專利名稱：局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分形天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種采用了 Peano三階分形原理設(shè)計(jì)的局部放電超高頻檢測(cè)分形天線。
背景技術(shù)：
變壓器是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，它的正常運(yùn)行是對(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證，必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。但由于變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行，故障和事故總不可能完全避免，且引發(fā)故障和事故又出于眾多方面的原因。在變壓器故障中，絕緣故障占有很高的比重，而在發(fā)生絕緣故障前會(huì)產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，所以，通過變壓器局部放電的在線監(jiān)測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的潛伏性故障，避免發(fā)生突發(fā)性的絕緣故障，有利于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由于局部放電的檢測(cè)和評(píng)價(jià)是變壓器絕緣狀況監(jiān)測(cè)的重要手段。因此，無(wú)論是研究機(jī)構(gòu)、制造廠商，還是電力系統(tǒng)運(yùn)行部門，都非常關(guān)心局部放電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。目前，我國(guó)IIOkv及以上大型變壓器大多采用油浸式變壓器，對(duì)于此種變壓器，油中局部放電是造成變壓器絕緣故障的主要因素，油中局部放電會(huì)產(chǎn)生納秒級(jí)的電流脈沖， 激發(fā)頻率可以達(dá)到上GHz的電磁波。鑒于此種特點(diǎn)，科技人員研究出超高頻法來(lái)進(jìn)行相關(guān)監(jiān)測(cè)，該法是通過檢測(cè)伴隨局部放電點(diǎn)產(chǎn)生的、頻率為200ΜΗζ 3000ΜΗζ的電磁波來(lái)判斷局部放電的方法，由于其具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高的特點(diǎn)，近年來(lái)已經(jīng)成為了變壓器局部放電檢測(cè)中的重要方法。變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)超高頻監(jiān)測(cè)法的關(guān)鍵技術(shù)之一是超高頻天線，其性能的好壞直接影響局部放電信號(hào)的提取與后期處理。目前普遍用于變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)超高頻檢測(cè)的天線主要有阿基米德雙臂平面螺旋天線、圓錐天線和偶極子天線等，實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明現(xiàn)有天線的檢測(cè)頻帶較窄，損失了較多的局部放電信息；輸出阻抗較低，不利于與信號(hào)傳輸線路形成良好的阻抗匹配；方向角較窄，不利于接收微弱的局部放電信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有天線檢測(cè)頻帶較窄、輸出阻抗較低、方向角較窄的缺點(diǎn)，公開了一種局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線，其方向性好、頻帶寬、駐波比小、便于阻抗匹配，能夠滿足變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)超高頻檢測(cè)的要求。本發(fā)明的目的是提供一種局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線，包括電介質(zhì)層和導(dǎo)線層，所述導(dǎo)線層敷設(shè)于電介質(zhì)層的上表面，所述導(dǎo)線層包括多條首尾相連的彎曲導(dǎo)線段，所述導(dǎo)線段根據(jù)Peano三階分形原理進(jìn)行設(shè)置，組成三階輻射天線元件；所述導(dǎo)線層在電介質(zhì)層上的覆蓋面為矩形面，所述覆蓋面的邊長(zhǎng)為導(dǎo)線層的邊長(zhǎng)，所述導(dǎo)線段上設(shè)置有饋電點(diǎn)；
進(jìn)一步，還包括接地層，所述接地層敷設(shè)在電介質(zhì)層的下表面；
進(jìn)一步，所述饋電點(diǎn)設(shè)置在接近導(dǎo)線段起始的位置上；進(jìn)一步，所述導(dǎo)線層的邊長(zhǎng)取值范圍為3(T200mm，所述導(dǎo)線段的寬度的取值范圍為
O.所述電介質(zhì)層的厚度的取值范圍為l 4mm ；
進(jìn)一步，所述導(dǎo)線段為銅箔；
進(jìn)一步，所述導(dǎo)線段上鍍有錫層；
