CN109917250B - 检测电气设备局部放电的多频点宽频天线及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测电气设备局部放电的多频点宽频天线及其设计方法，该天线包括介质基板和分别敷设于介质基板两侧的接地板和天线导线层，天线导线层包括正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线和蝶形辐射单元，正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线的末端和蝶形辐射单元的起始端无缝连接；正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线内圈采用平面阿基米德螺旋导线，外圈采用正弦波状螺旋导线；该设计方法包括确定基本参数、确定天线导线层的初始轨迹参数及初始轨迹、计算初始参数下天线的驻波比和回波损耗、确定最佳参数等步骤。本发明提供的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线，天线特性好、体积小、频带宽，提高了电气设备局部放电的检测效果。

Description

检测电气设备局部放电的多频点宽频天线及其设计方法

技术领域

本发明涉及电气设备局部放电检测设备技术领域，特别是涉及一种检测电气设备局部放电的多频点宽频天线及其设计方法。

背景技术

现代电力系统中的电气设备在生产、制造、安装、运行过程中存在各种绝缘缺陷，导致发生不同程度的局部电场畸变，继而引发电气设备发生局部放电现象。局部放电会对电气设备造成不良影响，加速电气设备的老化，影响电气设备工作的稳定性，因此对于局部放电的检测尤为重要。对电气设备进行局部放电试验，不仅能反映电气设备绝缘劣化的严重程度，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障发生的原因，及时作出防范措施，从而保障电气设备的正常运行，减少经济损失，保障人民生命财产安全。

当电气设备局部放电发生时，尖锐的电流脉冲会激发磁场并向外辐射电磁波。由于电流脉冲上升陡峭，持续时间短，脉冲激励的电磁波频率高达数1GHz，通过在设备外部安装特高频天线传感器，可以检测由局部放电电流脉冲激励的电磁波信号，实现局部放电的检测。这种方法称为特高频法。由于特高频法存在抗干扰能力强、灵敏度高、检测系统简单，能完成局部放电识别和故障识别等优势，在在线监测领域被广泛使用。

目前，所设计的用于检测电气设备局部放电的特高频天线传感器主要有为微带天线、阿基米德螺旋天线、分形天线等。微带天线具有薄的平面结构，便于共形，制造简单，成本低，但存在检测频带窄、检测低频信号困难等缺点。分形天线在不同程度上可使得天线的尺寸得到缩减，但牺牲了天线带宽、驻波比、增益等重要指标。阿基米德螺旋天线从理论上讲不受工作频带的限制，但是体积较大，接收的频带相对较窄，在检测局部放电时不具备优势。综上所述，目前对于特高频天线传感器的设计主要存在检测频带窄、频段单一、尺寸过大以及天线性能差等问题。因此，为了更好地实现电气设备局部放电的在线监测，设计一种小型化、宽带化(包含多频段)且具有良好天线特性的特高频天线，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测电气设备局部放电的多频点宽频天线及其设计方法，天线特性好、体积小、频带宽，提高了电气设备局部放电的检测效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种检测电气设备局部放电的多频点宽频天线，包括介质基板和分别敷设于介质基板两侧的接地板和天线导线层，所述天线导线层包括正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线和蝶形辐射单元，所述正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线的末端和蝶形辐射单元的起始端无缝连接；所述正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线内圈采用平面阿基米德螺旋导线，外圈采用正弦波状螺旋导线；所述多频点宽频天线的中心馈电点处设有贯穿接地板、介质基板和天线导线层的通孔，用于连接同轴射频接头。

可选的，所述正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线包括A螺旋臂和B螺旋臂，所述平面阿基米德螺旋导线沿A螺旋臂、B螺旋臂布设，正弦波状螺旋导线沿A螺旋臂、B螺旋臂布设；所述蝶形辐射单元的一翼与A螺旋臂的正弦波状螺旋导线连接，所述蝶形辐射单元的另一翼与B螺旋臂的正弦波状螺旋导线连接；

所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的轨迹由两条边缘曲线的极坐标方程确定：

其中，r₀₁、r₀₂分别是所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的两条边缘曲线初始径向距离；a为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的螺旋增长率，

为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的初始相位角，

为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的终止相位角；r_1A、r_2A分别是所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线轨迹的极径；

为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线轨迹的极角。

可选的，所述B螺旋臂的正弦波状螺旋导线轨迹由A螺旋臂的正弦波状螺旋导线旋转180°得到，所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的轨迹由其极坐标方程确定：

