[实用新型]无巴伦低剖面的单臂阿基米德螺旋天线

说明书

技术领域

本实用新型属于超高频天线技术领域，具体涉及检测超高频电磁信号的阿基米德螺旋天线的结构。

背景技术

近年来，随着电力系统电压等级的不断提高，电力设备绝缘性能的好坏直接关系着电力系统的安全稳定运行。局部放电检测法是用来判断电力设备绝缘性能的有效方法，常用的局部放电检测方法有脉冲电流法、声测法、气相色谱法、超高频(UHF)检测法，其中超高频检测法能够有效避开电晕放电、开关操作等电磁干扰信号，具有较强的抗干扰能力，检测的准确性高等特点，因此近年来在局部放电检测领域得到了广泛应用。超高频检测法使用超高频天线作为传感器，检测电力设备的局部放电信号，用以监测电力设备的绝缘性能。阿基米德螺旋天线因具有低剖面、宽频带、圆极化等众多优异性而成为超高频检测法最常用的传感器之一。

现有的阿基米德螺旋天线，如专利号为ZL201220390641.9的“检测开关柜局部放电的内置小型化超宽带传感器”专利，公开的传感器主要包括金属盒、绝缘介质板、双臂结构的阿基米德螺旋天线、盘旋结构的巴伦、反射腔等。该传感器的主要缺点是：

1、该天线采用双臂阿基米德螺旋结构，属于自互补型双臂平衡馈电天线，因此天线的理论阻抗为180Ω，天线两臂要保证通过幅值相同的电流。为实现天线与50Ω同轴电缆的平衡馈电必需用到馈电巴伦，馈电巴伦的存在增加了天线结构的复杂性，同时增加了天线的剖面高度，不能实现极低剖面。

2、该天线通过采用高介电常数绝缘介质来扩大天线工作带宽，相对于常规绝缘材料高介电常数绝缘介质制作成本和制作难度高。又如专利号为ZL200910053870.4的“无巴伦低剖面平面两臂槽螺旋阵列天线”专利，公开的传感器主要包括陶瓷介质板、环形微带传输线、平面两臂槽螺旋阵列、吸收电阻等，虽然该传感器摆脱了馈电巴伦的束缚但是该传感器仍存在以下缺点：

1、该天线的检测频带较窄仅为1.52～1.62GHz，绝对带宽仅为100MHz，电力变压器等电力设备局部放电的频带为300～3000MHz。因此该天线不能满足电力变压器等电力设备局部放电超高频检测的基本要求，不能有效准确地检测电力变压器等电力设备的局部放电信号，不能有效准确监测电力变压器等电力设备的绝缘性能，无法保证电力系统的安全稳定运行。

2、该天线采用螺旋阵列结构增加了天线的馈电单元，天线馈电难度增加，同时该天线要求各天线阵列具有很高的对称性，天线制作难度增大。

3、该天线采用微带线槽耦合的方式对两臂螺旋阵列单元进行馈电，与接触式馈电方式相比，耦合馈电方式易受外界环境影响，不能保证天线工作的可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有阿基米德螺旋天线的不足，提出一种无巴伦低剖面的单臂阿基米德螺旋天线，具有能够摆脱馈电巴伦的束缚，馈电方便、结构简单、制作成本低，能做到极低剖面，工作稳定性高等特点，能有效准确地检测电力变压器等电力设备局部放电信号，确保电力系统的安全稳定运行。

实现本实用新型目的之技术方案是：一种无巴伦低剖面的单臂阿基米德螺旋天线，主要包括介质基片、螺旋天线、金属圆盘、同轴电缆接头等。

所述介质基片的材料采用印刷电路板的基材即FR-4或CEM-3等。由于介质基片的厚度直接影响天线的阻抗特性，为保证天线输入阻抗在300MHz～3000MHz超高频频段（即电力变压器等电力设备的局部放电信号的频段）维持在50Ω，通过天线分析软件的计算确定所述介质基片的厚度为0.5～2mm，当所述介质基片的厚度小于0.5mm时，天线臂的机械强度不能达到要求；当所述介质基片的厚度大于2mm时，天线的输入阻抗特性不能稳定在50Ω。为保证天线结构的对称性同时节约原材料，所述介质基片的形状为圆形。为保证天线的下限截止频率在300～3000MHz超高频频段，根据电流环带理论分析计算确定所述圆形的直径为150～250mm。当所述圆形的直径小于150mm时，天线的下限截止频率超出该超高频频段，无法满足变压器等电力设备局部放电超高频检测的基本要求；当所述圆形的直径大于250mm时，该天线尺寸过大，增加天线介质基片的制作成本，同时增加天线的安装难度。