[發(fā)明專利]局部放電超高頻檢測Hilbert分形天線陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210386206.3
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102916247A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李劍;楊麗君;杜林;王有元;張曉星;廖瑞金;唐炬;陳偉根;王鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué);重慶凡奧科技有限公司
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q21/00;G01R31/12
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分形天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種電力變壓器局部放電超高頻檢測分形天線。

背景技術(shù)

電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其正常運(yùn)行是電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證。變壓器故障以分為三類：機(jī)械故障、導(dǎo)體故障和絕緣故障。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，在以上的三類故障中，絕緣引起的故障所占比重最大，而在發(fā)生絕緣故障前會產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。因此，通過變壓器局部放電的在線監(jiān)測，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的潛伏性故障，避免發(fā)生突發(fā)性的絕緣故障，有利于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

變壓器絕緣體內(nèi)發(fā)生局部放電時(shí)，其激發(fā)的信號，除了以脈沖電流的形式通過變壓器繞組和電力線向外傳播外，還可以以電磁波的形式向外傳播，且其激發(fā)的電磁波頻率可以達(dá)到上GHz。鑒于此種特點(diǎn)，科技人員研究出超高頻法來進(jìn)行相關(guān)監(jiān)測。局部放電超高頻監(jiān)測法通過傳感變壓器內(nèi)部局部放電所激發(fā)的超高頻電磁信號，實(shí)現(xiàn)局部放電的監(jiān)測和定位。由于超高頻監(jiān)測法具有靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到研究機(jī)構(gòu)、制造廠商及電力系統(tǒng)運(yùn)行部門廣泛關(guān)注和應(yīng)用。

超高頻天線是變壓器局部放電超高頻在線監(jiān)測方法的關(guān)鍵技術(shù)。天線良好的性能是成功實(shí)現(xiàn)高靈敏度變壓器局部放電監(jiān)測的根本保證。目前用于變壓器局部放電在線監(jiān)測超高頻檢測的天線主要有阿基米德雙臂平面螺旋天線、圓錐天線、偶極子天線和分形天線等，其中應(yīng)有最多的是阿基米德雙臂平面螺旋天線。實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明現(xiàn)有的超高頻天線分別存在一下問題：1）檢測頻帶較窄，損失了較多的局部放電信息；2）體積大，不利于安裝；3）增益小，不利于接收微弱的局部放電信號。

因此急需一種能夠滿足變壓器局部放電在線監(jiān)測超高頻檢測的要求的天線。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠滿足變壓器局部放電在線監(jiān)測超高頻檢測的要求的天線；該天線克服了現(xiàn)有天線檢測頻帶較窄、體積大、增益小的缺點(diǎn)，具有頻帶寬、增益高，能夠滿足變壓器局部放電在線監(jiān)測超高頻檢測的要求。

本發(fā)明的目的是提出一種超高頻Hilbert分形天線陣列。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供的局部放電超高頻檢測Hilbert分形天線陣列，包括饋電網(wǎng)絡(luò)和至少一個(gè)天線單元排列連接構(gòu)成的天線陣列，所述饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在天線陣列的背部；

所述天線單元，用于耦合空間中的電磁波信號，并轉(zhuǎn)換成高頻電流信號；

所述饋電網(wǎng)絡(luò)，用于連接天線端口與陣列陣元,構(gòu)成射頻信號傳輸?shù)耐贰?/p>

進(jìn)一步，所述天線單元包括上層介質(zhì)基底、下層介質(zhì)基底、輻射導(dǎo)線貼片、附加導(dǎo)線貼片、寄生導(dǎo)線貼片、接地層和饋電探針；

所述上層介質(zhì)基底和下層介質(zhì)基底之間設(shè)置有空氣層，所述輻射導(dǎo)線貼片敷設(shè)在上層基底的上表面，所述附加導(dǎo)線貼片敷設(shè)在上層基底的下表面；所述寄生導(dǎo)線貼片敷設(shè)在下層基底的上表面，所述接地層敷設(shè)在下層基底的下表面；所述輻射導(dǎo)線貼片通過饋電探針饋電，所述寄生導(dǎo)線貼片通過耦合饋電。

進(jìn)一步，所述導(dǎo)線貼片包括主輻射臂和與主輻射臂同形設(shè)置的寄生臂，所述主輻射臂根據(jù)三階Hilbert分形曲線進(jìn)行設(shè)置；所述主輻射臂設(shè)置有饋電點(diǎn)，所述饋電點(diǎn)位置設(shè)置在最接近于所述主輻射臂的幾何中心點(diǎn)處的導(dǎo)線段上。

進(jìn)一步，所述饋電網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)Wilkinson功分器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步，所述導(dǎo)線貼片在上層介質(zhì)基底和下層介質(zhì)基底上的覆蓋面為矩形面。

進(jìn)一步，所述矩形面的邊長取值范圍為35~250mm；所述主輻射臂的寬度取值范圍為1~10mm；所述寄生臂的寬度取值范圍為0.5~8mm；所述寄生臂與主輻射臂的間距取值范圍為0.5~5mm。

進(jìn)一步，所述上層介質(zhì)基底和下層介質(zhì)基底為環(huán)氧樹脂電介質(zhì)板，其介電常數(shù)為4.4；所述上層介質(zhì)基底和下層介質(zhì)基底的邊長長于所述導(dǎo)線貼片在上層介質(zhì)基底和下層介質(zhì)基底上的覆蓋面的邊長，其差值范圍為2~15mm；所述上層介質(zhì)基底和下層介質(zhì)基底的厚度取值范圍為2~10mm；所述上層介質(zhì)基底和下層介質(zhì)基底中間空氣層厚度的取值范圍為1~10mm。

進(jìn)一步，所述天線陣列中的天線單元數(shù)取值范圍為2~16。

進(jìn)一步，所述導(dǎo)線貼片在上層介質(zhì)基底和下層介質(zhì)基底上的覆蓋面的邊長為77mm；所述主輻射臂的寬度為3mm；所述寄生臂的寬度為1mm；所述寄生臂與主輻射臂的間距為1mm。所述上層基底的厚度2.5mm，所述下層基底的厚度3.5mm，所述空氣層厚度為3mm，所述天線陣列天線單元數(shù)為4，介質(zhì)基底邊長為174mm。