本申请涉及电力系统检测领域，具体而言，涉及一种特高频无线电波传感器。
背景技术：
局部放电(Partial Discharge)是电力设备绝缘性能劣化的表现形式，又是绝缘性能进一步劣化的原因。对特高频无线电波信号进行监测是及时发现设备绝缘缺陷，预防绝缘击穿故障的重要手段。特高频电磁波定位法因其具有全站局放定位、灵敏度高且适合在线监测的特点，成为了最有发展潜力的全站局放定位方法。然而，由于现有的特高频电磁波传感器的驻波比过大、检测带宽过窄，因此性能不佳。
针对相关技术中特高频电磁波传感器性能不佳的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现要素：
本申请提供了一种特高频无线电波传感器，以解决相关技术中特高频电磁波传感器性能不佳的问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种特高频无线电波传感器。该传感器包括：天线模块，其中，天线模块的形状设置为球面锥形，用于采集特高频无线电波信号，天线模块的驻波比满足驻波比预设条件，天线模块的群时延满足群时延预设条件，天线模块采集到的特高频无线电波信号的频率的带宽满足信号带宽预设条件；发送模块，其中，发送模块与天线模块通信连接，发送模块将特高频无线电波信号发送至数据处理端。
进一步地，该传感器还包括：金属盘，其中，金属盘设置为圆形，金属盘为传感器底座；绝缘支撑件，其中，绝缘支撑件和金属盘用于支撑天线模块，绝缘支撑件将天线模块和金属盘绝缘，天线模块的尖端与绝缘支撑件连接。
进一步地，金属盘与地连接，金属盘通过其中心与绝缘支撑件连接。
进一步地，该传感器还包括连接器，连接器用于连接发送模块和数据处理端。
进一步地，该连接器为50欧姆N型连接器。
进一步地，该传感器还包括：短路针，短路针用于连接天线模块和金属盘，短路针垂直于金属盘放置。
进一步地，短路针与天线模块的连接位置位于天线模块的边缘，天线模块的边缘为球面锥形的天线模块的球面与圆锥体的连接位置。
进一步地，短路针的数量为两个，其中，两个短路针对称放置。
进一步地，短路针的形状被设置为圆柱形，天线模块的形状信息和短路针的直径通过仿真计算得出，仿真计算为对天线模块的形状信息和短路针的直径进行仿真计算，得出使符合目标条件的天线模块的形状信息和短路针的直径，其中，目标条件至少包括：传感器符合驻波比预设条件、天线模块的群时延满足群时延预设条件以及天线模块采集到的特高频无线电波信号的频率的带宽满足信号带宽预设条件；天线模块的形状信息包括：圆锥体的底部直径，圆锥体法线长度，圆锥体高度，圆锥体内探针顶点到球面连线的长度，圆锥体内探针顶点到天线模块的尖端的连线的长度，金属盘的直径，金属盘到天线模块的尖端的距离，其中，圆锥体内探针顶点到球面连线平行于圆锥体法线，探针顶点为置于天线模块内部的探针的顶点。
进一步地，该传感器还包括：防护罩，其中，防护罩的形状设置为流线型，防护罩的材料为透波材料，天线模块位于防护罩内。
本申请通过天线模块接收特高频无线电波信号，其中，将天线模块的形状设置为球面锥形，使天线模块的驻波比满足驻波比预设条件，使天线模块采集到的特高频无线电波信号满足信号预设条件，其中，信号预设条件至少包括：特高频无线电波信号带宽在带宽预设范围内，特高频无线电波信号群时延在群时延预设范围内，进而通过发送模块将天线模块接收到的特高频无线电波信号发送至数据处理端，解决了相关技术中特高频电磁波传感器性能不佳的问题。本申请通过对上述传感器形状和结构的设计进而达到了提高特高频电磁波传感器性能的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的特高频无线电波传感器的示意图；
图2是根据本申请实施例提供的特高频无线电波传感器的结构图；以及
图3是根据本申请另一可选实施例的特高频无线电波传感器的结构图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，以下对本发明实施例涉及的部分名词或术语进行说明：
