一种加载短路探针的微带分形天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种加载短路探针的微带分形天线，包括从上到下依次叠置的分形贴片、介质基板、泡沫板、金属接地板；所述分形贴片的边界为2阶Koch分形曲线构成，分形贴片的宽度与长度相等，分形贴片上设置有馈电孔和短路探针孔，所述馈电孔穿过分形贴片、介质基板、泡沫板和金属接地板，所述短路探针孔穿过分形贴片、介质基板、泡沫板；还包括短路探针和同轴电缆接头，所述短路探针位于短路探针孔内，短路探针两端分别连接分形贴片、金属接地板，所述同轴电缆接头的小头位于馈电孔内，其大头固定在金属接地板；本实用新型具有结构新颖、尺寸小、频带宽、受环境因素影响小、成本低并易于集成等优点，可满足开关柜紧凑结构对天线的要求。
【专利说明】一种加载短路探针的微带分形天线
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及输配电领域，尤其涉及一种高压电力设备局部放电检测装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着电力系统电压等级的不断提高，电力设备绝缘性能的好坏直接关系着电力系统的安全稳定运行。局部放电检测法是用来判断电力设备绝缘性能的有效方法，常用的局部放电检测方法有脉冲电流法、声测法、超高频(UHF)检测法，其中超高频检测法能够有效避开电晕放电、开关操作等电磁干扰信号，具有抗干扰能力强，检测的准确性高等特点，因此近年来在局部放电检测领域得到了广泛应用。对于开关柜局部放电超高频信号的检测，一般通过装在开关柜内部的超高频天线来完成，这样既能较容易地接收电磁信号，又可对外部干扰有较好的屏蔽效果，但开关柜内放入传感器有可能改变内部电场分布，引起击穿，这就对传感器的制造有了更高的要求。微带天线因具有重量轻、剖面低、易集成、成本低等特点在开关柜的局部放电信号检测中得到了应用，近年来人们又将分形结构用于微带天线，大大缩小了天线的尺寸，提高了微带天线的使用范围。
[0003]现有的采用分形结构的微带天线，如申请号为201310043452.3的“一种嵌套式Koch分形北斗双频微带天线”专利，公开的传感器主要包括环形内、外Koch分形贴片、良导体接地反射板、高介电常数介质基板等，其中良导体接地反射板开有四条缝隙槽；该天线的主要缺点有:
[0004]1、该天线属于双频段天线，设计了两个馈电端口来传输电磁信号，对于开关柜内部传感器而言双端口不能使信号传输变方便。
[0005]2、该天线属于窄带天线，绝对带宽不超过50MHz，用于电力设备局部放电信号检测不能获得足够的信息，不能获得理想的检测效果。
[0006]3、该天线工作频点为1.620GHz和2.510GHz，不能获得超高频信号中的低频段信号，无法获取电力设备完整的局部放电信息。
[0007]又如文献(林澍，王宇碟，张雪莹，刘圣英，王进祥，Koch分形在圆极化微带天线中的应用，科学技术与工程，2010，10 (31):7760-7763)利用2阶Koch分形曲线设计了圆极化形式的微带天线，同时实现了天线的小型化。但是该天线同样存在中心频率过高，带宽较窄的缺点。
实用新型内容
[0008]本实用新型旨在提供一种加载短路探针的微带分形天线，尺寸小、频带宽、受环境因素影响小、成本低，可满足开关柜紧凑结构对天线的要求。
[0009]为达到上述目的，本实用新型是采用以下技术方案实现的:
[0010]本实用新型公开的加载短路探针的微带分形天线，包括从上到下依次叠置的分形贴片、介质基板、泡沫板、金属接地板；所述分形贴片的边界为2阶Koch分形曲线构成，分形贴片的宽度与长度相等，分形贴片上设置有馈电孔和短路探针孔，所述馈电孔穿过分形贴片、介质基板、泡沫板和金属接地板，所述短路探针孔穿过分形贴片、介质基板、泡沫板；还包括短路探针和同轴电缆接头，所述短路探针位于短路探针孔内，短路探针两端分别连接分形贴片、金属接地板，所述同轴电缆接头的同轴内芯位于馈电孔内，其接口端固定在金属接地板。
