CN114300841B - 一种基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线，其技术特点是：包括绝缘介质基板、金属辐射贴片、三段式微带线和接地极板，金属辐射贴片、三段式微带线和接地极板均位于绝缘介质基板的正面，金属辐射贴片贴装在绝缘介质基板的正面中央，三段式微带线贴装在金属辐射贴片下方并与其相连接，接地极板贴装在三段式微带线的两侧。本发明将金属辐射贴片和接地极板设置倒角并安装在绝缘介质基板上，并采用三段式微带线结构，可在530MHz~1000MHz频段产生良好的宽带特性和方向特性，该天线整体结构紧凑、尺寸较小、易于制作与安装，能够较好地满足特高频检测需要，对局部放电检测和电力设备的整体安全性、可靠性有重要的价值和意义。

Description

一种基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线

技术领域

本发明属于高压设备领域，涉及局部放电检测设备，尤其是一种基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线。

背景技术

随着电网规模不断增大，传输容量逐步提升，对气体绝缘全封闭组合电器（GIS）等电力设备的可靠性和安全性要求也越来越高。上述电力设备在运行过程中会发生击穿放电现象，局部放电是引发电力设备绝缘失效的主要因素，局部放电的检测有助于对电力设备进行绝缘状态评估。

局部放电产生时会伴随有许多物理和化学变化，常用的检测方法有脉冲电流法、超声波法、特高频（UHF）检测法、化学检测法及光学检测法等。其中特高频检测法以其较高的灵敏度和较强的抗干扰能力使其在各类检测方法中脱颖而出。由于电气设备发生局部放电时，会产生一定频率的特高频信号并通过电气设备上非金属屏蔽部件传播到外部空间中，因此可以使用特高频天线检测局部放电信号，来判断电气设备是否发生局部放电。特高频法的核心是UHF天线，UHF天线的性能将对局部放电检测结果产生直接的影响。

现有的UHF天线主要包括螺旋天线和微带天线等，螺旋天线的工作带宽符合特高频检测要求，但是其尺寸较大，不易制作和安装；微带天线等天线尺寸较小，易加工，但是带宽较窄，不满足特高频检测要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构紧凑且能够满足特高频检测需要的基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线，包括绝缘介质基板、金属辐射贴片、三段式微带线和接地极板，所述金属辐射贴片、三段式微带线和接地极板均位于绝缘介质基板的正面，所述金属辐射贴片贴装在绝缘介质基板的正面中央，所述三段式微带线贴装在金属辐射贴片下方并与其相连接，所述接地极板贴装在三段式微带线的两侧。

进一步，所述三段式微带线包括三段微带线，微带线的间距为40-43mm，每段微带线的宽度为2.5mm至3.5mm，中间微带线的高度为51mm至53mm。

进一步，所述金属辐射贴片为矩形结构，在金属辐射贴片的四角设有倒角。

进一步，所述金属辐射贴片的宽度为125mm至130mm，高度为120mm至125mm，倒角的半径为18mm至20mm。

进一步，所述接地极板为矩形结构并由三段式微带线分为两部分，在接地极板上边两角设有倒角。

进一步，所述接地极板的宽度为180mm至210mm，高度为49mm至51mm，倒角的半径为34mm至36mm。

进一步，所述绝缘介质基板采用介电常数为4~4.5、损耗角正切为0.015~0.03的FR4介质基板。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，其将金属辐射贴片设置倒角并安装在绝缘介质基板上，并采用三段式微带线结构，可以在530MHz~1000MHz整个频段产生良好的宽带特性和方向特性，该天线整体结构紧凑、尺寸较小、易于制作与安装，能够较好地满足特高频检测需要，对局部放电检测和电力设备的整体安全性、可靠性有重要的价值和意义。