局部放电，是指当外加电压在电气设备中产生的场强，足以使绝缘部分区域发生放电，但在放点区域内未形成固定放电通道的放电现象。在电力设备中，局部放电为电力设备绝缘在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电，这种放电以仅造成导体间的绝缘局部短接而不形成导电通道为限。强烈的局部放电会使绝缘强度很快下降，造成高压电力设备绝缘损坏。而在发生局部放电时，会产生特高频电磁波。因此通过检测特高频电磁波可对发生局部放电的区域进行定位。
单极天线，竖直的具有四分之一波长的天线。
N型连接器，是一种具有螺纹连接机构的中小功率连接器，适用于微波设备和数字通信系统的射频回路中连接射频电缆或微带线。能与国际上NG型同类产品进行互换。按特征性阻抗分为50欧姆N型连接器和75欧姆N型连接器。具有频带宽、性能忧、高可靠、寿命长等特点。
驻波比，全称为电压驻波比，又名VSWR，指驻波波腹电压和波谷电压幅度之比。驻波比等于1时，表示馈线和天线的阻抗完全匹配，此时高频能量全部被无线辐射出去，没有能量的反射损耗；驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去。
根据本申请的实施例，提供了一种特高频无线电波传感器。
图1是根据本申请实施例的特高频无线电波传感器的示意图。如图1所示，该传感器包括：天线模块101和发送模块102。
具体地，天线模块101的形状设置为球面锥形，用于采集特高频无线电波信号，天线模块101的驻波比满足驻波比预设条件，天线模块101的群时延满足群时延预设条件，天线模块101采集到的特高频无线电波信号的频率的带宽满足信号带宽预设条件；发送模块102与天线模块101通信连接，发送模块102将特高频无线电波信号发送至数据处理端。
需要说明的是，特高频无线电波信号为电力设备发生局部放电现象时发出的无线电波信号，通过上述特高频无线电波信号可以检测电力设备是否发生局部放电现象，以及局部放电现象发生在何处。上述天线模块101为单极天线。
需要说明的是，上述发送模块102中包括天线模块馈线，上述天线模块采集的特高频无线电波信号通过上述天线模块馈线传输至数据处理端。
可选的，上述驻波比预设条件为天线模块101驻波比小于驻波比阈值，例如，设置驻波比阈值为2，则当天线模块101的驻波比小于2时，该天线模块101满足驻波比预设条件。上述群时延预设条件为天线模块101的群时延小于群时延阈值，例如，设置群时延阈值为2ns，则当天线模块101的群时延小于2ns时，该天线模块101满足群时延预设条件。
上述信号带宽预设条件为天线模块101接收到的无线电波的频率的带宽大于预设的带宽范围，例如，预设的带宽范围为400-2000MHz，当天线模块101接收到的无线电波的频率在350MHz至2000MHz之间，则上述天线模块101接收到的特高频无线电波信号的带宽范围大于上述带宽预设范围，天线模块101接收到的特高频无线电波信号的带宽满足信号带宽预设条件。
可选的，上述发送模块包括滤波电路和放大电路，上述滤波电路用于滤除上述天线模块101采集到的特高频无线电波信号中的噪声信号，上述放大电路用于将滤波后特高频无线电波信号进行放大。发送模块将放大后的特高频无线电波信号发送至数据处理端。
可选的，该传感器还包括：金属盘，其中，金属盘设置为圆形，金属盘为传感器底座；绝缘支撑件，其中，绝缘支撑件和金属盘用于支撑天线模块101，绝缘支撑件将天线模块101和金属盘绝缘，天线模块101的尖端与绝缘支撑件连接。
可选的，金属盘与地连接，金属盘通过其中心与绝缘支撑件连接。
需要说明的是，上述金属盘与地连接并非仅限于物理上与大地连接，而是该金属盘电位与地相同，当有设备与金属盘连接时，该设备与金属盘的连接的位置相当于接地。
可选的，该传感器还包括连接器，连接器用于连接发送模块和数据处理端。
可选的，连接器为50欧姆N型连接器。
可选的，该传感器还包括：短路针，短路针用于连接天线模块101和金属盘，短路针垂直于金属盘放置。
需要说明的是，通过短路针将天线模块101和金属盘链接，即将天线模块101与短路针连接的位置与上述金属盘短路连接，则天线模块101与短路针连接的位置相当于直接接地。经实验证明，在天线模块101和金属盘之间加装短路针，通过调整短路针的数量、放置位置和直径可改变特高频无线电波传感器接收信号的带宽和特高频无线电波传感器本身的驻波比。因此通过仿真计算，可得到使特高频无线电波传感器在保证低驻波比的同时使接收信号的带宽最大化的短路针数量、放置位置和直径。