其中，b为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的线宽；r_1A'、r_2A'分别是所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线轨迹的极径；

为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的终止相位角；

为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线轨迹的极角。

可选的，所述蝶形辐射单元的轨迹由张角θ₀和臂长l决定，张角θ₀在60°～150°，根据经验公式，低端频率对应的波长λ₁与蝶形天线臂长l之间的关系为：

式中：λ₁为所述多频点宽频天线输入阻抗带宽的低端频率所对应的波长；Z_C为多频点宽频天线的特性阻抗。

可选的，所述检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的带宽为0.3～3GHz。

本发明还提供了一种检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的设计方法，应用于上述的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线，包括以下步骤：

步骤1：确定多频点宽频天线的基本参数，所述基本参数包括馈电方式、所述天线导线层和接地板材质、所述介质基板材质与基板厚度；

步骤2：确定所述天线导线层的初始轨迹参数：所述天线导线层的轨迹参数包括所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线初始径向距离r₀₁、r₀₂，所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的螺旋增长率a，所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的初始相位角

和终止相位角

确定所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的线宽b，所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的终止相位角

确定所述蝶形辐射单元的张角θ₀和臂长l；

步骤3：确定所述天线导线层的初始轨迹：

当

所述天线导线层的轨迹为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的轨迹，由下式确定：

其中，(x_1A，y_1A)、(x_2A，y_2A)为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的轨迹在直角坐标系中的坐标；

当

所述天线导线层的轨迹为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的轨迹，由下式确定：

其中，e为常数；

所述天线导线层的初始轨迹还包括所述蝶形辐射单元的初始轨迹，所述蝶形辐射单元的初始轨迹由张角θ₀和臂长l决定，取多频点宽频天线的张角θ₀在60°～150°，则臂长l由下式确定：

式中：λ₁为所述多频点宽频天线输入阻抗带宽的低端频率所对应的波长；Z_C为多频点宽频天线的特性阻抗；

步骤4：计算初始参数下，所述多频点宽频天线的驻波比VSWR和回波损耗S₁₁；

步骤5：优化调整确定最佳参数：根据步骤4的仿真结果，调整所述初始参数，使得在0.3～3GHz频率范围内，所述多频点宽频天线的驻波比VSWR的值与回波损耗S₁₁的值达到最小；

步骤6：根据最佳参数制作多频点宽频天线。

可选的，所述步骤1中，所述确定多频点宽频天线的基本参数，所述基本参数包括馈电方式、所述天线导线层和接地板材质、所述介质基板材质与基板厚度，具体包括：馈电方式采用指数渐变微带巴伦进行同轴线馈电，所述天线导线层和接地板材质为铜，所述介质基板的材质为FR-4，其介电常数为4.4，厚度为1.6mm。

可选的，所述步骤2中，确定所述天线导线层的初始轨迹参数为所述天线导线层的轨迹参数包括所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线初始径向距离r₀₁为1mm、r₀₂为2mm，所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的螺旋增长率a为0.65，所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的初始相位角

为-π/6和终止相位角

为13π/6；确定所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的线宽b，所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的终止相位角

为16π/6；确定所述蝶形辐射单元的张角θ₀为148.2°和臂长l为85.4mm。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线及其设计方法，其中，多频点宽频天线由A螺旋臂和B螺旋臂构成，采用平面阿基米德螺旋导线和正弦波状螺旋导线相结合，采用曲流技术对螺旋双臂进行正弦波曲折化处理，保证在天线直径一定的前提下延长了天线臂的有效电长度，降低辐射带对应的工作频率，达到天线小型化的设计目的；将正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线与蝶形辐射单元相结合，增加了频带宽度、实现了多频特性，并保证天线具备较好的天线性能；本发明提供的电线作为检测电力设备局部放电信号的特高频传感器，在0.3～3GHz范围内具备多个检测频带，具有检测频带宽、体积小等优点，应用于电力设备局部放电检测时，具有很好的检测效果和经济特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的结构示意图；

