電氣設(shè)備局部放電超高頻檢測用Wunderlich分形天線及設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電氣設(shè)備局部放電超高頻檢測用的天線及設(shè)計(jì)方法，尤其是一種 電氣設(shè)備局部放電超高頻檢測用Wunderlich分形天線及設(shè)計(jì)方法，屬天線技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電氣設(shè)備發(fā)生的故障以絕緣故障為主，絕緣故障的重要表現(xiàn)形式是局部放電。局 部放電是指發(fā)生在電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)中局部區(qū)域內(nèi)的放電現(xiàn)象?？赏ㄟ^檢測伴隨局部放電 產(chǎn)生的聲、光、電、熱等理化現(xiàn)象的物理量來檢測局部放電的發(fā)展?fàn)顩r和嚴(yán)重程度，檢測方 式可大致分為電量檢測法和非電量檢測法。在電量檢測法中，由于局部放電脈沖寬度可達(dá) l-2ns，可激發(fā)頻率達(dá)1GHz以上的電磁波，因此，可采用超高頻法對電氣設(shè)備進(jìn)行局部放電 檢測。
[0003] 超高頻檢測法的關(guān)鍵技術(shù)之一是超高頻傳感器的研制。目前，國內(nèi)外研制的內(nèi)置 傳感器主要是基于電容分壓和天線原理來設(shè)計(jì)，其尺寸較大，檢測靈敏度較低。研制的外置 超高頻傳感器主要有雙錐型天線、縫隙天線、微帶貼片天線、振子天線和環(huán)形天線等。
[0004] 由于分形天線具有嚴(yán)格的自相似性和空間填充性，可以實(shí)現(xiàn)天線的多頻段和小型 化應(yīng)用。目前研究較多的分形天線主要有Koch島、Sierpinski地毯分形、Hilbert分形天 線、Peano分形天線和Minkowski分形天線。
[0005]Wunderlich分形天線使用Wunderlich分形曲線作為平面導(dǎo)線的分形曲線形式， 圖l(a)-(c)分別是一至三階Wunderlich分形曲線形狀示意圖，Wunderlich分形曲線可以 描述為：將正方形等分成四個(gè)一階小正方形，依次連接左下角、左上角、右上角、右下角的正 方形中心，得到一個(gè)分型（分形）單元，即一階Wunderlich分形；將每個(gè)一階小正方形分別 分割為四個(gè)三階小正方形，重復(fù)上述過程，生成的高階分形單元開口方向遵守一定規(guī)則，圖 1(b)和（c)中，左下角、左上角、右上角、右下角的高階分形單元的開口方向依次為：左、下、 下、右。對于4階Wunderlich分形曲線，左下角、左上角、右上角、右下角的高階分形單元的 開口方向依次為：右、右、左、左，4階以上Wunderlich分形曲線與4階Wunderlich分形曲線 相同，并按照特定的順序連接分型（分形）單元的開口，圖1中為依次連接左下角、左上角、 右上角、右下角的高階分形單元開口，最終就得到一條可以填滿整個(gè)正方形的曲線，這就是 Wunderlich曲線。Wunderlich分形天線的導(dǎo)線層構(gòu)成的高階分形曲線中，成對出現(xiàn)的兩個(gè) 邊為平行導(dǎo)線，如圖2中的細(xì)實(shí)線，連接平行導(dǎo)線的邊為短路終端，即圖2中的粗實(shí)線，將分 形單元連接為完整曲線的邊為附加導(dǎo)線段，如圖2中的粗虛線所示。在Wunderlich分形天 線中，三類導(dǎo)線，即平行導(dǎo)線、短路終端和附加導(dǎo)線的長度都相等，其結(jié)構(gòu)更加緊湊，容易制 出體積更小的天線。因此，合理設(shè)置Wunderlich分形天線的參數(shù)有望電氣設(shè)備內(nèi)部的局部 放電的檢測水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供，提供一種電氣設(shè)備局部放電超高頻檢測用 Wunderlich分形天線。
[0007] 本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0008] 技術(shù)方案一：
[0009] -種電氣設(shè)備局部放電超高頻檢測用Wunderlich分形天線，包括介質(zhì)基板和分 別敷設(shè)于介質(zhì)基板兩側(cè)的接地板和Wunderlich分形導(dǎo)線層；所述Wunderlich分形導(dǎo)線層 中的導(dǎo)線采用Wunderlich分形曲線，由1條以上平行導(dǎo)線、1條以上短路終端和1條以上 附加導(dǎo)線連接而成；所述平行導(dǎo)線、短路終端和附加導(dǎo)線的寬度和長度分別相等，其特征在 于：所述平行導(dǎo)線的寬度b和長度d由所述天線的諧振頻率f確定。
