一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，包括：一塊介質(zhì)基片、金屬輻射貼片和金屬接地板;介質(zhì)基片包括第一表面和與第一表面相對的第二表面；金屬輻射貼片設(shè)置于介質(zhì)基片的第一表面，金屬接地板設(shè)置于介質(zhì)基片的第二表面上；金屬輻射貼片包括多個子陣元，多個子陣元之間用微帶傳輸線串聯(lián)連接起來，并在末端子陣元的中心連接阻抗轉(zhuǎn)換器與微帶傳輸線進行饋電；子陣元的形狀為多邊形；金屬接地板上開設(shè)有多個開槽縫隙，開槽縫隙的位置為子陣元多邊形頂點的映射位置。本發(fā)明提供的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，結(jié)構(gòu)緊湊、高增益、損耗小。
【專利說明】一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，屬于電力設(shè)備狀 態(tài)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設(shè)備，其內(nèi)部絕緣部分的缺陷或劣化、 導(dǎo)電連接部分的接觸不良都使安全運行受到威脅。根據(jù)1989-1992年間全國電力系統(tǒng) 6-10kV開關(guān)柜事故統(tǒng)計，絕緣和載流引起的故障占總數(shù)的40. 2%，其中由于絕緣部分的閃 絡(luò)造成的事故占絕緣事故總數(shù)的79. 0%。
[0003] 開關(guān)柜設(shè)備局部放電量的大小，是評價該類設(shè)備健康狀態(tài)是否良好的關(guān)鍵指標(biāo)， 也是前期發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜設(shè)備絕緣隱患，保障開關(guān)柜設(shè)備安全運行的關(guān)鍵。超高頻局部放電檢 測系統(tǒng)通過接收柜體內(nèi)局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波，實現(xiàn)局部放電信號的檢測和模式識 另IJ。它可在設(shè)備不停電的情況下進行安裝，并對設(shè)備狀況進行實時動態(tài)監(jiān)測，具有極強的抗 干擾能力和較高的靈敏度。超高頻傳感器通常選用微帶天線，可以用松縮帶固定，這樣既能 避免現(xiàn)場干擾，同時還保證檢測系統(tǒng)的靈敏度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，解決現(xiàn)有的微帶天線增益低、帶寬窄、效 率低等問題，本發(fā)明提供一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，結(jié)構(gòu)緊湊，由 高增益的微帶輻射元組成。
[0005] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征在于，包括：一塊介質(zhì) 基片、金屬輻射貼片和金屬接地板；所述介質(zhì)基片包括第一表面和與第一表面相對的第二 表面；金屬輻射貼片設(shè)置于介質(zhì)基片的第一表面，金屬接地板設(shè)置于介質(zhì)基片的第二表面 上；
[0007] 所述金屬輻射貼片包括多個子陣元，多個子陣元之間用微帶傳輸線串聯(lián)連接起 來，并在末端子陣元的中心連接阻抗轉(zhuǎn)換器與微帶傳輸線進行饋電；子陣元的形狀為多邊 形；所述金屬接地板上開設(shè)有多個開槽縫隙，開槽縫隙的位置為子陣元多邊形頂點的映射 位置。
[0008] 所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征在于：所述介 質(zhì)基片的厚度h〈〈A，A為介質(zhì)基片的工作波長。
[0009] 所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征在于：多個子 陣元的排列方式是一字直線排列于所述介質(zhì)基片的第一表面相對中心位置上。
[0010] 所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征在于：所述開 槽縫隙的形狀為正方形，每一正方形開槽縫隙與金屬輻射貼片子陣元的多邊形頂點的映射 位置相對應(yīng)。
[0011] 所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征在于：所述阻 抗轉(zhuǎn)換器，長度為四分之一工作波長，使得微帶天線陣的邊緣阻抗與標(biāo)準(zhǔn)接頭50歐阻抗達 成匹配。
