CN110277637A - 一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线 - Google Patents

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邢东方
杨雁
杨刚
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Abstract

本发明公开了一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线，具体结构为：正方形FR4基板正面中间设置有单级子贴片，单级子贴片一边连接矩形馈线；馈线另一边延伸到FR4基板的边缘，并连接设置在FR4基板边缘的SMA接口；FR4基板背面靠近SMA接口的一侧设置有矩形金属地板；SMA接口的内芯与单极子贴片相连接，接地极与地板相连接。本发明具有易于实现阻抗匹配、工艺简单、易于加工生产、使用SMA接口馈电易于与移动检测设备相连的优点，能更广泛用于实际生产中；本发明能够实现0.5GHz‑1.57GHz的天线带宽；更为重要的是，相比于其他具有同样工作带宽的天线，该天线的尺寸要小得多，便于实际的应用。

Description

一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线
技术领域
本发明属于电气设备检测领域，具体涉及一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线。
背景技术
局部放电是电气设备产生绝缘劣化的主要原因，也是重要征兆。检测电气设备的局部放电有助于判断设备当前绝缘状态，可用于电气设备故障诊断和状态评估。电气设备内部产生局部放电时，会伴随产生频率为0.3GHz-3GHz的特高频(UHF)电磁波信号。而局部放电产生的特高频电磁波信号能量集中的频段为0.5GHz-1.5GHz。电磁波信号会通过电气设备上的非金属屏蔽件传播到外部空间，因此可以用特定接收频率的天线来检测局放信号，以此来判断电气设备是否产生了局部放电信号，以用于电气设备故障诊断和状态评估。局部放电天线已经有等角螺旋天线、分形天线、盘锥天线等，这些天线存在阻抗匹配困难、工艺复杂、体积大等缺点。
发明内容
本发明为了解决传统局放天线存在阻抗匹配困难需要额外增加阻抗变换器、工艺复杂、体积大、带宽小等缺点，受到通信系统中使用的UWB单极子贴片天线的启发，进而提出一种超宽带单极子天线。
本发明的一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线具体结构为：正方形FR4基板正面中间设置有单级子贴片，单级子贴片一边连接矩形馈线；馈线另一边延伸到FR4基板的边缘，并连接设置在FR4基板边缘的SMA接口。FR4基板背面靠近SMA接口的一侧设置有矩形金属地板。SMA接口的内芯与单极子贴片相连接，接地极与地板相连接。
优选的，单极子贴片采用了曲流技术，单极子贴片与馈线相连的一边采用了阶梯状边界，阶梯状边界的对边开有正方形凹槽。
优选的，单级子贴片、馈线和地板都采用0.5OZ厚度覆铜。
优选的，FR4基板边长为241.2mm，厚度为2.7mm。地板长度为241.2mm，宽度为46.9mm。馈线长度为46.9mm，宽度为5.1mm。
优选的，单极子贴片除阶梯状部分外的长度为134mm，宽度为120.6mm。单极子贴片的阶梯状部分长度为6.7mm，宽度为40.2mm；所述单极子贴片的正方形凹槽边长为42.9mm。
本发明的有益技术效果：
本发明相比于传统的局部放电检测天线具有易于实现阻抗匹配、工艺简单、易于加工生产、使用SMA接口馈电易于与移动检测设备相连的优点，能更广泛用于实际生产中。本发明能够实现0.5GHz-1.57GHz的天线带宽；更为重要的是，相比于其他具有同样工作带宽的天线，该天线的尺寸要小得多，便于实际的应用。
附图说明
图1是本发明的正面结构示意图。
图2是本发明的背面结构示意图。
图3是本发明的侧面结构示意图。
图4为本发明的超宽带单极子天线的回波损耗S11图，其中Frequency表示频率，S11表示回波损耗。
图5为本发明的超宽带单极子天线在0.5GHz时候的方向图。
图6为本发明的超宽带单极子天线在0.7GHz时候的方向图。
图7为本发明的超宽带单极子天线在0.9GHz时候的方向图。
图8为本发明的超宽带单极子天线在1.1GHz时候的方向图。
图9为本发明的超宽带单极子天线在1.3GHz时候的方向图。
图10为本发明的超宽带单极子天线在1.5GHz时候的方向图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线具体结构如下：
如图1所示，正方形FR4基板2正面中间设置有单级子贴片1，单级子贴片1一边连接矩形馈线3；馈线3另一边延伸到FR4基板2的边缘，并连接设置在FR4基板2边缘的SMA接口5。
如图2所示，FR4基板2背面靠近SMA接口5的一侧设置有矩形金属地板4。
如图3所示，SMA接口5的内芯51与单极子贴片1相连接，接地极52与地板4相连接。
优选的，单极子贴片1采用了曲流技术，单极子贴片1与馈线3相连的一边采用了阶梯状边界，阶梯状边界的对边开有正方形凹槽。
优选的，单级子贴片1、馈线3和地板4都采用0.5OZ厚度覆铜。
优选的，FR4基板2边长为241.2mm，厚度为2.7mm。
优选的，地板4为矩形，长度为241.2mm，宽度为46.9mm。通过地板4的镜像效果，将单极子天线等效为对称偶极子天线。
优选的，馈线3为矩形，长度为46.9mm，宽度为5.1mm。矩形微带馈线的阻抗只与其宽度有关，与长度无关，易于实现阻抗匹配。
优选的，单极子贴片1除阶梯状部分外的长度为134mm，宽度为120.6mm。采用单极子贴片天线，易于设计和制作，且单极子贴片天线是平面天线，体积占用小。
优选的，单极子贴片1的阶梯状部分长度为6.7mm，宽度为40.2mm；所述单极子贴片1的正方形凹槽边长为42.9mm。通过使用曲流技术，增大了电流的路径，增加了天线的阻抗带宽。
通过仿真实验，本发明的超宽带单极子贴片天线在0.5GHz-1.57GHz的范围内回波损耗如图4所示，在0.5GHz、0.7GHz、0.9GHz、1.1GHz、1.3GHz和1.5GHz的时候天线E面和H面辐射方向图分别为图5-图10。
由此可知本发明的超宽带单极子贴片天线在0.5GHz-1.57GHz的范围内都比较稳定。相较于传统的单极子贴片天线，本天线的阻抗带宽性能改善明显，适用于电力设备局部放电检测。

