一種Hilbert分形超高頻天線的設計方法
【專利摘要】一種Hilbert分形超高頻天線的設計方法，它在介質基板的兩側分別設置接地板和Hilbert分形導線層，確定導線層內導線段各部分尺寸時將平行雙導線、短路終端和附加導線段的長度列為參數(shù)，同時考慮導線寬度、介質厚度和介質介電常數(shù)，建立天線的諧振頻率和駐波比的計算方程，并在諧振頻率和駐波比的可用范圍內對上述參數(shù)進行仿真優(yōu)化，得到三類導線段長度及導線段寬度的最佳值，最后根據(jù)仿真結果制作Hilbert分形天線。本發(fā)明通過改變平行雙導線、短路終端和附加導線的長度對Hilbert分形天線進行優(yōu)化，大大改善了天線對電力設備局部放電超高頻信號的采集效果。
【專利說明】—種Hi Ibert分形超高頻天線的設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于采集電力設備局部放電超高頻信號的四階Hilbert分形天線的設計及優(yōu)化方法，屬天線【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，電力設備的安全穩(wěn)定運行越來越受到人們的重視。近年來，電力設備事故時有發(fā)生，而局部放電是事故發(fā)生前期的一般特征。因此，利用局部放電在線監(jiān)測裝置對電力設備的局部放電信號進行實時監(jiān)測，使設備維護人員及時了解設備的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)并排除電力設備的潛在缺陷，對避免電力設備事故的發(fā)生具有重要意義。
[0003]Hilbert分形天線是局部放電在線監(jiān)測裝置中常用的局部放電信號接收元件，Hilbert分形天線是目前所有天線類型中的典型設計，由介質基板、導線層和接地板構成，其中導線層為Hilbert分形形狀。圖1是一至四階Hilbert分形形狀示意圖,Hilbert分形可以描述為:將正方形等分成四個一階小正方形，依次連接左下角、左上角、右上角、右下角的正方形中心，得到一個分型單元(即一階Hilbert分形);將每個一階小正方形分別分割為四個二階小正方形，重復上述過程，生成的高階分形單元開口方向遵守一定規(guī)則(圖1中左下角、左上角、右上角、右下角的高階分形單元的開口方向依次為:左、下、下、右)，并按照特定的順序連接分型單元的開口(圖1中為依次連接左下角、左上角、右上角、右下角的高階分形單元開口)，最終就得到一條可以填滿整個正方形的曲線，這就是Hibert曲線。HiIbert分形天線的導線層構成的高階分形曲線中，成對的兩個邊為平行雙導線(圖2中的細實線a)，連接平行雙導線的邊為短路終端(圖2中的粗實線b)，將分型單元連接為完整曲線的邊為附加導線段(圖2中的粗虛線C)。
[0004]分形Hilbert天線比偶極子天線更適合于多頻帶或寬帶應用場合；另一方面如果要保持同樣的諧振頻率，Hilbert分形天線長度約為同樣偶極天線的1/7，因此占用空間很小。
[0005]目前，用于采集電力設備局部放電超高頻信號的Hilbert分形天線按階數(shù)分類主要有兩種，一是三階Hilbert分形天線，二是四階Hilbert分形天線。但現(xiàn)有的Hilbert分形天線均存在明顯的設計缺陷=Hilbert分形天線導線段的平行雙導線、短路終端和附加導線的長度都是相等的，忽視了不同類型的導線段對信號所產生的影響的差異，因此不能獲得理想的采集效果。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術之弊端，提供一種Hilbert分形超高頻天線的設計方法，以改善Hilbert分形天線對電力設備局部放電超高頻信號的采集效果。
[0007]本發(fā)明所述問題是以下述技術方案實現(xiàn)的:
一種Hilbert分形超高頻天線的設計方法，所述方法在介質基板的兩側分別設置接地板和Hilbert分形導線層，確定導線層內導線段各部分尺寸時將平行雙導線、短路終端和附加導線段的長度列為參數(shù)，同時考慮導線寬度、介質厚度和介質介電常數(shù)，建立天線的諧振頻率和駐波比的計算方程，并在諧振頻率和駐波比的可用范圍內對上述參數(shù)進行優(yōu)化，得到三類導線段長度及導線段寬度的最佳值，最后根據(jù)優(yōu)化結果制作Hilbert分形天線。
[0008]上述Hilbert分形超高頻天線的設計方法,所述Hilbert分形超高頻天線為四階，其具體設計步驟如下:
a.按傳統(tǒng)定義將天線的導線段劃分為64對平行雙導線、64條短路終端和63條附加導線，平行雙導線、短路終端、附加導線的長度分別用M、N、A表示；三類導線段的寬度相同，用W表示；
b.建立天線諧振頻率f；和駐波比VSWR的計算方程:.? AkQA+m) rx
【權利要求】
1.一種Hilbert分形超高頻天線的設計方法,其特征是,所述方法在介質基板的兩側分別設置接地板和Hilbert分形導線層，確定導線層內導線段各部分尺寸時將平行雙導線、短路終端和附加導線段的長度列為參數(shù)，同時考慮導線寬度、介質厚度和介質介電常數(shù)，建立天線的諧振頻率和駐波比的計算方程，并在諧振頻率和駐波比的可用范圍內對上述參數(shù)進行仿真優(yōu)化，得到三類導線段長度及導線段寬度的最佳值，最后根據(jù)仿真結果制作Hilbert分形天線。
2.根據(jù)權利要求1所述的Hilbert分形超高頻天線的設計方法，其特征是，所述Hilbert分形超高頻天線為四階，其具體設計步驟如下: a.按傳統(tǒng)方法將天線的導線段劃分為64對平行雙導線、64條短路終端和63條附加導線，平行雙導線、短路終端、附加導線的長度分別用M、N、A表示；三類導線段的寬度相同，用W表示； b.建立天線諧振頻率f；和駐波比VSWR的計算方程:
3.根據(jù)權利要求1或2所述的Hilbert分形超高頻天線的設計方法，其特征是，所述介質基板的材質為FR4，厚度為1.6mm，所述接地板和導線層的材質為銅。
4.根據(jù)權利要求2所述的Hilbert分形超高頻天線的設計方法,其特征是，計算天線諧振頻率f；和駐波比VSWR時，各參數(shù)的取值如下:W起始值為1_，步進長度為0.5mm,終止值為3mm ;M、N和A起始值均為2mm，步進長度為5mm，終止值為6mm。
【文檔編號】H01Q1/38GK103793573SQ201410054521
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權日:2014年2月18日
【發(fā)明者】王永強, 馬超, 律方成 申請人:華北電力大學（保定）