可选的，短路针与天线模块101的连接位置位于天线模块101的边缘，天线模块101的边缘为球面锥形的天线模块101的球面与圆锥体的连接位置。
需要说明的是，上述短路针放置位置与上述圆锥体中心轴的距离影响上述特高频无线电波传感器接收信号的带宽。在实验中，经过仿真计算，得出上述短路针放置位置与上述圆锥体中心轴的距离越大则上述特高频无线电波传感器接收信号的带宽越大，因此为了获得最大的接收信号的带宽，将短路针与天线模块101的连接位置设置于距离上述圆锥体中心轴最远的位置，即天线模块101的球面与圆锥体的连接位置。
可选的，短路针的数量为两个，其中，两个短路针对称放置。
需要说明的是，短路针的数量影响特高频无线电波传感器接收信号的带宽和特高频无线电波传感器本身的驻波比。在实验中，经过仿真计算，得出上述短路针的数量越多则特高频无线电波传感器接收信号的带宽越大，同时当短路针增加到一定数目时，在部分频段上，出现了驻波比大于2的情况，在这种情况下，天线模块与天线模块馈线的阻抗匹配度会劣化。因此经过仿真计算，在保证驻波比满足驻波比预设条件的情况下，上述短路针的数量设置为两个。
可选的，短路针的形状被设置为圆柱形，天线模块101的形状信息和短路针的直径通过仿真计算得出，仿真计算为对天线模块101的形状信息和短路针的直径进行仿真计算，得出使符合目标条件的天线模块101的形状信息和短路针的直径，其中，目标条件至少包括：传感器符合驻波比预设条件、天线模块101的群时延满足群时延预设条件以及天线模块101采集到的特高频无线电波信号的频率的带宽满足信号带宽预设条件；天线模块101的形状信息包括：圆锥体的底部直径，圆锥体法线长度，圆锥体高度，圆锥体内探针顶点到球面连线的长度，圆锥体内探针顶点到天线模块101的尖端的连线的长度，金属盘的直径，金属盘到天线模块101的尖端的距离，其中，圆锥体内探针顶点到球面连线平行于圆锥体法线，探针顶点为置于天线模块101内部的探针的顶点。
需要说明的是，上述仿真计算通过HFSS软件实现。
可选的，该传感器还包括：防护罩，其中，防护罩的形状设置为流线型，防护罩的材料为透波材料，天线模块101位于防护罩内。
需要说明的是，该传感器可用于车载式局部放电定位系统中，而由于在通过车载式局部放电定位系统对电网系统进行巡检时，该传感器安装于车顶，因此会受到较大风阻，容易损坏。而为传感器添加流线型的防护罩，可有效减小风阻。同时该防护罩由透波材料制成，不会影响传感器对无线电波信号的检测。上述透波材料可以为玻璃钢、聚四氟乙烯或者三向石英增强二氧化硅等。
本申请实施例提供的特高频无线电波传感器，通过天线模块101接收特高频无线电波信号，其中，将天线模块101的形状设置为球面锥形，使天线模块101的驻波比满足驻波比预设条件，使天线模块101采集到的特高频无线电波信号满足信号预设条件，其中，信号预设条件至少包括：特高频无线电波信号带宽在带宽预设范围内，特高频无线电波信号群时延在群时延预设范围内，进而通过发送模块将天线模块101接收到的特高频无线电波信号发送至数据处理端，解决了相关技术中特高频电磁波传感器性能不佳的问题，进而达到了提高特高频电磁波传感器性能的效果。
图2是根据本申请实施例的特高频无线电波传感器的结构图，如图2所示，图中201为球面锥形天线模块，202为绝缘支撑件，203为金属盘，204为50欧姆N型连接器。图中关于特高频无线电波传感器中各部件尺寸标号如下：W为天线模块201中圆锥体的底面直径，H为天线模块201中圆锥体的的高度，ON为天线模块201中圆锥体的的母线长度，D为金属盘的直径，h为天线模块201的尖端到金属盘的距离，点P为天线模块201中内置探针的顶点，PO为P点到天线模块201的尖端的距离，PQ为P点到天线模块201中球面的距离，其中PQ平行于ON。
需要说明的是，上述天线模块接收信号的下限频率越低，则接收信号的带宽越大，通过上述特高频无线电波传感器中各部件的尺寸来计算特高频无线电波传感器接收信号的下限频率fL的公式为：
其中，
式中，PO，PQ，h，W的单位为cm，fL的单位为MHz。
