CN107359408A - 一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线 - Google Patents

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Abstract

一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，包括功分器（3）、阵列单元（4）、微带阵列馈线（1）、介质板和地板（2）。所述功分器为1:4威尔金森功分器，1:4威尔金森功分器由3个1:2威尔金森功分器构成。所述的阵列单元为44阵列单元。所述阵列单元均匀贴在介质板上；4根微带阵列馈线分别连接阵列单元的每一列；功分器的4个输出口分别接入4组串馈天线阵列；二个功分器分别连接两根相邻的微带阵列馈线后，再并联连接另一功分器；所述介质板的背面是地板。本发明微带阵列天线工作频段为22‑22.5GHz，中心频率为22.24GHz，在22.24GHz处的增益为18.1dB，适合基于无人机平台的微波复合绝缘子无损检测系统。

Description

一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线
技术领域
本发明涉及一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，属电力设备运行状态检修技术领域。
背景技术
从上世纪90年代开始，我国开始在高压线路上使用重量轻、耐污性和抗破坏性俱佳的复合绝缘子，并在20多年中，得到的大规模的应用推广。由于绝缘子所处环境特殊，绝缘子不仅要能承受电气方面的工作电压、操作过电压以及雷击过电压等作用，还要在长期机械载荷以及雨雪冰霜、风吹日晒等各种恶劣气象条件下运行，使得瓷质及复合绝缘子在运行中暴露出老化、劣化等一系列绝缘性能问题。对绝缘子劣化情况的检测，国内外研究人员寻求了多种手段，研究了许多方法。目前使用较多的方法主要有：绝缘电阻测定法、分布电压测量法、敏感绝缘子法、泄漏电流测量法以及脉冲电流法等。上述方法缺少绝缘子实时运行信息，不能对绝缘子进行及时准确的状态检测，而且存在着需要登塔作业，检测工作量大，安全性差、效率低、操作难度大、易受电磁干扰造成误检和漏检等问题，无法满足电力系统对绝缘设备的检测要求。
随着无人机的快速发展，通过无人机对绝缘子进行检测也越来越受到重视基于旋翼无人机的绝缘子憎水性检测系统以及无人机辅助巡视及绝缘子缺陷图像识别系统，将探测设备安装在无人机上，通过遥控无人机对绝缘子进行检测，具有操作简单、精度高、人力成本少等优点。由于微波穿透性强，不仅可以测量物质表层的水分，还可检测其内部的水分含量和结构，测量结果更具有代表性。微波法测量绝缘子内部含水量能够实现在线实时非接触无损检测，且数据处理方便、无污染、低能耗、安全可靠。基于微波反射法的绝缘子检测属于比较新的研究方向，目前已取得一定成果，如采用了基于微波反射法的复合绝缘子无损检测方法，该方法可很好的对复合绝缘子内部缺陷进行无损检测。目前针对微波检测绝缘子所采用的都是抛物反射面天线，由于抛物反射面天线结构存在体积大、重量重等缺点，显然不适合无人机平台，为此需要设计具有结构小、重量轻、结构简单等优点适用于无人机平台搭载的复合绝缘子非接触式微波无损检测系统的微带阵列天线。
发明内容
为解决上述抛物反射面天线相对于无人机平台存在体积大、重量重、结构松散等不足，本发明公开一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线。
本发明的技术方案如下，一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，包括功分器、阵列单元、微带阵列馈线、介质板和地板；所述阵列单元均匀贴在介质板上；4根微带阵列馈线分别连接阵列单元的每一列；功分器的4个输出口分别接入4组串馈天线阵列；二个功分器分别连接两根相邻的微带阵列馈线后，再并联连接另一功分器；所述介质板的背面是地板。
所述功分器为1:4威尔金森功分器，1:4威尔金森功分器由3个1:2威尔金森功分器构成；功分器窄部分的微带线特征阻抗为70Ω，长度为6.69mm，宽部分的微带线特征阻抗为50Ω。
所述的介质板是罗杰斯5880高频板，其介电常数为2.2，厚度为0.25mm，大小为35mm×43.9 mm；所述的地板位于介质板背面，由尺寸为35 mm×43.9 mm×0.035mm的铜片构成。
所述的阵列单元为44阵列单元，由尺寸为4.28 mm×4.28 mm×0.035mm的八边形铜片构成。
所述天线采用串馈方式进行馈电，各阵列单元中心点之间的距离为8.78mm。
所述功分器输入端部上有焊接的SMA接口；所述SMA接口的内针与微带线焊接，SMA接口的偏脚与介质板背面的地板进行焊接。
本发明的有益效果是，本发明针对绝缘子微波检测系统目前所采用的天线都是反射面天线，且反射面天线具有重量重、体积大、结构松散等缺点，不适合基于无人机平台绝缘子检测系统，为此本发明设计了面向复合绝缘子无损检测的微带阵列天线，该微带阵列天线工作频段为22-22.5GHz，中心频率为22.24GHz，在22.24GHz处的增益为18.1dBi，阵列远场方向图E面跟H面对称性好，该微带阵列天线具有结构简单、方向性强、体积小、造价低等优点，非常适合基于无人机平台的微波复合绝缘子无损检测系统。
附图说明
图1为本发明微带阵列天线结构示意图；
图2为本发明微带阵列单元结构图；
图3 为功分器结构图；
图4为1:4功分器S11参数；
图5为功分器传输系数；
图6 为天线S参数；
图7为天线远场方向图；
图中，1是微带阵列馈线；2是介质板；3是1:4功分器；4是微带阵列单元。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图1所示。
本实施例一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，包括功分器3、阵列单元4、微带阵列馈线1、介质板和地板2；所述阵列单元均匀贴在介质板上；4根微带阵列馈线分别连接阵列单元的每一列；功分器的4个输出口分别接入4组串馈天线阵列；二个功分器分别连接两根相邻的微带阵列馈线后，再并联连接另一功分器；所述介质板的背面是地板。
本实施例中的介质板为罗杰斯高频板5880；其介电常数为2.2，厚度为0.25mm，大小为35 mm×43.9 mm；地板位于介质板背面，由尺寸为35 mm×43.9 mm×0.035mm的铜片构成。
本实施例中的阵列单元为4×4阵列单元；由尺寸为4.28 mm×4.28 mm×0.035mm的八边形铜片构成。
本实施例中的功分器为1:4威尔金森功分器，1:4威尔金森功分器由3个1:2威尔金森功分器构成；功分器窄部分的微带线特征阻抗为70Ω，长度为6.69mm，宽部分的微带线特征阻抗为50Ω。
本实施例阵列天线做好后，再将SMA接口与功分器的输入端焊接，其中SMA口的内芯与微带线相连，SMA接口的偏脚与介质板底部的地板焊接。