[0010] 所述平行導(dǎo)線的寬度b、長度d與所述天線的諧振頻率f滿足如下關(guān)系：
[0011]
[0012] 其中，c。為真空中光速，ke{〇，R+}，m為平行導(dǎo)線條數(shù)，β為相位常數(shù)，β=231/ λ，s為所述Wunderlich分形導(dǎo)線層中的導(dǎo)線總長度。
[0013] 所述介質(zhì)基板的材質(zhì)為玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料，其耐熱等級為FR-4， 厚度為2mm，所述接地板和導(dǎo)線層的材質(zhì)為銅。
[0014] 所述天線的還包括貫穿接地板、介質(zhì)基板和導(dǎo)線層的饋電通孔。
[0015] 技術(shù)方案二：
[0016] -種所述電氣設(shè)備局部放電超高頻檢測用Wunderlich分形天線的設(shè)計(jì)方法：
[0017] 步驟1 :設(shè)定所述Wunderlich分形導(dǎo)線層中的導(dǎo)線采用Wunderlich分形曲線的 階數(shù)；
[0018] 步驟2 :設(shè)定Wunderlich分形天線的工作頻率；
[0019] 步驟3:選擇所述平行導(dǎo)線的寬度b、長度d，與所述天線的諧振頻率f滿足如下關(guān) 系：
[0020]
[0021] 其中，c。為真空中光速，ke{〇，R+}，m為平行導(dǎo)線條數(shù)，β為相位常數(shù)，β=2π/ λ，s為所述Wunderlich分形導(dǎo)線層中的導(dǎo)線總長度。
[0022] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：
[0023] 1、本發(fā)明具有方向性好，頻帶寬，便于阻抗匹配等特點(diǎn)，能夠滿足電氣設(shè)備局部放 電超高頻檢測對傳感器的設(shè)計(jì)要求；
[0024] 2、天線制作簡單，不僅可節(jié)省測量設(shè)備，而且體積小巧，便于安裝在電氣設(shè)備內(nèi) 部，從而提高了設(shè)備的靈敏度和抗干擾能力。
【附圖說明】
[0025] 圖1為一至三階Wunderlich分形曲線形狀示意圖；
[0026] 圖2為二階Wunderlich分形天線中導(dǎo)線段分類示意圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中三階Wunderlich分形天線正面示意圖；
[0028] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中三階Wunderlich分形天線A-A'剖面圖；
[0029] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中三階Wunderlich分形天線立體圖；
[0030] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中天線在1GHz時(shí)的駐波比示意圖；
[0031] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中天線在1GHz時(shí)的三維方向和增益示意圖；
[0032] 圖中各標(biāo)號清單為：1_介質(zhì)基板，2-導(dǎo)線層，3-接地板、4-短路終端，5-平行導(dǎo) 線，6-附加導(dǎo)線。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0034] 實(shí)施例1 :
[0035] 如圖3至圖5所示，一種電氣設(shè)備局部放電超高頻檢測用Wunderlich分形天線， 包括介質(zhì)基板1和分別敷設(shè)于介質(zhì)基板兩側(cè)的接地板3和Wunderlich分形導(dǎo)線層2 ;所述 Wunderlich分形導(dǎo)線層2中的導(dǎo)線由1條以上平行導(dǎo)線5、1條以上短路終端4和1條以上 附加導(dǎo)線6連接而成；所述平行導(dǎo)線5、短路終端4和附加導(dǎo)線6的寬度和長度分別相等， 其特征在于：所述平行導(dǎo)線5的寬度b和長度d由所述天線的諧振頻率f確定。
[0036] 所述平行導(dǎo)線5的寬度b、長度d與所述天線的諧振頻率f滿足如下關(guān)系：
[0037]
[0038] 其中，c。為真空中光速，ke{〇，R+}，m為平行導(dǎo)