本发明专利技术公开了一种检测开关柜局部放电的宽带双圆极化天线及其设计方法，天线由导线层、介质基板和天线外壳组成；导线层敷设于所述介质基板上，由平面表面上第一至第N导体臂组成，N为2或4；各导体臂旋转对称，其轮廓线均为三个周期基本正弦曲线；介质基板置于所述天线外壳内部；设计方法包括以下步骤：确定天线参数，确定第一导体臂的轮廓线，确定第二至第N导体臂的轮廓线。本发明专利技术采用了三个周期的基本正弦线作为双圆极化天线轮廓线，延长了有效电长度，增强了局部放电的检测效果，在0.3~3GHz范围内具有多个检测频带，具有较宽的频带，大小适中，携带方便，适合目前电力系统的开关柜上使用，造价低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及宽带双圆极化天线及其设计方法，尤其是一种检测开关柜局部放电的 宽带双圆极化天线及其设计方法，属于开关
技术背景 高压金属封闭式开关柜在变电站中得到了大量使用，其运行安全直接影响到变电 站的供电可靠性和国民的生产生活，因此对开关柜运行状态的监测和预判和合理检修是非 常必要的。高压开关柜长期在高温、高电压、振动、潮湿等作用下，同时加上在制造过程中潜 在的缺陷等，高压开关柜内部的金属部件有可能产生局部放电，导致电气绝缘强度降低，如 果不能及时处理极有可能造成严重的后果。据统计，由于开关柜绝缘劣化引起的事故台次 占开关柜事故总台次的68%和事故总容量的74%，而实践证明，局部放电是导致设备绝缘劣 化的主要原因。开关柜局部放电时开关柜局部放电既是设备故障的征兆，也是造成绝缘劣 化的重要原因，并逐渐导致绝缘损坏。严重时开关柜爆炸导致供电中断，影响电网供电可靠 性，引发火灾事故，造成重大经济损失。 开关柜局部放电所广生的超尚频（300~3000MHz)电彳目号，利用超尚频法设计超尚 频天线实现局部放电的检测和定位，并实现抗干扰。克服了传统的脉冲电流法测量频率低、 频带窄的缺点，可以较全面地研究局部放电的本征特征。其缺点是变压器绝缘结构复杂，电 磁波在传播中会发生多次折反射及衰减，而且变压器箱体结构也会对电磁波的传播带来不 利的影响，这就大大增加了超高频局部放电检测的难度。超高频检测技术近年来得到了较 快的发展，在一些电力设备（如Gls、电机、电缆、变压器）的检测中已经得到应用。因而在 局放检测（特别是在线检测）中将有广阔前景。 目前，用于开关柜检测局部放电天线主要有微带天线、阿基米德天线、分形天线 等。现有的天线检测开关柜局部放电时，在使用过程中由于检测频带窄、体积大、抗干扰性 差等缺陷给开关柜局部放电的检测带来了很大的不便。而且微带天线用于开关柜局部放电 检测时，要使得在检测低频信号时，对于微带天线的贴片面积具有很高的要求，使其实现起 来具有很大困难。随着天线技术的进步，分形天线不断流行起来，但是分形天线具有基次/ 低次谐频带宽较窄、邻频比较固定、基谐频增益稍低、极化纯度稍低、分形曲线弯折扭曲使 得电流方向处处不尽一致，因此电场方向性变差，使得分形天线也不能得到广泛的使用。阿 基米德螺旋天线在检测局部放电中具有很大的前景，但是主要用于GIS的局部放电检测， 在开关柜中的应用相对较少。目前已设计的许多超高频传感器不能拥有较宽的频带与较小 的体积，给检测开关柜局部放电带来了很大的不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种检测开关柜局部放电的宽带双圆极化天线及其设计方 法，该用于开关柜局部放电检测的天线具有良好的特性和较小的体积。 