图2为本发明实施例中检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的设计方法的流程图；

图3为本发明实施例0.3～3GHz频率范围内回波损耗的变化曲线图；

图4为本发明实施例0.3～3GHz频率范围内驻波比的变化曲线图；

图5为本发明实施例检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的设计方法的三维增益方向图；

附图标记：1、A螺旋臂；2、B螺旋臂；3、蝶形辐射单元；4、介质基板；5、接地板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种检测电气设备局部放电的多频点宽频天线及其设计方法，天线特性好、体积小、频带宽，提高了电气设备局部放电的检测效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例中检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的结构示意图，如图1所示，本发明提供的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线，包括介质基板4和分别敷设于介质基板4两侧的接地板5和天线导线层，此处两侧指介质基板4的正面和背面，所述天线导线层包括正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线和蝶形辐射单元3，所述蝶形辐射单元3包括两翼，分别位于正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线的两侧，所述正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线的末端和蝶形辐射单元3的起始端无缝连接；所述正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线内圈采用平面阿基米德螺旋导线，外圈采用正弦波状螺旋导线；所述多频点宽频天线的中心馈电点处设有贯穿接地板、介质基板和天线导线层的通孔，用于连接同轴射频接头。所述检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的带宽为0.3～3GHz。

所述正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线包括A螺旋臂1和B螺旋臂2，所述平面阿基米德螺旋导线沿A螺旋臂、B螺旋臂布设，正弦波状螺旋导线沿A螺旋臂、B螺旋臂布设；所述蝶形辐射单元3的一翼与A螺旋臂的正弦波状螺旋导线连接，所述蝶形辐射单元3的另一翼与B螺旋臂的正弦波状螺旋导线连接

所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的轨迹由两条边缘曲线的极坐标方程确定：

其中，r₀₁、r₀₂分别是所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的两条边缘曲线初始径向距离；a为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的螺旋增长率，

为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的初始相位角，

为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的终止相位角；r_1A、r_2A分别是所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线轨迹的极径；

为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线轨迹的极角。

所述B螺旋臂的正弦波状螺旋导线轨迹由A螺旋臂的正弦波状螺旋导线旋转180°得到，所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的轨迹由其极坐标方程确定：

其中，b为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的线宽；r_1A'、r_2A'分别是所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线轨迹的极径；

为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的终止相位角；

为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线轨迹的极角，根据A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的轨迹，将所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线旋转180°即可得知B螺旋臂的正弦波状螺旋导线轨迹。

所述蝶形辐射单元的轨迹由张角θ₀和臂长l决定，张角θ₀在60°～150°，根据经验公式，低端频率对应的波长λ₁与蝶形天线臂长l之间的关系为：

式中：λ₁为所述多频点宽频天线输入阻抗带宽的低端频率所对应的波长；Z_C为多频点宽频天线的特性阻抗。

一般来说，传统阿基米德螺旋天线的低端截止频率大约为f_min＝c/λ＝c/(πD)，取决于天线最外圈的直径大小；高端截止频率一般大小约为f_max＝c/4d，取决于馈电点之间的距离。根据上面叙述可初步确定多频点宽频天线的两个参数：r₀₁＝d/2＝c/8f_max，R_max＝D/2＝c/2πf_min，其中，

上述已经提到a是天线面的螺旋增长率，不同a的对天线的影响是通过经验和实践来确定的一个值。初步确定a即可得到，螺旋线的圈数

即确定

的初始大小，根据

即可得出r₀₂。正弦波振幅e和每圈螺旋线所含正弦波周期数n也是影响天线辐射性能和小型化程度的关键因素，在天线设计过程中要合理选择这些参数。由于蝶形辐射单元的性能由张角θ₀和臂长l决定，综合考虑天线的尺寸与带宽，初步选取蝶形辐射单元的张角为90°，从而确定臂长l。由于该天线的r₀₁、r₀₂、a、

e、θ₀和l对天线的小型化、宽带化(包含多频段)产生重要影响，因此在设计过程中需要根据仿真结果合理调整这些参数，使多频点宽频天线的性能达到最优。在模型参数确定后，本发明根据选择的介质基板与馈电方式，对多频点宽频天线进行结构设计。本发明提供的多频点宽频天线即为检测电力设备局部放电信号的特高频传感器，该天线在0.3～3GHz范围内具备多个检测频带，具有检测频带宽、体积小、方向性好等优点，应用在电气设备在线监测领域时具有很好的检测效果和经济特性。

本发明还提供了一种检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的设计方法，应用于上述的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线，如图2所示，该设计方法包括以下步骤：

步骤1：确定多频点宽频天线的基本参数：所述基本参数包括馈电方式、所述天线导线层和接地板材质、所述介质基板材质与基板厚度；

步骤2：确定所述天线导线层的初始轨迹参数：所述天线导线层的轨迹参数包括所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线初始径向距离r₀₁、r₀₂，所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的螺旋增长率a，所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的初始相位角

和终止相位角

确定所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的线宽b，所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的终止相位角