[0012] 所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征在于：所述金 屬輻射貼片的面積小于金屬接地板的面積。
[0013] 作為優(yōu)選方案，所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特 征在于：所述子陣元的形狀為矩形。
[0014] 有益效果：本發(fā)明提供的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，結(jié) 構(gòu)緊湊、高增益、損耗小，局部放電信號檢測用微帶天線，將傳統(tǒng)微帶天線的結(jié)構(gòu)重新設(shè)計， 將一塊金屬輻射貼片分為若干個子陣元，并且輻射陣元的形狀也由普通的矩形做了改進， 金屬接地板也相應(yīng)開縫，同時，考慮到阻抗匹配問題，輻射貼片陣元饋電時加裝阻抗轉(zhuǎn)換 器，更加優(yōu)化了天線的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖la、lb、lc分別是傳統(tǒng)矩形微帶天線結(jié)構(gòu)圖、側(cè)視圖和俯視圖；
[0016] 圖2a、2b分別是典型傳統(tǒng)矩形微帶天線實施例的回波損耗圖和方向圖；
[0017] 圖3是本發(fā)明所述微帶天線子陣元串聯(lián)饋電示意圖；
[0018] 圖4是本發(fā)明中阻抗轉(zhuǎn)換器示意圖；
[0019] 圖5是本發(fā)明所述微帶天線一個最佳實例的平面圖；
[0020]圖6是本發(fā)明所述微帶天線一個最佳實例的底視圖；
[0021] 圖7a、7b、7c分別是本發(fā)明的微帶天線的一個實施例的回波損耗圖、方向圖和阻 抗匹配圖；
[0022] 圖中：介質(zhì)基片1、子陣元2、金屬接地板3、微帶傳輸線4、開槽縫隙5。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。為了與本發(fā)明進行比較，首先對傳統(tǒng) 的微帶天線進行描述。
[0024] 參見圖la至圖lc，對微帶天線的輻射機理進行說明。對于圖la所示的矩形貼片 微帶天線，從理論上采用傳輸線模型來分析其性能。假設(shè)輻射貼片的長度近似為半波長，寬 度為w，介質(zhì)基片的厚度為h，工作波長為A。可以將輻射貼片、介質(zhì)基片和接地板視為一 段長度為A/2的低阻抗微帶傳輸線，并在傳輸線的兩端斷開形成開路。由于介質(zhì)基片的厚 度h〈〈 X，故電場沿著厚度h的方向基本沒有變化。在最簡單的情況下，假設(shè)電場沿著寬度 w方向也沒有變化。那么，在只考慮主模激勵（TM10模）的情況下，傳輸線的場結(jié)構(gòu)如圖lb 所示，輻射基本上可以認(rèn)為是由輻射貼片開路邊的邊緣引起的。在兩開路端的電場可以分 解為相對于接地板的垂直分量和水平分量。由于輻射貼片長度約為半個波長，因此兩垂直 分量電場方向相反，水平分量電場方向相同。所以，兩開路端的水平分量電場可以等效為無 限大平面上同相激勵的兩個縫隙，縫隙寬度為△ L (近似等于基片厚度h)，長度為w，兩縫隙 相距為半波長，縫隙的電場沿著w方向均勻分布，電場垂直于w方向，如圖lc所示。
[0025] 圖2a為傳統(tǒng)矩形微帶天線的回波損耗圖?；夭〒p耗是表示信號反射性能的參 數(shù)，回波損耗說明入射功率的一部分被反射回到信號源，它是指在光纖連接處，后向反射光 (連續(xù)不斷向輸入端傳輸?shù)纳⑸涔猓┫鄬斎牍獾谋嚷实姆重悢?shù)，回波損耗愈大愈好，以減 少反射光對光源和系統(tǒng)的影響。通常要求反射功率盡可能小，這樣就有更多的功率傳送到 負(fù)載。典型情況下設(shè)計者的目標(biāo)是至少10dB的回波損耗。圖2b為傳統(tǒng)矩形微帶天線的方 向圖。每一同心圓的寬度代表6dB。Y軸在與通過輻射導(dǎo)體片的中心并與其垂直的方向上。 該天線的特征在于，在金屬輻射貼片的輻射面（片表面）的各個方向上直達波是以大致相 等的強度輻射的，例如，從X軸到Y(jié)軸的所有角度0的方向。同時在Y軸方向上也具有某 種程度的天線增益。在應(yīng)用該天線進行發(fā)射和接收局部放電信號的過程中，方向性是大致 均勻的，因此傳統(tǒng)微帶天線很容易受到來自天線周圍的噪聲源產(chǎn)生的噪聲的影響。