Claims (7)

1.一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，其特征在于，所述天线包括功分器、阵列单元、微带阵列馈线、介质板和地板；所述阵列单元均匀贴在介质板上；4根微带阵列馈线分别连接阵列单元的每一列；功分器的4个输出口分别接入4组串馈天线阵列；二个功分器分别连接两根相邻的微带阵列馈线后，再并联连接另一功分器；所述介质板的背面是地板。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，其特征在于，所述功分器为1:4威尔金森功分器，1:4威尔金森功分器由3个1:2威尔金森功分器构成；功分器窄部分的微带线特征阻抗为70 Ω，长度为6.69mm，宽部分的微带线特征阻抗为50Ω。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，其特征在于，所述的介质板是罗杰斯5880高频板，其介电常数为2.2，厚度为0.25mm，大小为35 mm×43.9 mm；所述的地板位于介质板背面，由尺寸为35 mm×43.9 mm×0.035mm的铜片构成。
4.根据权利要求1所述的一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，其特征在于，所述的阵列单元为44阵列单元，由尺寸为4.28 mm×4.28 mm×0.035mm的八边形铜片构成。
5.根据权利要求1所述的一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，其特征在于，所述天线采用串馈方式进行馈电，各阵列单元中心点之间的距离为8.78mm。
6.根据权利要求1所述的一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，其特征在于，所述微带阵列天线工作频段为22-22.5GHz，中心频率为22.24GHz，在22.24GHz处的增益为18.1dB，适合基于无人机平台的微波复合绝缘子无损检测系统。
7.根据权利要求2所述的一种绝缘子微波检测用微带贴片阵列天线，其特征在于，所述功分器输入端部上有焊接的SMA接口；所述SMA接口的内针与微带线焊接，SMA接口的偏脚与介质板背面的地板进行焊接。
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