[发明专利]局部放电超高频检测Hilbert分形天线阵列

说明书

技术领域

本发明涉及分形天线设计领域，特别涉及一种电力变压器局部放电超高频检测分形天线。

背景技术

电力变压器是电力系统中的重要设备，其正常运行是电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。变压器故障以分为三类：机械故障、导体故障和绝缘故障。从统计数据来看，在以上的三类故障中，绝缘引起的故障所占比重最大，而在发生绝缘故障前会产生局部放电现象。因此，通过变压器局部放电的在线监测，可及时发现变压器内部的潜伏性故障，避免发生突发性的绝缘故障，有利于电力系统的安全运行。

变压器绝缘体内发生局部放电时，其激发的信号，除了以脉冲电流的形式通过变压器绕组和电力线向外传播外，还可以以电磁波的形式向外传播，且其激发的电磁波频率可以达到上GHz。鉴于此种特点，科技人员研究出超高频法来进行相关监测。局部放电超高频监测法通过传感变压器内部局部放电所激发的超高频电磁信号，实现局部放电的监测和定位。由于超高频监测法具有灵敏度高和抗干扰能力强等优点，近年来得到研究机构、制造厂商及电力系统运行部门广泛关注和应用。

超高频天线是变压器局部放电超高频在线监测方法的关键技术。天线良好的性能是成功实现高灵敏度变压器局部放电监测的根本保证。目前用于变压器局部放电在线监测超高频检测的天线主要有阿基米德双臂平面螺旋天线、圆锥天线、偶极子天线和分形天线等，其中应有最多的是阿基米德双臂平面螺旋天线。实际应用经验表明现有的超高频天线分别存在一下问题：1）检测频带较窄，损失了较多的局部放电信息；2）体积大，不利于安装；3）增益小，不利于接收微弱的局部放电信号。

因此急需一种能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求的天线。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求的天线；该天线克服了现有天线检测频带较窄、体积大、增益小的缺点，具有频带宽、增益高，能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求。

本发明的目的是提出一种超高频Hilbert分形天线阵列。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的局部放电超高频检测Hilbert分形天线阵列，包括馈电网络和至少一个天线单元排列连接构成的天线阵列，所述馈电网络设置在天线阵列的背部；

所述天线单元，用于耦合空间中的电磁波信号，并转换成高频电流信号；

所述馈电网络，用于连接天线端口与阵列阵元,构成射频信号传输的通路。

进一步，所述天线单元包括上层介质基底、下层介质基底、辐射导线贴片、附加导线贴片、寄生导线贴片、接地层和馈电探针；

所述上层介质基底和下层介质基底之间设置有空气层，所述辐射导线贴片敷设在上层基底的上表面，所述附加导线贴片敷设在上层基底的下表面；所述寄生导线贴片敷设在下层基底的上表面，所述接地层敷设在下层基底的下表面；所述辐射导线贴片通过馈电探针馈电，所述寄生导线贴片通过耦合馈电。

进一步，所述导线贴片包括主辐射臂和与主辐射臂同形设置的寄生臂，所述主辐射臂根据三阶Hilbert分形曲线进行设置；所述主辐射臂设置有馈电点，所述馈电点位置设置在最接近于所述主辐射臂的几何中心点处的导线段上。

进一步，所述馈电网络是根据Wilkinson功分器进行设计。

进一步，所述导线贴片在上层介质基底和下层介质基底上的覆盖面为矩形面。

进一步，所述矩形面的边长取值范围为35~250mm；所述主辐射臂的宽度取值范围为1~10mm；所述寄生臂的宽度取值范围为0.5~8mm；所述寄生臂与主辐射臂的间距取值范围为0.5~5mm。

进一步，所述上层介质基底和下层介质基底为环氧树脂电介质板，其介电常数为4.4；所述上层介质基底和下层介质基底的边长长于所述导线贴片在上层介质基底和下层介质基底上的覆盖面的边长，其差值范围为2~15mm；所述上层介质基底和下层介质基底的厚度取值范围为2~10mm；所述上层介质基底和下层介质基底中间空气层厚度的取值范围为1~10mm。

进一步，所述天线阵列中的天线单元数取值范围为2~16。

进一步，所述导线贴片在上层介质基底和下层介质基底上的覆盖面的边长为77mm；所述主辐射臂的宽度为3mm；所述寄生臂的宽度为1mm；所述寄生臂与主辐射臂的间距为1mm。所述上层基底的厚度2.5mm，所述下层基底的厚度3.5mm，所述空气层厚度为3mm，所述天线阵列天线单元数为4，介质基底边长为174mm。