[0026] 如圖3至圖6所示，為本發(fā)明提供的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶 天線陣，包括：一塊介質(zhì)基片1、金屬輻射貼片和金屬接地板3 ;所述介質(zhì)基片1包括第一表 面和與第一表面相對的第二表面；金屬輻射貼片設(shè)置于介質(zhì)基片的第一表面，金屬接地板 3設(shè)置于介質(zhì)基片的第二表面上；
[0027] 所述金屬輻射貼片包括多個子陣元2,多個子陣元之間用微帶傳輸線4串聯(lián)連接 起來，并在末端子陣元的中心連接阻抗轉(zhuǎn)換器與微帶傳輸線進行饋電；子陣元的形狀為多 邊形；所述金屬接地板上開設(shè)有多個開槽縫隙5,開槽縫隙5的位置為子陣元多邊形頂點的 映射位置。串聯(lián)饋電是將各個子陣元用微帶傳輸線串聯(lián)起來，對饋電的傳輸線來說，每一個 天線子陣元都等效為一個多端網(wǎng)絡(luò)。從等效網(wǎng)絡(luò)的觀點來說，這種饋電是一種級聯(lián)饋電形 式。根據(jù)傳輸線終端所接負(fù)載不同，又可以分為行波串聯(lián)饋電和諧振串聯(lián)饋電。當(dāng)終端負(fù)載 等于傳輸線的特性導(dǎo)納時，整個饋線上電流分布接近于行波狀態(tài)，稱為行波饋電，其阻抗匹 配頻帶交款，但波束指向隨頻率改變，效率較低。當(dāng)終端負(fù)載為〇或無窮大時，饋線上的電 流按駐波分布，稱為諧振饋電，其可以從陣的一端饋電，也可以從陣的中心饋電，在實際中 常在陣的中心饋電，采用中心饋電時，波束指向?qū)⒉浑S頻率改變。串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、 緊湊，饋線總長度較短，所以饋線損耗較小。
[0028] 圖4所示為一個1/4波長阻抗轉(zhuǎn)換器。一般而言，微帶天線的邊緣阻抗為 100 Q -400 Q，并不符合微波器件通用的50 Q系統(tǒng)，所以加上一段1/4波長阻抗轉(zhuǎn)換器使得 微帶天線陣的邊緣阻抗與50 Q達成匹配。假設(shè)微帶天線的邊緣阻抗為&，微帶傳輸線的特 性阻抗為1/4波長阻抗轉(zhuǎn)換器的特性阻抗為Zp

【權(quán)利要求】
1. 一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征在于，包括：一塊介質(zhì) 基片、金屬輻射貼片和金屬接地板；所述介質(zhì)基片包括第一表面和與第一表面相對的第二 表面；金屬輻射貼片設(shè)置于介質(zhì)基片的第一表面，金屬接地板設(shè)置于介質(zhì)基片的第二表面 上； 所述金屬輻射貼片包括多個子陣元，多個子陣元之間用微帶傳輸線串聯(lián)連接起來，并 在末端子陣元的中心連接阻抗轉(zhuǎn)換器與微帶傳輸線進行饋電；子陣元的形狀為多邊形； 所述金屬接地板上開設(shè)有多個開槽縫隙，開槽縫隙的位置為子陣元多邊形頂點的映射 位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征 在于：所述介質(zhì)基片的厚度^為介質(zhì)基片的工作波長。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特 征在于：多個子陣元的排列方式是一字直線排列于所述介質(zhì)基片的第一表面相對中心位置 上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征 在于：所述開槽縫隙的形狀為正方形，每一正方形開槽縫隙與金屬輻射貼片子陣元的多邊 形頂點的映射位置相對應(yīng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征 在于：所述阻抗轉(zhuǎn)換器，長度為四分之一工作波長，使得微帶天線陣的邊緣阻抗與標(biāo)準(zhǔn)接頭 50歐阻抗達成匹配。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征 在于：所述金屬輻射貼片的面積小于金屬接地板的面積。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量局部放電信號的開縫串聯(lián)饋電微帶天線陣，其特征 在于：所述子陣元的形狀為矩形。
【文檔編號】H01Q13/08GK104505600SQ201410708636
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】高山, 賈勇勇, 楊景剛, 李洪濤 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院