通过上式进行仿真技术可计算得出能够在获得最大接收信号的带宽时的上述特高频无线电波传感器中各部件的尺寸。
图3是根据本申请另一可选实施例的特高频无线电波传感器的结构图。如图3所示，图中201为球面锥形天线模块，202为绝缘支撑件，203为金属盘，204为50欧姆N型连接器，301为短路针。图中关于特高频无线电波传感器中各部件尺寸标号如下：W为天线模块201中圆锥体的底面直径，H为天线模块201中圆锥体的高度，ON为天线模块201中圆锥体的母线长度，D为金属盘203的直径，h为天线模块201的尖端到金属盘203的距离，点P为天线模块201中内置探针的顶点，PO为P点到天线模块201的尖端的距离，PQ为P点到天线模块201中球面的距离，其中PQ平行于ON，r为短路针到天线模块201轴心线的距离，d为短路针直径。
需要说明的是，上述特高频无线电波传感器接收信号的下限频率越低，则上述特高频无线电波传感器接收信号的带宽越大，上述特高频无线电波传感器接收信号的下限频率设置为fL，在仿真计算中，为了计算短路针301到天线模块201轴心线的距离r，短路针301的数量和短路针301的直径，设置如下仿真模型的主要参数，H＝11.8cm，W＝23cm，h＝0.2cm，D＝24cm，ON＝16.4cm，PQ＝11.2cm，PO＝5.6cm。
经过实验验证，短路针301到天线模块201轴心线的距离r能够影响特高频无线电波传感器接收信号的带宽，因此在仿真计算中，在上述天线模块201和金属盘203之间添加两个短路针301，短路针301直径d选择为0.2cm，改变短路针301到天线模块201轴心线的距离r，进而得到在r不同时特高频无线电波传感器的驻波比曲线。
由通过仿真计算得出的在r不同时特高频无线电波传感器的驻波比曲线可知，当r越大时，天线模块201的驻波比峰值对应的频率越低，即当r越大时，特高频无线电波传感器接收信号的带宽越大。因此为了尽可能拓宽特高频无线电波传感器接收信号的带宽，将短路针301与天线模块201的连接位置设置于天线模块201的边缘。
经过实验验证，短路针301在均匀分布时，其数量影像特高频无线电波传感器接收信号的带宽，在仿真计算中，将短路针301的数量设置为n，并将n分别设置为0、1、2、3、4进行仿真计算，进而得到在n不同时特高频无线电波传感器的驻波比曲线。
由通过仿真计算得出的在n不同时特高频无线电波传感器的驻波比曲线可知，当未添加短路针301(n＝0)时，fL为520MHz，驻波比在520-2000MHz范围内小于2；n＝1时，fL为500MHz，驻波比在500-2000MHz范围内小于2；n＝2时，fL为350MHz，驻波比在350-2000MHz范围内均小于2；当n＝3或4时，fL减小至未加载短路针时一半。同时，在部分频段上，驻波比出现大于2的情况。这说明，短路针301数目增加时，高频无线电波传感器接收信号的下限频率fL减小，但当短路针增加到一定数目时，在部分频段上，天线模块与馈线的阻抗匹配度会劣化。由此可知当选择添加两个短路针301时，特高频无线电波传感器接收信号的带宽最大。
经过实验验证，短路针301选择的直径d不同，也会影响特高频无线电波传感器接收信号的带宽，因此在仿真计算中，短路针301到天线模块201轴心线的距离r设置为11cm，短路针301的数量设置为2个，改变短路针301的直径d，得到在不同的d的情况下特高频无线电波传感器的驻波比曲线。
由通过仿真计算得出的在不同的d的情况下特高频无线电波传感器的驻波比曲线可知，当短路针301的直径d增加时，特高频无线电波传感器的下限频率fL先减小后增加，说明增加短路针301的直径能够增加特高频无线电波传感器接收信号的带宽，但当d增加到一定值时，带宽开始减小。
基于上述对短路针301到天线模块201轴心线的距离r、短路针301的数量和短路针301的直径d的仿真计算，得到最优化的特高频无线电波传感器各部件的尺寸为：H＝7cm，W＝13.2cm，h＝0.2cm，D＝24cm，ON＝9.1cm，PQ＝6.6cm，PO＝3.3cm，r＝6.1cm，d＝0.5cm。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。