本发明专利技术公开了一种局部放电超高频检测Hilbert分形天线阵列，包含多个天线单元和馈电网络。所述天线单元采用层叠结构组成，包含三层导线贴片、两层介质基底。所述导线贴片包含辐射导线贴片、寄生导线贴片和附加导线贴片。所述导线贴片是根据三阶Hilbert分形曲线改进设计而成的，包含主辐射臂和寄生臂。所述馈电网络根据Wilkinson功分器进行设计，并设置在天线阵列背部。本发明专利技术的天线阵列体积小、频带宽、增益高，能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分形天线设计领域，特别涉及一种电力变压器局部放电超高频检测分形天线。
技术介绍
电力变压器是电力系统中的重要设备，其正常运行是电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。变压器故障以分为三类机械故障、导体故障和绝缘故障。从统计数据来看，在以上的三类故障中，绝缘引起的故障所占比重最大，而在发生绝缘故障前会产生局部放电现象。因此，通过变压器局部放电的在线监测，可及时发现变压器内部的潜伏性故障，避免发生突发性的绝缘故障，有利于电力系统的安全运行。变压器绝缘体内发生局部放电时，其激发的信号，除了以脉冲电流的形式通过变 压器绕组和电力线向外传播外，还可以以电磁波的形式向外传播，且其激发的电磁波频率可以达到上GHz。鉴于此种特点，科技人员研究出超高频法来进行相关监测。局部放电超高频监测法通过传感变压器内部局部放电所激发的超高频电磁信号，实现局部放电的监测和定位。由于超高频监测法具有灵敏度高和抗干扰能力强等优点，近年来得到研究机构、制造厂商及电力系统运行部门广泛关注和应用。超高频天线是变压器局部放电超高频在线监测方法的关键技术。天线良好的性能是成功实现高灵敏度变压器局部放电监测的根本保证。目前用于变压器局部放电在线监测超高频检测的天线主要有阿基米德双臂平面螺旋天线、圆锥天线、偶极子天线和分形天线等，其中应有最多的是阿基米德双臂平面螺旋天线。实际应用经验表明现有的超高频天线分别存在一下问题1)检测频带较窄，损失了较多的局部放电信息；2)体积大，不利于安装；3)增益小，不利于接收微弱的局部放电信号。因此急需一种能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求的天线。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求的天线；该天线克服了现有天线检测频带较窄、体积大、增益小的缺点，具有频带宽、增益高，能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求。本专利技术的目的是提出一种超高频Hilbert分形天线阵列。本专利技术的目的是这样实现的 本专利技术提供的局部放电超高频检测Hilbert分形天线阵列，包括馈电网络和至少一个天线单元排列连接构成的天线阵列，所述馈电网络设置在天线阵列的背部； 所述天线单元，用于耦合空间中的电磁波信号，并转换成高频电流信号； 所述馈电网络，用于连接天线端口与阵列阵元，构成射频信号传输的通路。进一步，所述天线单元包括上层介质基底、下层介质基底、辐射导线贴片、附加导线贴片、寄生导线贴片、接地层和馈电探针；所述上层介质基底和下层介质基底之间设置有空气层，所述辐射导线贴片敷设在上层基底的上表面，所述附加导线贴片敷设在上层基底的下表面；所述寄生导线贴片敷设在下层基底的上表面，所述接地层敷设在下层基底的下表面；所述辐射导线贴片通过馈电探针馈电，所述寄生导线贴片通过耦合馈电。进一步，所述导线贴片包括主辐射臂和与主辐射臂同形设置的寄生臂，所述主辐射臂根据三阶Hilbert分形曲线进行设置；所述主辐射臂设置有馈电点，所述馈电点位置设置在最接近于所述主辐射臂的几何中心点处的导线段上。进一步，所述馈电网络是根据Wi Ikinson功分器进行设计。进一步，所述导线贴片在上层介质基底和下层介质基底上的覆盖面为矩形面。进一步，所述矩形面的边长取值范围为35 250mm ;所述主辐射臂的宽度取值范围为f IOmm ;所述寄生臂的宽度取值范围为O. 5^8mm ;所述寄生臂与主辐射臂的间距取值范围为O. 5 5mm。