附图说明

图1是本发明的天线主视结构图；

图2是本发明的天线后视结构图；

图3是本发明的天线对应的回波损耗图；

图4是本发明的天线对应的驻波比图；

图5是本发明的天线对应的三维增益方向图；

图中，1-绝缘介质基板、2-金属辐射贴片、3-金属辐射贴片倒角、4-三段式微带线、5-接地极板、6-接地极板倒角。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线，如图1及图2所示，包括绝缘介质基板1、金属辐射贴片2、三段式微带线4和接地极板5。所述金属辐射贴片2、三段式微带线4和接地极板5均安装在绝缘介质基板1的正面。所述金属辐射贴片2为矩形结构，该金属辐射贴片2的四角设有金属辐射贴片倒角3，该金属辐射贴片2贴装在绝缘介质基板1的正面中央位置。所述三段式微带线4安装在金属辐射贴片2外侧的正下方并与其相连接。所述接地极板5贴装在金属辐射贴片2正下方的三段式微带线4的两侧，该接地极板5上边两角设有接地极板倒角6。

在本实施例中，所述金属辐射贴片2的宽度为125mm至130mm，高度为120mm至125mm，金属辐射贴片倒角3的半径为18至20mm。

所述三段式微带线4包括三段微带线，每段微带线的宽度为2.5mm至3.5mm，微带线的间距为40mm至43mm，中间微带线的高度为51mm至53mm。

所述接地极板5的宽度为180mm至210mm，高度为49mm至51mm，接地极板倒角6的半径为34mm至36mm。

在本实施例中，所述绝缘介质基板1采用介电常数为4~4.5、损耗角正切为0.015~0.03的FR4绝缘介质基板。在本实施例中，优选绝缘介质基板的介电常数为4.4、损耗角正切为0.02的FR4绝缘介质基板。

为了对本发明的局部放电检测用新型特高频天线的性能进行测试，按照上述优选参数设计的天线结构通过HFSS软件仿真优化。通过仿真得到如图3所示的回波损耗图、如图4所示的驻波比图及如图5所示的三维增益方向图（图5中左侧参数代表天线的增益，并采用科学计数法表示）。其中，回波损耗定义为传输线端口反射功率和入射功率的比值，回波损耗小于-10 dB的频段对局部放电产生的电磁波信号检测效果较好，因此回波损耗小于-10dB的频段越宽，天线的实用性越好。驻波比表征天线与馈线的阻抗匹配情况，驻波比越小，天线与馈线的匹配程度越高，工程上一般要求天线在工作频段内的驻波比小于2。三维增益方向图则是用来表示天线辐射场的场强随方向变化的图形，用来判断天线方向性是否良好。局部放电产生的电磁波信号频率一般在500Mhz-1000Mhz之间，为了能实现局部放电的有效检测，本发明优化设计了天线的结构和参数。结果表明，本发明设计的特高频天线在530Mhz~1040MHz频段内回波损耗均小于-10 dB（如图3所示），驻波比均小于2（如图4所示），具有良好的宽带特性。天线三维增益方向图证明天线方向性良好，可以接收到不同方向的电磁波信号，增益为3dB左右（如图5所示），满足特高频检测的需要。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线，其特征在于：包括绝缘介质基板、金属辐射贴片、三段式微带线和接地极板，所述金属辐射贴片、三段式微带线和接地极板均位于绝缘介质基板的正面，所述金属辐射贴片贴装在绝缘介质基板的正面中央，所述三段式微带线贴装在金属辐射贴片下方并与其相连接，所述接地极板贴装在三段式微带线的两侧；

所述金属辐射贴片为完整矩形结构，在金属辐射贴片的四角设有圆弧倒角；

所述接地极板为矩形结构，在接地极板上边两角设有圆弧倒角；

所述特高频天线用于局部放电信号检测，其检测频率范围为530 MHz ~1000 MHz；

所述三段式微带线与金属辐射贴片的长边相接以满足局部放电检测频带要求；

所述三段式微带线与金属辐射贴片及接地极板共面，各段微带线宽度一致；

所述绝缘介质基板采用介电常数为4~4.5、损耗角正切为0.015~0.03的FR4介质基板。

2.根据权利要求1所述的一种基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线，其特征在于：所述三段式微带线包括三段微带线，微带线的间距为40-43mm，每段微带线的宽度为2.5mm至3.5mm，中间微带线的高度为51mm至53mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线，其特征在于：所述金属辐射贴片的宽度为125mm至130mm，高度为120mm至125mm，倒角的半径为18mm至20mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于共面波导馈电的局部放电检测用新型特高频天线，其特征在于：所述接地极板的宽度为180mm至210mm，高度为49mm至51mm，倒角的半径为34mm至36mm。

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