進(jìn)一步，所述電介質(zhì)層為環(huán)氧樹脂電介質(zhì)板，所述電介質(zhì)層的邊長(zhǎng)長(zhǎng)于導(dǎo)線層的邊長(zhǎng)， 其差值范圍為I 8mm。進(jìn)一步，所述導(dǎo)線層的邊長(zhǎng)為90mm，所述導(dǎo)線段的寬度為1mm，所述電介質(zhì)層的厚度為2mm。分形技術(shù)是得益于數(shù)學(xué)上分形物體的一些特殊性質(zhì)發(fā)展起來(lái)的。無(wú)論是自然界中的分形還是數(shù)學(xué)上的分形物體，都能夠通過簡(jiǎn)單的算法一步步迭代生成，最終能夠行成驚人的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。分形的特性之一就是"分維數(shù)"。這種特性使得分形能夠在很小的體積內(nèi)充分的利用空間，也是其能夠用于天線小型化設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵原因。在多種經(jīng)典的分形曲線中，Peano曲線由于是由多節(jié)線段組成的，所以是一種比傳統(tǒng)的曲線能夠覆蓋更多的空間的分形曲線，事實(shí)上，該種曲線幾乎可以看作一系列的點(diǎn)來(lái)填滿整個(gè)的正方形表面(本身仍保持是條曲線)。利用這種特性，天線的尺寸可以大大減小。本發(fā)明的局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線具有以下有益效果
1.在200MHz到3GHz范圍內(nèi)具有多個(gè)檢測(cè)頻帶，檢測(cè)頻帶較寬，檢測(cè)頻帶內(nèi)駐波比小于 5，能夠記錄局部放電的大部分信息，不會(huì)造成遺漏情形；
2.具有50歐姆的輸出阻抗，易于與信號(hào)傳輸線路形成阻抗匹配；
3.具有球狀的方向性，對(duì)來(lái)自各個(gè)方向的信號(hào)具有相同的增益，有利于接收在變壓器油箱發(fā)生復(fù)雜折反射的局部放電信號(hào)，尤其對(duì)微弱信號(hào)具有高靈敏性。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)，和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說(shuō)明書和權(quán)利要求書來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中
圖I為本發(fā)明的Peano分形天線的結(jié)構(gòu)示意圖2為Peano分形天線的側(cè)面示意圖3為導(dǎo)線段寬度a為Imm時(shí)，電介質(zhì)層的厚度b為2mm時(shí)的駐波示意圖4為導(dǎo)線段寬度a為Imm,電介質(zhì)層的厚度b為2mm時(shí),天線二維方向和增益示意圖； 圖5為實(shí)驗(yàn)室局部放電超高頻檢測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)示意圖6為本發(fā)明的Peano分形天線檢測(cè)到的四種不同放電信號(hào)及其頻譜。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
如圖I至圖2所示，本發(fā)明包括電介質(zhì)層I、導(dǎo)線層2和接地層4，導(dǎo)線層2敷設(shè)于電介質(zhì)層I的表面，接地層4敷設(shè)在電介質(zhì)層I的下表面；導(dǎo)線層2包括多條首尾相連的彎曲導(dǎo)線段22，導(dǎo)線段22根據(jù)Peano三階分形原理進(jìn)行設(shè)置，組成三階輻射天線元件；導(dǎo)線層2在電介質(zhì)層I上的覆蓋面為矩形面，覆蓋面的邊長(zhǎng)為導(dǎo)線層2的邊長(zhǎng)，導(dǎo)線段22上設(shè)置有饋電點(diǎn)3，所述饋電點(diǎn)3設(shè)置在接近導(dǎo)線段22起始的位置處。本實(shí)施例中，導(dǎo)線段22 為銅箔，為延長(zhǎng)其使用壽命和增強(qiáng)器信號(hào)的接受能力，在導(dǎo)線段22上鍍有錫層；電介質(zhì)層I 采用環(huán)氧樹脂電介質(zhì)板，其介電常數(shù)為4. 4，電介質(zhì)層I的邊長(zhǎng)大于導(dǎo)線層2的邊長(zhǎng)，其差值范圍為5mm。本實(shí)施例中，導(dǎo)線層2的邊長(zhǎng)為90mm，導(dǎo)線段22的寬度a為1mm，電介質(zhì)層I的厚度b為2mm。圖3為導(dǎo)線段寬度a為Imm時(shí)，電介質(zhì)層的厚度b為2mm時(shí)的駐波示意圖。通過圖3可以看出，天線在IGHz以下有2個(gè)諧振頻率點(diǎn)，且三個(gè)諧振頻率點(diǎn)處帶寬都比較寬， 最能滿足設(shè)計(jì)和使用的要求。仿真得到的天線方向和增益示意圖如圖4所示(圖a為天線的第一個(gè)諧振頻率點(diǎn)為370MHz，圖b為天線第二個(gè)諧振頻率點(diǎn)為700MHz)。由圖中可見，天線具有半球狀的方向圖，能接收來(lái)自各個(gè)方向的電磁波，其方向性和增益都比較好。本發(fā)明的分形天線檢測(cè)頻帶較寬，檢測(cè)頻帶內(nèi)駐波比小于5，具有高靈敏度的特性，非常適合局部放電超高頻的檢測(cè)，能夠記錄大部分的局部放電信息，即使信號(hào)微弱，也能完整記錄。試驗(yàn)舉例