[0011]优选的，所述分形贴片分形切角的边长为8?12mm，分形贴片的长度为72?108mm,所述介质基板为边长为95?120mm的正方形,所述馈电孔与介质基板较近的横向边和纵向边的距离相等，均为的18?22mm，所述短路探针孔与上述两边的距离相等，均为85 ?95mm0
[0012]优选的，所述短路探针材质为铜，直径为0.4?1.4mm，长度为20?25mm。
[0013]优选的，所述介质基板的基材为FR-4或Rogers RT/duroid5880或Rogers RT/duroid6006 或 RogersRT/duroid6010/6010LM,厚度为 3 ?5mm。
[0014]优选的，所述金属接地板为铜或铝或铁，厚度为I?4mm。
[0015]进一步的，所述分形贴片为通过印刷电路工艺蚀刻在介质基板上的附着层，材料为铜或银，厚度为50?100 μ m。
[0016]优选的，所述的泡沫板聚乙烯泡沫板、聚苯乙烯泡沫板或者改性酚醛，厚度为15 ?20mmo
[0017]进一步的,所述介质基板、泡沫板、金属接地板依次粘接。
[0018]优选的，所述馈电孔的直径为I?2_，所述短路探针孔的直径为0.5?1.5_，所述短路探针为铜，直径为0.4?1.4mm。
[0019]本实用新型具有以下的有益效果:
[0020]1、本发明天线尺寸小，采用单端口馈电，可以方便地安装在开关柜等电力设备内部，实现电力设备局部放电信号的检测。
[0021]2、本发明天线工作频带为485?645MHz，绝对带宽超过150MHz，能够获得电力设备局部放电信号的大部分信息，能够真实地反映开关柜等电力设备的绝缘故障。
[0022]3、本发明天线采用印刷电路工艺制作，所需材料为常用的印刷电路板基材，取材方便、制作成本低。
[0023]综上所述，本实用新型具有结构新颖、尺寸小、频带宽、受环境因素影响小、成本低并易于集成等优点，可满足开关柜紧凑结构对天线的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型的结构示意图；
[0025]图2为图1的俯视图；
[0026]图3为实施例1的驻波比图；
[0027]图4为实施例1在565MHz时的E面方向图；
[0028]图中:1_介质基板，2-分形贴片，21-馈电孔，22-Koch分形切角，23-短路探针孔，3-短路探针，4-金属接地板，5-同轴电缆接头，51-同轴内芯，6-泡沫板。
【具体实施方式】
[0029]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0030]实施例1
[0031]如图1、图2所示，介质基板I采用印刷电路板基材Rogers RT/duroid60106010LM,由于所述介质基板I的厚度直接影响天线的阻抗特性，经分析计算确定介质基板I的厚度为3mm,介质基板I的形状为正方形,边长为IOOmm ;分形贴片2通过印刷电路工艺蚀刻在介质基板I上，分形贴片2的材质为铜，厚度为70 μ m。
[0032]分形贴片2采用2阶Koch分形曲线构成边界，Koch分形切角22的边长为IOmm,分形贴片2的长度与宽度均为90mm，分形贴片2上分布有馈电孔21和短路探针孔23，馈电孔21与介质基板I较近的横向边和纵向边的距离相等，均为的20.5mm,短路探针孔23与上述两边的距离相等，均为90mm，上述馈电孔21和短路探针孔23的位置是经过天线仿真软件反复优化确定的，馈电孔211的直径为1.5mm，用以安放同轴内芯51，短路探针孔23的直径为1.2_，用以安放短路探针3。
[0033]短路探针3材质为铜，直径为1_，长度为21_，短路探针3穿过分形贴片2，的介质基板I以及泡沫板6和金属接地板4相连。
[0034]金属接地板4的材质为铜，厚度为Imm,金属接地板4的平面尺寸和介质基板I的平面尺寸相同，金属接地板4与介质基板I竖直方向对齐，金属接地板4的上表面距离所述分形贴片2的距离为20mm。
[0035]同轴电缆接头5位于所述金属接地板4的下表面，同轴电缆接头5型号为SMA—KffE或SMA — KFD6或SMA — KFD7，同轴电缆接头5外围固定在金属接地板4的下表面，同轴电缆接头5的中心位置坐标与馈电孔21的孔心一致。同轴内芯51穿过的金属接地板4、泡沫板6以及介质基板I后与分形贴片2相连。
