遠(yuǎn)離一些容易產(chǎn)生干擾信號的干擾源。
3．2建立可靠的地網(wǎng)我們現(xiàn)在用的“玻璃鋼”天線其實(shí)就垂直天線，它的地網(wǎng)非常重要，在儀器車上架設(shè)天線時我們可以把儀器車體作為地網(wǎng)，從理論上講，天線架設(shè)在儀器車體的中央效果最好(地網(wǎng)最均勻)。實(shí)際上為了方便搬家和容易撤下天線，我們一般架設(shè)在車體的后邊沿上，這也是可以的。但要求固定管能可靠的和車體接觸，形成可靠的地網(wǎng)。目前為了符合HSE有關(guān)登高規(guī)定，都是將固定管加長在低處將天線組裝完后再固定在車體的后邊沿上，經(jīng)過測試和試驗效果也不錯。中繼站天線一般架設(shè)在工區(qū)較高的部位(如山頂、樓頂上)，這時一般沒有車體這樣“天然地網(wǎng)”，在架設(shè)時最好在地上扎下一根或多根鐵棍或鐵管，建成人工地網(wǎng)，將天線的固定管可靠的固定在鐵棍或鐵管上，這樣才能很好的發(fā)揮天線的性能。
3．3保持垂直安裝在安裝天線時需要使天線保持垂直安裝，以充分發(fā)揮天線的接收和發(fā)射效能。若天線歪到一邊安裝，不但會使天線收發(fā)垂直極化方式電波的效率會降低，而且也會使天線的輻射方向圖畸變，使原來無方向性的天線輻射特性變成有一定方向的輻射，會產(chǎn)生收發(fā)信號時強(qiáng)時弱的不良效果。如果不好固定，可以用絕緣的繩子綁在天線的中央在三面或四面拉繩的方法進(jìn)行固定，保持天線的垂直。
3．4饋線的要求目前天線連接電臺的電纜通常使用特性阻抗為50Ω的同軸電纜作為饋線，為了有效地把電波從電臺傳輸?shù)教炀€接口，應(yīng)盡量減小同軸電纜的傳輸損耗。傳輸損耗取決于同軸電纜的直徑和長度，也和制造同軸電纜所采用的材料和工藝有關(guān)系。通常在頻率不變的條件下同軸電纜直徑越大，損耗越小，同軸電纜越長，損耗越大，采用鍍銀線、空芯或發(fā)泡工藝的同軸電纜損耗會較小。所以說天線無論在哪架設(shè)，饋線(同軸電纜)應(yīng)盡可能短，盡可能粗，否則也會影響輻射和接收效果。
4結(jié)束語
綜合所述，我們地震勘探過程中所說的“高增益天線”就是我們目前用的最多的“玻璃鋼”天線，它具有結(jié)構(gòu)簡單、架設(shè)方便、水平全方向輻射、接收和工作頻率比較寬等特點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于地震勘探相對固定的領(lǐng)域。它所謂的“高增益”一般是相對于車載電臺“吸盤天線”而言的，一般高出一倍以上。架設(shè)時要注意架設(shè)的位置、地網(wǎng)的建立和垂直安裝，才能充分發(fā)揮其高增益的性能。
作者：萬連順馬建剛楊玉蘭于銀花董虹于永宏單位：東方公司裝備服務(wù)處吐哈作業(yè)部