一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线转让专利
申请号 : CN202310322772.6
文献号 : CN116053792B
文献日 : 2023-07-11
发明人 : 杨俊卿 , 白雪晶 , 陈尔奎 , 汪慧 , 槐瑞托 , 许洪传 , 苏文峥 , 王智 , 沈诗童
申请人 : 山东科技大学
摘要 :
本发明公开了一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线，属于天线领域，包括天线壳体和固定于天线壳体内部的天线主体，天线主体包括依次连接的辐射区主体、巴伦主体和连接件，辐射区主体包括水平设置的辐射区载体和设置在载体上呈中心对称的两个辐射区，用于接收局部放电特高频信号，巴伦主体包括竖直设置的巴伦载体和设置在载体上的第一巴伦面和第二巴伦面，用于天线的阻抗匹配，连接件用于连接天线并传输信号。本发明天线工作频率间隔小，回波损耗稳定，相对带宽大，兼顾了小型化和宽带化的需求，有保证了用于局部放电特高频信号检测的宽带天线的标准性和客观性。
权利要求 :
1.一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线，其特征在于，包括天线壳体和固定于天线壳体内部的天线主体，所述天线主体包括依次连接的辐射区主体、巴伦主体和连接件，所述辐射区主体包括水平设置的辐射区载体和设置在载体上呈中心对称的两个辐射区，用于接收局部放电特高频信号，所述巴伦主体包括竖直设置的巴伦载体和设置在载体上的第一巴伦面和第二巴伦面，用于天线的阻抗匹配，所述连接件用于连接天线并传输信号；
每个辐射区均包括一个螺旋辐射区和一个终端辐射区，两个螺旋辐射区呈平面螺旋状且相互嵌套，每个螺旋辐射区外端与终端辐射区连接，所述终端辐射区呈矩形；
所述终端辐射区的边缘为波浪形；
所述天线壳体呈长方体，壳体内底部设有反射板，壳体内侧壁上设有吸波材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线，其特征在于，所述第一巴伦面和第二巴伦面分别设置在巴伦载体前后两侧面，且均呈L型，其竖直段均与辐射区主体连接，其水平段均与连接件连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线，其特征在于，第一巴伦面的竖直段和水平段均呈梯形，竖直段与水平段连接的一端为宽端，另一端为窄端，水平段与竖直段连接的一端为窄端，另一端为宽端；
第二巴伦面的竖直段和水平段的边缘轮廓为指数型曲线，竖直段与水平段连接的一端为宽端，另一端为窄端，水平段与竖直段连接的一端为窄端，另一端为宽端。
4.根据权利要求1所述的一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线，其特征在于，所述两个螺旋辐射区内端之间设有通孔，所述巴伦主体顶部通过凸体嵌设在通孔中，第一巴伦面和第二巴伦面分别与两个螺旋辐射区内端焊接连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线，其特征在于，所述天线壳体侧壁上设有连接孔，用于固定连接件。
说明书 :
一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线
技术领域
[0001] 本发明属于天线领域，具体涉及一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线。
背景技术
[0002] 局部放电（Partial Discharge, PD）是电气设备绝缘结构中局部区域内的放电现象。电气绝缘结构中若存在局部的电场较强处，或因制造工艺不完善、运行中有机物分解、绝缘受机械力作用而发生开裂等原因在绝缘中形成缺陷，则在电气设备运行时绝缘中的这些部位就容易击穿而发生局部放电。发生局部放电会使放电处动态的电场与磁场相互叠加交替，产生高频电流脉冲，电流脉冲波上升时间约为几纳秒，激发出的脉冲电磁波频率高达0.3 3GHz。特高频（ultra‑high frequency, UHF）法是进行局部放电检测的常见方法之一。
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特高频法接收的电磁波信号所处的频带较高，能够避开现场大部分的电磁干扰信号（通常在300MHz以下），具有灵敏度较高、抗干扰能力较强、可识别故障类型及进行定位等优点，适合应用于电力设备局部放电带电检测和实时监测。
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特高频法接收的电磁波信号所处的频带较高，能够避开现场大部分的电磁干扰信号（通常在300MHz以下），具有灵敏度较高、抗干扰能力较强、可识别故障类型及进行定位等优点，适合应用于电力设备局部放电带电检测和实时监测。
