[发明专利]一种定向小型化多频点外置天线及其设计方法

说明书

本说明书实施例公开了一种定向小型化多频点外置天线及其设计方法。所述定向小型化多频点外置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，天线导线层包括耦合浇注孔孔隙长边泄露电磁波信号的宽频复合导线与耦合浇注孔孔隙短边泄露电磁波信号的蝶形缝隙辐射单元；宽频复合导线包括平面单级子导线与蝶形辐射单元，蝶形辐射单元与平面单级子导线无缝连接，蝶形缝隙辐射单元由蝶形辐射单元引入LS Peano型缝隙构成。本发明提供的安装于GIS盆式绝缘子浇注孔处，检测GIS局部放电特高频信号的定向小型化多频点外置天线，天线特性好、体积小、频带宽，提高了GIS局部放电的检测效果。

技术领域

本申请涉及局部放电特高频检测用微型天线技术领域，尤其涉及一种定向小型化多频点外置天线及其设计方法。

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。

电气设备发生的故障以绝缘故障为主，绝缘故障的重要表现形式是局部放电。局部放电是指发生在电气设备绝缘结构中局部区域内的放电现象。可通过检测伴随局部放电产生的声、光、电、热等理化现象的物理量来检测局部放电的发展状况和严重程度，检测方式可大致分为电量检测法和非电量检测法。在电量检测法中，由于局部放电脉冲宽度可达1-2ns，可激发频率达数GHz以上的电磁波信号。目前，国内外学者针对浇注孔外置式特高频天线传感器的研究主要集中在耦合浇注孔长边泄露的电磁波信号，但是浇注孔短边泄露的电磁波信号同样重要，因此，开展可定向耦合GIS盆式绝缘子浇注孔处长边与短边电磁波信号的定向天线具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种定向小型化多频点外置天线及其设计方法，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。

为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：

本说明书实施例提供的一种定向小型化多频点外置天线，所述定向小型化多频点外置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耦合浇注孔孔隙长边泄露电磁波信号的宽频复合导线与耦合浇注孔孔隙短边泄露电磁波信号的蝶形缝隙辐射单元；所述宽频复合导线包括平面单级子导线与蝶形辐射单元，所述蝶形辐射单元与所述平面单级子导线无缝连接，所述蝶形缝隙辐射单元由蝶形辐射单元引入LS Peano型缝隙构成。

可选的，所述定向小型化多频点外置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，所述平面单级子导线，其谐振频率f₀采用以下公式确定：

式中，c为光速，ε_re为介质基板的相对介电常数，f₀为平面单级子天线的工作频率，L_losf为平面单级子天线的长度。

可选的，所述蝶形辐射单元的特性阻抗Z₀与半顶角θ₀、臂长l₀之间的关系为：

Z₀＝120*lncot(θ₀/2) (2)

可选的，所述蝶形辐射单元的谐振频率f_r与蝶形辐射单元结构尺寸之间的关系为：