[发明专利]功率放大器及其实现方法、发射机及无线随钻测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及机电领域，具体而言，涉及一种功率放大器及其实现方法、发射机以及无线随钻测量系统。

背景技术

石油、矿山等资源开发钻井过程中，大量的信息随着钻进实时传输至地面，电磁波传输是一种有效的传输手段。井下信号发射装置包括：发射天线（非对称电偶极子）和发射机。由于地层电阻率随深度的变化而变化，而发射天线等效阻抗随地层电阻率不同而变化，当地层电阻率在1Ω·m～1000Ω·m时，天线等效阻抗大约为0.1Ω～50Ω。同时，由于地层是有耗介质，电磁波在地层传输衰减很大，适应地层传输的电磁波频率范围：0～30Hz。钻井过程中发射装置安装于井下钻具内，空间狭小，工作环境恶劣，既要承受钻进过程中的抗震动、抗冲击，又要输出较大功率利于地面接收装置接收信号。因此，发射机功率放大器的设计需要满足与发射天线的动态匹配，既能在地层电阻率较小，又能在地层电阻率较高情况下实现有效功率输出。

以往的发射机功率放大器设计对于功率放大器和发射天线的匹配都是采用变压器来实现阻抗匹配。由于负载阻抗动态范围太大，需要多抽头变压器来实现，实现起来相当困难。更由于信号频率处于极低频，变压器体积要满足频率特性，势必体积要大。由于井下环境空间狭小，采用变压器的匹配办法无法实现。

因此，设计一种无变压器宽动态负载变化条件下的自适应匹配功率放大器是解决该类问题的有效办法。

针对相关技术中功率放大器无法自适应进行功率匹配的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种功率放大器及其实现方法、发射机及无线随钻测量系统，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种功率放大器的实现方法，包括：实时检测所述功率放大器输出级的电压幅度和电流幅度并根据所述电压幅度和电流幅度计算输出功率；比较所述输出功率和标准功率，并根据比较结果调整所述功率放大器的反馈控制电压；根据所述反馈控制电压调整所述功率放大器输出级的供电电压，进而控制所述功率放大器输出级的输出功率。

优选地，所述方法还包括：将输入的脉冲信号进行处理生成方波信号；根据所述供电电压调整所述方波信号的幅度，其中，所述方波信号的幅度与所述供电电压成正比；所述功率放大器的输出功率驱动所述方波信号通过发射天线发射电磁信号。

优选地，将输入的脉冲信号进行处理生成方波信号包括：对输入的两路时间互补的TTL电平脉冲信号进行调制，并将调制后的信号差动放大产生双极性方波信号；所述功率放大器的放大推动级放大调制后的方波信号，并将所述放大后的方波信号加载到所述功率放大器的输出级。

优选地，比较所述输出功率和标准功率，并根据比较结果调整所述功率放大器的反馈控制电压包括以下至少之一：根据所述输出功率得到输出功率电压值，比较所述输出功率电压值和与所述标准功率相应的标准功率电压值，在所述输出功率电压值大于所述标准功率电压值的情况下，降低反馈控制电压，否则，提高反馈控制电压；比较所述电流幅度和最大允许工作电流幅度，在所述电流幅度大于所述最大允许工作电流幅度的情况下，降低反馈控制电压。

优选地，所述方波信号是数据调制信号，其中，所述调制信号的调制模式是移相键控，差分移相键控，移频键控或幅度键控。

优选地，所述功率放大器是开关模式放大器，其输出级工作在开关状态，输出为双极性方波信号，所述方波信号的幅度由所述功率放大器的输出级的供电电压决定。

根据本发明的另一方面，提供了一种功率放大器，包括：检测模块，用于实时检测所述功率放大器输出级的电压幅度和电流幅度并根据所述电压幅度和电流幅度计算输出功率；比较模块，用于比较所述输出功率和标准功率，并根据比较结果调整所述功率放大器的反馈控制电压；调整模块，用于根据所述反馈控制电压调整所述功率放大器输出级的供电电压，进而控制所述功率放大器的输出功率。

优选地，还包括：放大推动级，用于将输入的脉冲信号进行处理生成双极性方波信号，根据所述供电电压调整所述方波信号的幅度，其中，所述方波信号的幅度与所述供电电压成正比，并利用所述功率放大器的输出功率驱动所述方波信号通过发射天线发射电磁信号。

优选地，所述放大推动级用于对输入的两路时间互补的TTL电平脉冲信号进行调制，并将调制后的信号差动放大产生双极性方波信号，然后放大调制后的方波信号，并将所述放大后的方波信号加载到所述功率放大器的输出级。