[0003] 天线是辐射或接收无线电波的装置。特高频天线传感器是局部放电检测系统的关键组件。局部放电产生的电磁波频带宽，又考虑到现场检测环境的限制，故局部放电检测天线需要满足宽带化和小型化的需求。
[0004] 局部放电检测用的天线没有统一形式，现有的局部放电特高频信号检测天线存在较多不足：其一，常见的天线均为窄带天线，仅能接收到极少的局部放电信号，会损失大量的信息；其二，现有的宽带天线尺寸太大，在天线安装过程中带来诸多不便，不利于局部放电检测的开展；其三，少部分天线虽然是宽带天线尺寸也相对较小，但是其工作频率间隔较大，回波损耗波动较大，相对带宽较小。
发明内容
[0005] 为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：
[0007] 一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线，包括天线壳体和固定于天线壳体内部的天线主体，所述天线主体包括依次连接的辐射区主体、巴伦主体和连接件，所述辐射区主体包括水平设置的辐射区载体和设置在载体上呈中心对称的两个辐射区，用于接收局部放电特高频信号，所述巴伦主体包括竖直设置的巴伦载体和设置在载体上的第一巴伦面和第二巴伦面，用于天线的阻抗匹配，所述连接件用于连接天线并传输信号。
[0008] 进一步地，每个辐射区均包括一个螺旋辐射区和一个终端辐射区，两个螺旋辐射区呈平面螺旋状且相互嵌套，每个螺旋辐射区外端与终端辐射区连接，所述终端辐射区呈矩形。
[0009] 进一步地，所述终端辐射区的边缘为波浪形。
[0010] 进一步地，所述第一巴伦面和第二巴伦面分别设置在巴伦载体前后两侧面，且均呈L型，其竖直段与辐射区主体连接，其水平段与连接件连接。
[0011] 进一步地，第一巴伦面的竖直段和水平段均呈梯形，竖直段与水平段连接的一端为宽端，另一端为窄端，水平段与竖直段连接的一端为窄端，另一端为宽端；
[0012] 第二巴伦面的竖直段和水平段的边缘轮廓为指数型曲线，竖直段与水平段连接的一端为宽端，另一端为窄端，水平段与竖直段连接的一端为窄端，另一端为宽端。
[0013] 进一步地，所述两个螺旋辐射区内端之间设有通孔，所述巴伦主体顶部通过凸体嵌设在通孔中，第一巴伦面和第二巴伦面分别与两个螺旋辐射区内端焊接连接。
[0014] 进一步地，所述天线壳体呈长方体，壳体内底部设有反射板，壳体内侧壁上设有吸波材料。
[0015] 进一步地，所述天线壳体侧壁上设有连接孔，用于固定连接件。
[0016] 本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明天线工作频率间隔小，回波损耗稳定，相对带宽大，兼顾了小型化和宽带化的需求，有效克服了先前的不足，保证了用于局部放电特高频信号检测的宽带天线的标准性和客观性，不仅使天线的带宽得到了大幅拓展，而且大大减小了天线的尺寸，为特高频局部放电检测系统的天线传感器提供了更多选择，更有利于特高频法局部放电检测的开展。
附图说明
[0017] 图1为本发明中一种实施例的宽带天线的剖切示意图。
[0018] 图2为本发明中一种实施例的天线主体分解示意图。
[0019] 图3为本发明中一种实施例的巴伦主体背面示意图。
[0020] 图4为本发明中一种实施例的天线壳体分解示意图。
[0021] 图5为图4中A部放大示意图。
[0022] 图6为本发明中一种实施例的宽带天线的回波损耗测量结果示意图。
[0023] 其中，1‑天线主体；11‑辐射区主体；111‑辐射区载体；112‑凹槽；113‑通孔；114‑辐射区；115‑螺旋辐射区；116‑终端辐射区；117‑辐射边；12‑巴伦主体；121‑巴伦载体；122‑侧边凸体；123‑中心凸体；124‑侧边裁切区；125‑第一巴伦面；126‑第二巴伦面；13‑连接件；2‑天线壳体；21‑顶部件；211‑顶部件凹边；22‑盖板；23‑中间件；231‑中间件上凹边；232‑圆角支架；233‑连接孔；234‑中间件下凹边；235‑吸波材料；24‑反射板；25‑底部件。
具体实施方式
[0024] 下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
[0025] 一种用于局部放电特高频信号检测的宽带天线，如图1所示，包括天线壳体2和固定于天线壳体2内部的天线主体1，天线主体1包括依次连接的辐射区主体11、巴伦主体12和连接件13，如图2和图3所示；
[0026] 辐射区主体11包括水平设置的辐射区载体111和设置在载体上呈中心对称的两个辐射区114，用于接收局部放电特高频信号，辐射区载体111采用FR4环氧玻璃布材料制作，其尺寸为150mm×79.8mm×1.6mm；两个辐射区114采用2盎司厚度的铜来制作，进行开窗处理，每个辐射区114均包括一个螺旋辐射区115和一个终端辐射区116，两个螺旋辐射区115呈平面螺旋状且相互嵌套，每个螺旋辐射区115的尺寸为73.8mm×73.8mm，构成螺旋辐射区115的铜线宽为1.8mm，间距为1.8mm，每个螺旋辐射区115外端连接73.8mm×35.1mm的终端辐射区116，终端辐射区116的边缘加载幅值为0.8mm，每100mm有27个周期的正弦辐射边