Claims (8)

1.一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线，其特征在于，正方形FR4基板(2)正面中间设置有单级子贴片(1)，单级子贴片(1)一边连接矩形馈线(3)；所述馈线(3)另一边延伸到FR4基板(2)的边缘，并连接设置在FR4基板(2)边缘的SMA接口(5)；
所述FR4基板(2)背面靠近SMA接口(5)的一侧设置有矩形金属地板(4)；
所述SMA接口(5)的内芯(51)与单极子贴片(1)相连接，接地极(52)与地板(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线，其特征在于，所述单极子贴片(1)采用了曲流技术，单极子贴片(1)与馈线(3)相连的一边采用了阶梯状边界，阶梯状边界的对边开有正方形凹槽。
3.根据权利要求1所述的一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线，其特征在于，所述单级子贴片(1)、馈线(3)和地板(4)都采用0.5OZ厚度覆铜。
4.根据权利要求1所述的一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线，其特征在于，所述FR4基板(2)边长为241.2mm，厚度为2.7mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线，其特征在于，所述地板(4)长度为241.2mm，宽度为46.9mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线，其特征在于，所述馈线(3)长度为46.9mm，宽度为5.1mm。
7.根据权利要求2所述的一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线，其特征在于，所述单极子贴片(1)除阶梯状部分外的长度为134mm，宽度为120.6mm。
8.根据权利要求2所述的一种用于局部放电检测的超宽带单极子贴片天线，其特征在于，所述单极子贴片(1)的阶梯状部分长度为6.7mm，宽度为40.2mm；所述单极子贴片(1)的正方形凹槽边长为42.9mm。
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