CSAMT（可控源音频大地电磁法）是一种广泛应用于地质结构探测、矿产勘探和工程调查的人工源电磁方法，其探测深度与发射频率相关：高频信号用于浅层探测，低频信号用于深层探测。然而，受长距离发射电缆的电感效应影响，传统CSAMT发射器在高频段难以激发大电流，导致浅层数据信噪比低，探测精度受限。这一问题长期以来制约了CSAMT方法在浅层应用中的效果。

为解决这一瓶颈，我校地球物理与信息技术学院博士生张荣薄在王猛副教授和张魁元老师的指导下提出了高频宽带共振补偿方案研制出相应系统（图1，图2），其核心是将固定电容阵列与磁控电抗器（MCR）集成到发射回路中，通过自适应控制策略动态补偿电缆引起的电抗。该系统采用模块化设计，兼容现有CSAMT发射器，并能适应0.1至4.0公里不同长度的电缆部署，克服了地形变化以及线缆长度带来的参数波动。HBRC系统通过实时监测发射频率，自动快速切换电容阵列并调节MCR电感，确保回路始终处于谐振或近谐振状态。

图1 HBRC系统整体设计图

图2 HBRC系统实物图

实验验证显示(图3，图4)，HBRC系统在室内和野外测试中均表现出色。在不同频率下，该系统开通或者关断瞬间在800us内达到稳态；在不同长度的电缆条件下，2.56-9.6 kHz频段的发射电流显著增强：主频能量提升幅度为10-295.27%，功率因子提高1.96-73.26%，系统效率提高1.01-57.75%，有功功率增加51.44-440.32W。有效提升了浅层探测的电磁场强度。

图3 电路瞬态特性图

图4  2810uH条件下稳态波形图 (a) 9600 Hz, (b)5120Hz, (c) 2844.44Hz

本研究不仅突破了2kHz-10kHz频率下电流传输的功率限制，还为提高CSAMT方法浅层分辨率提供了一种低成本、高兼容性的解决方案，这一进展为资源勘探和工程安全检测提供了关键技术支撑，有望在矿产勘查、地质灾害预警等领域发挥重要作用。未来将扩展该仪器的动态调节范围，以支持更大功率的应用，进一步推动电磁勘探仪器的发展。

该项研究得到了国家自然科学基金项目（项目号：42374221、41874142、42327901），和国家重点研究计划项目（2022YFF0706200）的支持。

上述研究成果已发表于国际权威电力电子期刊《IEEE Transactions on Power Electronics》：Rongbo Zhang, Meng Wang*, Kuiyuan Zhang, Runfeng Yu, Lijiao Zhou and Shulin Yang. High-Frequency Broadband Resonance Compensator for the Controlled-Source Audio-frequency Magnetotelluric Transmitting system. IEEE Transactions on Power Electronics, 2025,41(3):3624-3642.

全文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11147139