117，两个辐射区114的总尺寸为145.8mm×75.6mm ；
117，两个辐射区114的总尺寸为145.8mm×75.6mm ；
[0027] 辐射区载体111两侧的短边中心各设置一个2mm×1.6mm的凹槽112，正中心设置一个3mm×1.6mm的通孔113，两个螺旋辐射区115的内端延伸至通孔113处；
[0028] 巴伦主体12包括竖直设置的巴伦载体121和设置在载体上的第一巴伦面125和第二巴伦面126，用于天线的阻抗匹配，巴伦载体121采用FR4环氧玻璃布材料制作，其尺寸为150mm×50mm×1.6mm，巴伦载体121顶部两端各设有一个2mm×1.6mm的侧边凸体122，中间设有一个3mm×1.6mm的中心凸体123，左右两侧边各设置一个30mm×2mm的斜切侧边裁切区
124，第一巴伦面125和第二巴伦面126采用2盎司厚度的铜来制作，分别设置在巴伦载体121前后两侧面，且均呈L型，其竖直段延伸至中心凸体123，其水平段延伸至侧边裁切区124，与连接件13连接，弯折处采用圆弧连接，第一巴伦面125的顶边宽为1.8mm，侧边宽为3mm，水平段和竖直段均呈梯形状，竖直段与水平段连接的一端为宽端，另一端为窄端，水平段与竖直段连接的一端为窄端，另一端为宽端；第二巴伦面126的顶边宽为1.8mm，侧边宽为15mm，竖直段和水平段的边缘轮廓均为指数型曲线，竖直段与水平段连接的一端为宽端，另一端为窄端，水平段与竖直段连接的一端为窄端，另一端为宽端。
124，第一巴伦面125和第二巴伦面126采用2盎司厚度的铜来制作，分别设置在巴伦载体121前后两侧面，且均呈L型，其竖直段延伸至中心凸体123，其水平段延伸至侧边裁切区124，与连接件13连接，弯折处采用圆弧连接，第一巴伦面125的顶边宽为1.8mm，侧边宽为3mm，水平段和竖直段均呈梯形状，竖直段与水平段连接的一端为宽端，另一端为窄端，水平段与竖直段连接的一端为窄端，另一端为宽端；第二巴伦面126的顶边宽为1.8mm，侧边宽为15mm，竖直段和水平段的边缘轮廓均为指数型曲线，竖直段与水平段连接的一端为宽端，另一端为窄端，水平段与竖直段连接的一端为窄端，另一端为宽端。
[0029] 连接件13采用SMA接口，用于连接天线并传输信号。
[0030] 天线主体1的制作过程为：巴伦载体121上的两个侧边凸体122嵌设在辐射区载体111两端的凹槽112处，中心凸体123插入通孔113，第一巴伦面125和第二巴伦面126分别与两个螺旋辐射区115内端焊接，连接件13插入侧边裁切区124与第一巴伦面125和第二巴伦面126相接触并焊接；
[0031] 如图4和5所示，天线壳体2呈长方体，包括顶部件21、盖板22、中间件23、反射板24和底部件25，顶部件21为155mm×85mm×3.5mm的矩形边框，边框宽为2mm，底部设置一圈高2mm、宽1mm的顶部件凹边211，盖板22尺寸为153mm×82.5mm×1mm的矩形板，材质为高透明树脂；中间件23为155mm×85mm×52mm的矩形框，壁厚2mm，顶部设置一圈高3mm、宽1mm的中间件上凹边231，底部设置一圈高2mm、宽1mm的中间件下凹边234，内部四角各设置一个半径为5mm的圆角支架232，短边一侧中心开设一个半径为3mm的连接孔233，中间件23内壁粘贴吸波材料235；反射板24尺寸为153mm×82.5mm×2mm的矩形板，材质为铜；底部件25尺寸为
155mm×85mm×7mm，底部件25上设有153mm×83mm×5mm的凹面；顶部件21、中间件23和底部件25材质为树脂；
155mm×85mm×7mm，底部件25上设有153mm×83mm×5mm的凹面；顶部件21、中间件23和底部件25材质为树脂；
[0032] 天线壳体2的制作过程为：将反射板24放置于底部件25上的凹面处，再将中间件下凹边234插入底部件25，将天线主体1内嵌于中间件23，使圆角支架232支撑辐射区主体11，连接件13从连接孔233伸出，将盖板22放在辐射区主体11上，最后将顶部件凹边211插入中间件上凹边231。
[0033] 本实施例的用于局部放电特高频信号检测的宽带天线尺寸为155mm×85mm×59mm；图6的回波损耗测量结果表明，实测回波损耗≤‑10dB时的工作频率范围为0.45‑
0.60GHz、0.62‑1.07GHz、1.17‑3GHz，工作频率间隔小，回波损耗稳定，相对带宽达到了
147.83%，兼顾了小型化和宽带化的需求，更有利于特高频法局部放电检测的开展。
0.60GHz、0.62‑1.07GHz、1.17‑3GHz，工作频率间隔小，回波损耗稳定，相对带宽达到了
147.83%，兼顾了小型化和宽带化的需求，更有利于特高频法局部放电检测的开展。
[0034] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。