如圖5所示的實(shí)驗(yàn)室用于變壓器局部放電超高頻檢測(cè)的試驗(yàn)平臺(tái)，檢測(cè)裝置包括了本發(fā)明的分形天線5、放大濾波器6和示波器7，其中，分形天線4的饋電點(diǎn)通過同軸射頻電纜 8與放大濾波器6的輸入端相聯(lián),放大濾波器6的輸出端通過同軸射頻電纜9與不波器7的信號(hào)輸入端相聯(lián)。圖6為本發(fā)明的Peano分形天線檢測(cè)到的四種不同放電信號(hào)及其頻譜。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析同一放電模型在三個(gè)試驗(yàn)電壓下產(chǎn)生超高頻信號(hào)頻譜之間的相似度和同一試驗(yàn)電壓下不同放電模型產(chǎn)生超高頻信號(hào)能量頻譜之間的相似度。結(jié)果表明對(duì)于同一個(gè)放電模型，當(dāng)試驗(yàn)電壓改變時(shí)，超高頻信號(hào)頻譜之間的相似度變化不大；在同一實(shí)驗(yàn)電壓下，不同類型的放電模型的測(cè)量得到的超高頻信號(hào)頻譜相似度較低，可以從波形的角度對(duì)不同類型的放電信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。
權(quán)利要求
1.局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線，包括電介質(zhì)層(I)和導(dǎo)線層(2)，所述導(dǎo)線層 (2)敷設(shè)于電介質(zhì)層(I)的上表面，其特征在于所述導(dǎo)線層(2)包括多條首尾相連的彎曲導(dǎo)線段(22)，所述導(dǎo)線段(22)根據(jù)Peano三階分形原理進(jìn)行設(shè)置，組成三階輻射天線元件； 所述導(dǎo)線層(2)在電介質(zhì)層(I)上的覆蓋面為矩形面，所述覆蓋面的邊長(zhǎng)為導(dǎo)線層(2)的邊長(zhǎng)，所述導(dǎo)線段(22)上設(shè)置有饋電點(diǎn)(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線，其特征在于還包括接地層(4 )，所述接地層(4 )敷設(shè)在電介質(zhì)層(I)的下表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線，其特征在于所述饋電點(diǎn)(3)設(shè)置在接近導(dǎo)線段(22)起始的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線，其特征在于所述導(dǎo)線層(2)的邊長(zhǎng)取值范圍為3(T200mm，所述導(dǎo)線段(22)的寬度(a)的取值范圍為O. 5 10mm， 所述電介質(zhì)層(I)的厚度(b)的取值范圍為l 4mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線，其特征在于所述導(dǎo)線段(22)為銅箔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線，其特征在于所述導(dǎo)線段(22)上鍍有錫層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線，其特征在于所述電介質(zhì)層(I)為環(huán)氧樹脂電介質(zhì)板，其介電常數(shù)為4. 4，所述電介質(zhì)層(I)的邊長(zhǎng)長(zhǎng)于導(dǎo)線層(2)的邊長(zhǎng)，其差值范圍為I 8mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的局部放電超高頻檢測(cè)Peano分形天線，其特征在于所述導(dǎo)線層(2)的邊長(zhǎng)為90mm，所述導(dǎo)線段(22)的寬度(a)為1mm，所述電介質(zhì)層(I)的厚度(b) 為 2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于局部放電超高頻檢測(cè)的Peano分形天線，局部放電檢測(cè)Peano分形天線，包括電介質(zhì)層和導(dǎo)線層，所述導(dǎo)線層敷設(shè)于電介質(zhì)層的上表面，所述導(dǎo)線層包括多條首尾相連的彎曲導(dǎo)線段，所述導(dǎo)線段根據(jù)Peano三階分形原理進(jìn)行設(shè)置，組成三階輻射天線元件；所述導(dǎo)線層在電介質(zhì)層上的覆蓋面為矩形面，所述覆蓋面的邊長(zhǎng)為導(dǎo)線層的邊長(zhǎng)，所述導(dǎo)線段上設(shè)置有饋電點(diǎn)，本發(fā)明的Peano分形天線方向性好、頻帶寬、駐波比小、便于阻抗匹配，能夠滿足變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)超高頻檢測(cè)的要求。
文檔編號(hào)H01Q1/48GK102608506SQ20121010218
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者劉凡, 廖瑞金, 張昀, 李劍, 杜林 , 王有元 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)