确定所述蝶形辐射单元的张角θ₀和臂长l；

步骤3：确定所述天线导线层的初始轨迹：

当

所述天线导线层的轨迹为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的轨迹，由下式确定：

其中，(x_1A，y_1A)、(x_2A，y_2A)为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的轨迹在直角坐标系中的坐标；

当

所述天线导线层的轨迹为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的轨迹，由下式确定：

其中，e为常数；

所述天线导线层的初始轨迹还包括所述蝶形辐射单元的初始轨迹，所述蝶形辐射单元的初始轨迹由张角θ₀和臂长l决定，张角θ₀会影响天线的带宽，臂长l会影响天线的低频特性，综合考虑尺寸与带宽的因素，可取多频点宽频天线的张角θ₀在60°～150°，则臂长l由下式确定：

式中：λ₁为所述多频点宽频天线输入阻抗带宽的低端频率所对应的波长；Z_C为多频点宽频天线的特性阻抗；

步骤4：计算初始参数下，所述多频点宽频天线的驻波比VSWR和回波损耗S₁₁；

步骤5：优化调整确定最佳参数：根据步骤4的仿真结果，调整所述初始参数，使得在0.3～3GHz频率范围内，所述多频点宽频天线的驻波比VSWR的值与回波损耗S₁₁的值达到最小；

步骤6：根据最佳参数制作多频点宽频天线。

在步骤5中，所述多频点宽频天线的驻波比VSWR的值与回波损耗S₁₁的值达到最小时，得到的参数为最佳参数，否则不是，如果不是需要反复调整，直到在0.3～3GHz频率范围内，所述多频点宽频天线的驻波比VSWR的值与回波损耗S₁₁的值达到最小。

在步骤1中，所述确定多频点宽频天线的基本参数，所述基本参数包括馈电方式、所述天线导线层和接地板材质、所述介质基板材质与基板厚度，具体包括：馈电方式采用指数渐变微带巴伦进行同轴线馈电，所述天线导线层和接地板材质为铜，所述介质基板的材质为FR-4，其介电常数为4.4，厚度为1.6mm。

在步骤2中，确定所述天线导线层的初始轨迹参数为所述天线导线层的轨迹参数包括所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线初始径向距离r₀₁为1mm、r₀₂为2mm，所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的螺旋增长率a为0.65，所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的初始相位角

为-π/6和终止相位角

为13π/6；确定所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的线宽b，所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的终止相位角

为16π/6；确定所述蝶形辐射单元的张角θ₀为148.2°和臂长l为85.4mm。所述多频点宽频天线的参数如表1所示。

表1

如图3所示，所述多频点宽频天线在300MHz～3GHz范围内有多个检测频带，并且每个谐振点处的带宽都比较宽。如图4所示，该天线在300MHz～3GHz范围内具有很好的信号接收特性，并且在每个谐振频点处的电压驻波比均小于2，满足天线设计的要求。如图5所示，所述多频点宽频天线具有球状的方向性，能接受来自各个方向的电磁波信号，其方向性和增益都比较好。该天线在300MHz～3GHz范围内回波损耗的绝对值大于20dB，电压驻波比VSWR小于2，能较好地检测电力设备局部放电信号，此时可以确定最佳参数。

本发明提供的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线及其设计方法，其中，多频点宽频天线由A螺旋臂和B螺旋臂构成，采用平面阿基米德螺旋导线和正弦波状螺旋导线相结合，采用曲流技术对螺旋双臂进行正弦波曲折化处理，保证在天线直径一定的前提下延长了天线臂的有效电长度，降低辐射带对应的工作频率，达到天线小型化的设计目的；将正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线与蝶形辐射单元相结合，增加了频带宽度、实现了多频特性，并保证天线具备较好的天线性能；本发明提供的电线作为检测电力设备局部放电信号的特高频传感器，在0.3～3GHz范围内具备多个检测频带，具有检测频带宽、体积小等优点，应用于电力设备局部放电检测时，具有很好的检测效果和经济特性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种检测电气设备局部放电的多频点宽频天线，其特征在于，包括介质基板和分别敷设于介质基板两侧的接地板和天线导线层，所述天线导线层包括正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线和蝶形辐射单元，所述正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线的末端和蝶形辐射单元的起始端无缝连接；所述正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线内圈采用平面阿基米德螺旋导线，外圈采用正弦波状螺旋导线；所述多频点宽频天线的中心馈电点处设有贯穿接地板、介质基板和天线导线层的通孔，用于连接同轴射频接头；所述正弦波状平面改进阿基米德螺旋导线包括A螺旋臂和B螺旋臂，所述平面阿基米德螺旋导线沿A螺旋臂、B螺旋臂布设，正弦波状螺旋导线沿A螺旋臂、B螺旋臂布设，所述B螺旋臂的正弦波状螺旋导线轨迹由A螺旋臂的正弦波状螺旋导线旋转180°得到，所述蝶形辐射单元的一翼与A螺旋臂的正弦波状螺旋导线连接，所述蝶形辐射单元的另一翼与B螺旋臂的正弦波状螺旋导线连接；所述蝶形辐射单元的轨迹由张角和臂长决定；

