专利名称：局部放电超高频检测Peano分形天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及分形天线设计领域，特别涉及一种采用了 Peano三阶分形原理设计的局部放电超高频检测分形天线。
背景技术：
变压器是电力系统中最关键的设备之一，它的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运行，故障和事故总不可能完全避免，且引发故障和事故又出于众多方面的原因。在变压器故障中，绝缘故障占有很高的比重，而在发生绝缘故障前会产生局部放电现象，所以，通过变压器局部放电的在线监测，可及时发现变压器内部的潜伏性故障，避免发生突发性的绝缘故障，有利于电力系统的安全运行。由于局部放电的检测和评价是变压器绝缘状况监测的重要手段。因此，无论是研究机构、制造厂商，还是电力系统运行部门，都非常关心局部放电检测技术的发展。目前，我国IIOkv及以上大型变压器大多采用油浸式变压器，对于此种变压器，油中局部放电是造成变压器绝缘故障的主要因素，油中局部放电会产生纳秒级的电流脉冲， 激发频率可以达到上GHz的电磁波。鉴于此种特点，科技人员研究出超高频法来进行相关监测，该法是通过检测伴随局部放电点产生的、频率为200ΜΗζ 3000ΜΗζ的电磁波来判断局部放电的方法，由于其具有抗干扰能力强、灵敏度高的特点，近年来已经成为了变压器局部放电检测中的重要方法。变压器局部放电在线监测超高频监测法的关键技术之一是超高频天线，其性能的好坏直接影响局部放电信号的提取与后期处理。目前普遍用于变压器局部放电在线监测超高频检测的天线主要有阿基米德双臂平面螺旋天线、圆锥天线和偶极子天线等，实际应用经验表明现有天线的检测频带较窄，损失了较多的局部放电信息；输出阻抗较低，不利于与信号传输线路形成良好的阻抗匹配；方向角较窄，不利于接收微弱的局部放电信号。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有天线检测频带较窄、输出阻抗较低、方向角较窄的缺点，公开了一种局部放电超高频检测Peano分形天线，其方向性好、频带宽、驻波比小、便于阻抗匹配，能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求。本发明的目的是提供一种局部放电超高频检测Peano分形天线，包括电介质层和导线层，所述导线层敷设于电介质层的上表面，所述导线层包括多条首尾相连的弯曲导线段，所述导线段根据Peano三阶分形原理进行设置，组成三阶辐射天线元件；所述导线层在电介质层上的覆盖面为矩形面，所述覆盖面的边长为导线层的边长，所述导线段上设置有馈电点；
进一步，还包括接地层，所述接地层敷设在电介质层的下表面；
进一步，所述馈电点设置在接近导线段起始的位置上；进一步，所述导线层的边长取值范围为3(T200mm，所述导线段的宽度的取值范围为
O.所述电介质层的厚度的取值范围为l 4mm ；
进一步，所述导线段为铜箔；
进一步，所述导线段上镀有锡层；
进一步，所述电介质层为环氧树脂电介质板，所述电介质层的边长长于导线层的边长， 其差值范围为I 8mm。进一步，所述导线层的边长为90mm，所述导线段的宽度为1mm，所述电介质层的厚度为2mm。分形技术是得益于数学上分形物体的一些特殊性质发展起来的。无论是自然界中的分形还是数学上的分形物体，都能够通过简单的算法一步步迭代生成，最终能够行成惊人的复杂结构。分形的特性之一就是"分维数"。这种特性使得分形能够在很小的体积内充分的利用空间，也是其能够用于天线小型化设计的一个关键原因。在多种经典的分形曲线中，Peano曲线由于是由多节线段组成的，所以是一种比传统的曲线能够覆盖更多的空间的分形曲线，事实上，该种曲线几乎可以看作一系列的点来填满整个的正方形表面(本身仍保持是条曲线)。利用这种特性，天线的尺寸可以大大减小。本发明的局部放电超高频检测Peano分形天线具有以下有益效果
1.在200MHz到3GHz范围内具有多个检测频带，检测频带较宽，检测频带内驻波比小于 5，能够记录局部放电的大部分信息，不会造成遗漏情形；
2.具有50欧姆的输出阻抗，易于与信号传输线路形成阻抗匹配；
3.具有球状的方向性，对来自各个方向的信号具有相同的增益，有利于接收在变压器油箱发生复杂折反射的局部放电信号，尤其对微弱信号具有高灵敏性。本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图I为本发明的Peano分形天线的结构示意图2为Peano分形天线的侧面示意图3为导线段宽度a为Imm时，电介质层的厚度b为2mm时的驻波示意图4为导线段宽度a为Imm,电介质层的厚度b为2mm时,天线二维方向和增益示意图； 图5为实验室局部放电超高频检测试验平台示意图6为本发明的Peano分形天线检测到的四种不同放电信号及其频谱。