本专利技术采用的技术解决方案是：该天线由导线层、介质基板和天线外壳组成；所 述导线层敷设于所述介质基板上，由平面表面上第一至第N导体臂组成，N为2或4 ;所述各 导体臂旋转对称，其轮廓线均为三个周期基本正弦曲线；所述介质基板置于所述天线外壳 内部；天线底部均铺设铜质接地层，用于地线连接。 其中，所述第一导体臂的轮廓线的基本正弦曲线由极坐标方程确定：其中为角度跨度；：r为两条相邻曲线半径比值；1为常数为曲线微调因子，:r初 始半径值，η为基本正弦线的第几段。 其中，所述介质基板的材质为玻璃纤维环氧树脂覆铜板耐燃材料，其耐热等级为 FR-4,厚度为2mm，直径为8cm〇 其中，所述导线层的材质为铜。 其中，所述天线外壳为铝制材料，其内部充满环氧树脂，其顶部开盖；所述天线外 壳长为l〇cm，宽为10cm，高为lcm。 上述检测开关柜局部放电的宽带双圆极化天线的设计方法包括以下步骤： (1) 确定天线参数：导体臂数目N、天线的回波损耗I1:绝对值阈值和驻波比阈值； (2) 确定所述第一导体臂的轮廓线，具体步骤是： 步骤2-1:设定导线层材料、常数i和角度跨度媒:、两条相邻曲线半径比值:r、曲线微调 因子果::的初始参数； 步骤2-2 :确定所述第一导体臂的轮廓线的初始形状，其基本正弦曲线为：步骤2-3:调整角度跨度·、两条相邻曲线半径比值；T、曲线微调因子#的取值，使所述 天线的回波损耗％:绝对值和驻波比满足阈值要求； (3) 确定所述第二至第N导体臂的轮廓线：所述第二至第N导体臂的轮廓线与所述第 一导体臂的轮廓线旋转对称。 本专利技术的有益效果是： 1、本专利技术大小适中，携带方便，适合目前电力系统的开关柜上使用，造价低。 2、本专利技术采用了三个周期的基本正弦线作为双圆极化天线轮廓线，延长了有效电 长度，增强了局部放电的检测效果。 3、本专利技术在0. 3~3GHz范围内具有多个检测频带，具有较宽的频带。【附图说明】 图1是本专利技术的俯视图； 图2是本专利技术的立体图； 图3是本专利技术的回波损耗示意图； 图4本专利技术的天线的驻波比示意图； 图中：丨第一至第N导体臂，2导线层，3介质基板，4天线外壳。【具体实施方式】 如图1和图2所示，该检测开关柜局部放电的宽带双圆极化天线由导线层2、介质 基板3和天线外壳4组成；所述导线层2敷设于所述介质基板3上，由平面表面上第一至第 N导体臂1组成，N为2或4 ;所述各导体臂旋转对称，其轮廓线均为三个周期基本正弦曲线； 所述介质基板3置于所述天线外壳4内部。 其中，所述第一导体臂的轮廓线的基本正弦曲线由极坐标方程确定：其中释为角度跨度；:·Τ为两条相邻曲线半径比值；I为常数；M为曲线微调因子，Γ初 始半径值，η为基本正弦线的第几段。 其中，所述介质基板3的材质为玻璃纤维环氧树脂覆铜板耐燃材料，其耐热等级 为FR-4,厚度为2mm，直径为8cm〇 其中，所述导线层2的材质为铜。...
【技术保护点】
检测开关柜局部放电的宽带双圆极化天线，其特征在于：该天线由导线层、介质基板和天线外壳组成；所述导线层敷设于所述介质基板上，由平面表面上第一至第N导体臂组成，N为2或4；所述各导体臂旋转对称，其轮廓线均为三个周期基本正弦曲线；所述介质基板置于所述天线外壳内部。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：支磊，罗坤，刘建戈，石旭初，
申请(专利权)人：江苏省电力公司淮安供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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