所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的轨迹由两条边缘曲线的极坐标方程确定：

其中，r₀₁、r₀₂分别是所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的两条边缘曲线初始径向距离；a为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的螺旋增长率，

为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的初始相位角，

为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的终止相位角；r_1A、r_2A分别是所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线轨迹的极径；

为所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线轨迹的极角；

所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的轨迹由其极坐标方程确定：

其中，b为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的线宽；r_1A'、r_2A'分别是所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线轨迹的极径；

为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的终止相位角；

为所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线轨迹的极角。

2.根据权利要求1所述的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线，其特征在于，所述蝶形辐射单元的轨迹由张角θ₀和臂长l决定，张角θ₀在60°～150°，根据经验公式，低端频率对应的波长λ₁与蝶形天线臂长l之间的关系为：

式中：λ₁为所述多频点宽频天线输入阻抗带宽的低端频率所对应的波长；Z_C为多频点宽频天线的特性阻抗。

3.根据权利要求1所述的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线，其特征在于，所述检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的带宽为0.3～3GHz。

4.一种检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的设计方法，应用于权利要求1-3任一所述的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定多频点宽频天线的基本参数，所述基本参数包括馈电方式、所述天线导线层和接地板材质、所述介质基板材质与基板厚度；

步骤2：确定所述天线导线层的初始轨迹参数：所述天线导线层的轨迹参数包括A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线初始径向距离r₀₁、r₀₂，A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的螺旋增长率a，A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的初始相位角

和终止相位角

确定A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的线宽b，A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的终止相位角

确定所述蝶形辐射单元的张角θ₀和臂长l；

步骤3：确定所述天线导线层的初始轨迹：

当

所述天线导线层的轨迹为A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的轨迹，由下式确定：

其中，(x_1A，y_1A)、(x_2A，y_2A)为A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的轨迹在直角坐标系中的坐标；

当

所述天线导线层的轨迹为A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的轨迹，由下式确定：

其中，e为常数；

所述天线导线层的初始轨迹还包括所述蝶形辐射单元的初始轨迹，所述蝶形辐射单元的初始轨迹由张角θ₀和臂长l决定，取多频点宽频天线的张角θ₀在60°～150°，则臂长l由下式确定：

式中：λ₁为所述多频点宽频天线输入阻抗带宽的低端频率所对应的波长；Z_C为多频点宽频天线的特性阻抗；

步骤4：计算初始参数下，所述多频点宽频天线的驻波比VSWR和回波损耗S₁₁；

步骤5：优化调整确定最佳参数：根据步骤4的仿真结果，调整所述初始参数，使得在0.3～3GHz频率范围内，所述多频点宽频天线的驻波比VSWR的值与回波损耗S₁₁的值达到最小；

步骤6：根据最佳参数制作多频点宽频天线。

5.根据权利要求4所述的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的设计方法，其特征在于，所述步骤1中，确定多频点宽频天线的基本参数，所述基本参数包括馈电方式、所述天线导线层和接地板材质、所述介质基板材质与基板厚度，具体包括：馈电方式采用指数渐变微带巴伦进行同轴线馈电，所述天线导线层和接地板材质为铜，所述介质基板的材质为FR-4，其介电常数为4.4，厚度为1.6mm。

6.根据权利要求4所述的检测电气设备局部放电的多频点宽频天线的设计方法，其特征在于，所述步骤2中，确定所述天线导线层的初始轨迹参数，所述天线导线层的轨迹参数包括所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线初始径向距离r₀₁为1mm、r₀₂为2mm，所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的螺旋增长率a为0.65，所述A螺旋臂的平面阿基米德螺旋导线的初始相位角

为-π/6和终止相位角

为13π/6；确定所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的线宽b，所述A螺旋臂的正弦波状螺旋导线的终止相位角

为16π/6；确定所述蝶形辐射单元的张角θ₀为148.2°和臂长l为85.4mm。

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