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图I至图2所示，本发明包括电介质层I、导线层2和接地层4，导线层2敷设于电介质层I的表面，接地层4敷设在电介质层I的下表面；导线层2包括多条首尾相连的弯曲导线段22，导线段22根据Peano三阶分形原理进行设置，组成三阶辐射天线元件；导线层2在电介质层I上的覆盖面为矩形面，覆盖面的边长为导线层2的边长，导线段22上设置有馈电点3，所述馈电点3设置在接近导线段22起始的位置处。本实施例中，导线段22 为铜箔，为延长其使用寿命和增强器信号的接受能力，在导线段22上镀有锡层；电介质层I 采用环氧树脂电介质板，其介电常数为4. 4，电介质层I的边长大于导线层2的边长，其差值范围为5mm。本实施例中，导线层2的边长为90mm，导线段22的宽度a为1mm，电介质层I的厚度b为2mm。图3为导线段宽度a为Imm时，电介质层的厚度b为2mm时的驻波示意图。通过图3可以看出，天线在IGHz以下有2个谐振频率点，且三个谐振频率点处带宽都比较宽， 最能满足设计和使用的要求。仿真得到的天线方向和增益示意图如图4所示(图a为天线的第一个谐振频率点为370MHz，图b为天线第二个谐振频率点为700MHz)。由图中可见，天线具有半球状的方向图，能接收来自各个方向的电磁波，其方向性和增益都比较好。本发明的分形天线检测频带较宽，检测频带内驻波比小于5，具有高灵敏度的特性，非常适合局部放电超高频的检测，能够记录大部分的局部放电信息，即使信号微弱，也能完整记录。试验举例
如图5所示的实验室用于变压器局部放电超高频检测的试验平台，检测装置包括了本发明的分形天线5、放大滤波器6和示波器7，其中，分形天线4的馈电点通过同轴射频电缆 8与放大滤波器6的输入端相联,放大滤波器6的输出端通过同轴射频电缆9与不波器7的信号输入端相联。图6为本发明的Peano分形天线检测到的四种不同放电信号及其频谱。根据检测结果分析同一放电模型在三个试验电压下产生超高频信号频谱之间的相似度和同一试验电压下不同放电模型产生超高频信号能量频谱之间的相似度。结果表明对于同一个放电模型，当试验电压改变时，超高频信号频谱之间的相似度变化不大；在同一实验电压下，不同类型的放电模型的测量得到的超高频信号频谱相似度较低，可以从波形的角度对不同类型的放电信号进行识别。
权利要求
1.局部放电超高频检测Peano分形天线，包括电介质层(I)和导线层(2)，所述导线层 (2)敷设于电介质层(I)的上表面，其特征在于所述导线层(2)包括多条首尾相连的弯曲导线段(22)，所述导线段(22)根据Peano三阶分形原理进行设置，组成三阶辐射天线元件； 所述导线层(2)在电介质层(I)上的覆盖面为矩形面，所述覆盖面的边长为导线层(2)的边长，所述导线段(22)上设置有馈电点(3)。
2.根据权利要求I所述的局部放电超高频检测Peano分形天线，其特征在于还包括接地层(4 )，所述接地层(4 )敷设在电介质层(I)的下表面。
3.根据权利要求2所述的局部放电超高频检测Peano分形天线，其特征在于所述馈电点(3)设置在接近导线段(22)起始的位置。
4.根据权利要求3所述的局部放电超高频检测Peano分形天线，其特征在于所述导线层(2)的边长取值范围为3(T200mm，所述导线段(22)的宽度(a)的取值范围为O. 5 10mm， 所述电介质层(I)的厚度(b)的取值范围为l 4mm。
5.根据权利要求4所述的局部放电超高频检测Peano分形天线，其特征在于所述导线段(22)为铜箔。
6.根据权利要求5所述的局部放电超高频检测Peano分形天线，其特征在于所述导线段(22)上镀有锡层。
7.根据权利要求6所述的局部放电超高频检测Peano分形天线，其特征在于所述电介质层(I)为环氧树脂电介质板，其介电常数为4. 4，所述电介质层(I)的边长长于导线层(2)的边长，其差值范围为I 8mm。
8.根据权利要求7所述的局部放电超高频检测Peano分形天线，其特征在于所述导线层(2)的边长为90mm，所述导线段(22)的宽度(a)为1mm，所述电介质层(I)的厚度(b) 为 2mm。
全文摘要
本发明公开了一种用于局部放电超高频检测的Peano分形天线，局部放电检测Peano分形天线，包括电介质层和导线层，所述导线层敷设于电介质层的上表面，所述导线层包括多条首尾相连的弯曲导线段，所述导线段根据Peano三阶分形原理进行设置，组成三阶辐射天线元件；所述导线层在电介质层上的覆盖面为矩形面，所述覆盖面的边长为导线层的边长，所述导线段上设置有馈电点，本发明的Peano分形天线方向性好、频带宽、驻波比小、便于阻抗匹配，能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求。
文档编号H01Q1/48GK102608506SQ20121010218
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者刘凡, 廖瑞金, 张昀, 李剑, 杜林 , 王有元 申请人:重庆大学