进一步，所述上层介质基底和下层介质基底为环氧树脂电介质板，其介电常数为4.4 ;所述上层介质基底和下层介质基底的边长长于所述导线贴片在上层介质基底和下层介质基底上的覆盖面的边长，其差值范围为2 15mm ;所述上层介质基底和下层介质基底的厚度取值范围为2 10mm ;所述上层介质基底和下层介质基底中间空气层厚度的取值范围为 1 10mnin进一步，所述天线阵列中的天线单元数取值范围为2 16。进一步，所述导线贴片在上层介质基底和下层介质基底上的覆盖面的边长为77mm ;所述主辐射臂的宽度为3_ ;所述寄生臂的宽度为1_ ;所述寄生臂与主辐射臂的间距为1mm。所述上层基底的厚度2. 5mm,所述下层基底的厚度3. 5mm,所述空气层厚度为3mm,所述天线阵列天线单元数为4，介质基底边长为174mm。进一步，所述馈电网络介质基底厚度为2mm，边长为174mm ;所述馈电网络由三个二等分Wilkinson功分器级联组成；所述二等分Wilkinson功分器采用3节阻抗变换器相级联；所述阻抗变换器每节微带线宽度分别为lmm、l· 8mm,3mm ;所述阻抗变换器每节隔离电阻分别为100Ω、200Ω、400Ω ;所述阻抗变换器每节微带线长度为105mm ;所述馈电网络各端口微带线宽度3. 8mm。本专利技术的优点在于与传统的Hilbert分形曲线相比,本专利技术改进的Hilbert分形曲线具有更多谐振频率，易于展宽天线带宽；另外，本专利技术提出的层叠结构可有效增加Hilbert分形天线的增益；采用天线阵列可进一步改善天线的增益。本专利技术提供的局部放电超高频检测Hilbert分形天线阵列具有以下有益效果 1.在300MHz到IGHz范围内具有多个检测频带，阻抗带宽(VSWR〈5)可达90.7%，能够记录局部放电的大部分信息，不会造成遗漏情形； 2.天线谐振频率处增益可达-ldBi，信号半功率波束角度宽，全方向内方向性差异小。能有效接收来自正前方的局部放电信号，检测灵敏度高高。本专利技术的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其它优点可以通过下面的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中 图I为改进的3阶Hilbert分形曲线，即所述的导线贴片； 图2为天线单元的结构示意 图3为天线导线贴片覆盖面边长为77_，主辐射臂宽度为3_，寄生臂宽度为1_，寄生臂与主福射臂间距I为Imm,天线介质基底边长取值90mm,下层介质基底厚度为3. 5mm,上层介质基底厚度为2. 5mm,空气层厚度为3mm时,天线单元的仿真驻波比 图4为4元天线阵列结构示意图；· 图5为馈电网络(即Wilkinson —分四功分器)结构尺寸 图6为本专利技术实测驻波比 图7为本专利技术实测方向 图8为本专利技术检测局部放电工频信号、波形信号及功率谱。图中，馈电点-I、主辐射臂-2、和寄生臂-3、辐射导线贴片-4、附加导线贴片-5、寄生导线贴片-6、上层介质基底_7、下层介质基底-8、接地层-9、馈电探针-10、馈电网络-11、馈电网络基底-12。具体实施例方式以下将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。实施例I 图I为改进的3阶Hilbert分形曲线，即所述的导线贴片，图2为天线单元的结构示意图，图3为天线导线贴片覆盖面边长为77mm，主辐射臂宽度为3mm，寄生臂宽度为1mm，寄生臂本文档来自技高网...
【技术保护点】
局部放电超高频检测Hilbert分形天线阵列，其特征在于：包括馈电网络和至少一个天线单元排列连接构成的天线阵列，所述馈电网络设置在天线阵列的背部；所述天线单元，用于耦合空间电磁波信号，并转换成高频电流信号；所述馈电网络，用于连接天线端口与阵列阵元,构成射频信号传输的通路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李剑，杨丽君，杜林，王有元，张晓星，廖瑞金，唐炬，陈伟根，王鹏，
申请(专利权)人：重庆大学，重庆凡奥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。