[0036]泡沫板6为市购的聚苯乙烯泡沫板，泡沫板6的平面尺寸与介质基板I的平面尺寸相同，厚度为17_ ;泡沫板6位于所述的介质基板I和所述的金属接地板4之间,介质基板I和金属接地板4均采用市售的万能胶和泡沫板6粘接。
[0037]实施例1的天线各项参数，通过天线仿真软件对其性能进行分析，仿真结果如图
3、图4所示如下:
[0038]图3是本实施例1在400MHz?700MHz频段的驻波比图，其中横坐标代表频率变量，单位MHz ;纵坐标代表回波损耗VSWR幅度变量，单位dB。从图3中可以看出，天线在485?645MHz频带范围驻波比小于2dB，绝对带宽大于150MHz，天线具有很宽的频带。
[0039]图4所示是本实施例1在565MHz频率上的的E面方向图，从图4中可以看出天线的最大辐射方向在天线平面120°方向，天线的主瓣宽度较大。
[0040]实施例2
[0041]实施例2与实施例1的区别在于:介质基板I的材料采用印刷电路板基材FR-4，馈电孔21与介质基板I较近的横向边和纵向边的距离相等，均为的22_，金属接地板4的上表面距离分形贴片2的距离为25m，泡沫板6的厚度为22mm。
[0042]实施例3
[0043]实施例3与实施例1的区别在于:介质基板I的材料采用印刷电路板基材RogersRT/duroid6006, Koch分形切角22的边长为9.3mm,分形贴片2的长度和宽度相等，均为83.7mm，短路探针孔23与介质基板I较远的横向边和纵向边的距离相等，均为的88mm。[0044]当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种加载短路探针的微带分形天线，其特征在于:包括从上到下依次叠置的分形贴片、介质基板、泡沫板、金属接地板；所述分形贴片的边界为2阶Koch分形曲线构成，分形贴片的宽度与长度相等，分形贴片上设置有馈电孔和短路探针孔，所述馈电孔穿过分形贴片、介质基板、泡沫板和金属接地板，所述短路探针孔穿过分形贴片、介质基板、泡沫板；还包括短路探针和同轴电缆接头，所述短路探针位于短路探针孔内，短路探针两端分别连接分形贴片、金属接地板，所述同轴电缆接头的同轴内芯位于馈电孔内，其接口端固定在金属接地板。
2.根据权利要求1所述的加载短路探针的微带分形天线，其特征在于:所述分形贴片分形切角的边长为8?12mm,分形贴片的长度为72?108mm,所述介质基板为边长为95?120mm的正方形，所述馈电孔与介质基板较近的横向边和纵向边的距离相等，均为的18?22mm，所述短路探针孔与上述两边的距离相等，均为85?95mm。
3.根据权利要求1所述的加载短路探针的微带分形天线，其特征在于:所述短路探针材质为铜，直径为0.4?1.4mm,长度为20?25mm。
4.根据权利要求1所述的加载短路探针的微带分形天线，其特征在于:所述介质基板的基材为 FR-4 或 Rogers RT/duroid5880 或 Rogers RT/duroid 6006 或 RogersRT/duroid6010/6010LM，厚度为 3 ?5mm。
5.根据权利要求1所述的加载短路探针的微带分形天线，其特征在于:所述金属接地板为铜或招或铁，厚度为I?4mm。
6.根据权利要求1所述的加载短路探针的微带分形天线，其特征在于:所述分形贴片为通过印刷电路工艺蚀刻在介质基板上的附着层，材料为铜或银，厚度为50?ΙΟΟμπι。
7.根据权利要求1所述的加载短路探针的微带分形天线，其特征在于:所述的泡沫板聚乙烯泡沫板、聚苯乙烯泡沫板或者改性酚醛，厚度为15?20mm。
8.根据权利要求1所述的加载短路探针的微带分形天线，其特征在于:所述介质基板、泡沫板、金属接地板依次粘接。
9.根据权利要求1所述的加载短路探针的微带分形天线，其特征在于:所述馈电孔的直径为I?2mm，所述短路探针孔的直径为0.5?1.5mm，所述短路探针为铜，直径为0.4?`1.4mm。
【文档编号】H01Q1/38GK203398304SQ201320538374
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】袁会云, 李军, 罗安栋, 马力, 黄荣, 姬广辉 申请人:川开电气股份有限公司