專利名稱：用于電纜局部放電在線監測的超高頻傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于電纜局部放電在線監測的超高頻傳感器，屬于電纜終端放電監測技術領域。
背景技術：
局部放電是引發電力電纜絕緣故障的主要原因之一。由于電纜終端絕緣的復雜性和不完善性，局部放電的發生率遠高于電纜本體。對電纜終端進行局部放電監測,對于保障電纜線路安全可靠運行具有十分重要的意義。電纜終端局部放電脈沖時間極短，通常為納秒級,這種放電脈沖會激發高頻的電磁信號，大量的研究表明，局部放電激發的電磁信號頻帶集中在300MHz-3GHz，要想接收如此寬頻的電磁信號需要采用超寬帶非頻變天線。目前滿足該要求的天線形式主要有等角螺旋天線和阿基米德螺旋天線。等角螺旋天線的螺旋增長率較快，具有天線臂短、低頻信號在天線上的傳輸路徑短、傳輸損耗小的優點，但同時也因為“截尾”效應而引起的反射電流較大，破壞了天線低頻端特性。阿基米德螺旋天線的螺旋增長率為線性，較等角螺旋天線的指數增長慢，故終端的天線臂有效部分更多，低頻端特性優于等角螺旋天線，然而由于其螺旋增長緩慢、螺旋臂細、螺旋臂長的特點，也帶來了傳輸損耗大、效率低等缺點。
發明內容
本發明目的是為了解決現有超寬帶非頻變天線不能兼具傳輸損耗小并保證低頻端特性的問題，提供了一種用于電纜局部放電在線監測的超高頻傳感器。本發明所述用于電纜局部放電在線監測的超高頻傳感器，它包括天線基板、等角螺旋天線段、阿基米德天線段、微帶線基板、中心導帶微帶線和接地板微帶線，天線基板上由中心向外環方向依次螺旋排布等角螺旋天線段和阿基米德天線段，等角螺旋天線段的兩個末端與阿基米德天線段的兩個首端一一對應連接；微帶線基板首端側的中心具有突出的矩形連接柱，該微帶線基板的正面中心由首端至末端覆蓋有中心導帶微帶線，該微帶線基板的反面中心由首端至末端覆蓋有接地板微帶線，中心導帶微帶線和接地板微帶線的阻抗匹配由首端至末端為140歐姆至50歐姆，中心導帶微帶線和接地板微帶線的首端寬度相同，接地板微帶線末端寬度為中心導帶微帶線末端寬度的5倍，兩者的寬度從首端至末端呈指數形式增長；微帶線基板的矩形連接柱穿過天線基板的中心，中心導帶微帶線的首端與等角螺旋天線段的一個首端連接，接地板微帶線的首端與等角螺旋天線段的另一個首端連接，中心導帶微帶線的末端連接同軸線SMA接頭的內導體,接地板微帶線的末端連接同軸線SMA接頭的外導體；
天線基板和微帶線基板均為介電常數為4.4、厚度為2mm的環氧樹脂板材；等角螺旋天線段、阿基米德天線段、中心導帶微帶線和接地板微帶線的材質均為銅。所述等角螺旋天線段的起始螺旋角度為O度，終止螺旋角度為3 π至4 π，阿基米德天線段的起始螺旋角度為3 31至4 31，終止螺旋角度為11 31至12 31。本發明的優點:本發明結合等角螺旋天線和阿基米德天線結構的優缺點，形成一種復合螺旋結構的螺旋天線，既克服了等角螺旋天線低頻特性不好的缺點，又克服了阿基米德螺旋天線臂長信號衰減大、傳輸效率低的缺點，且尺寸較等角螺旋天線大大減小，具有極大的帶寬和良好的駐波特性，根據設計要求和實測，在300MHz-3GHz的帶寬上，該超高頻傳感器的駐波比小于2.0。
圖1是本發明所述超高頻傳感器的等角螺旋天線段和阿基米德天線段在天線基板上的分布結構示意圖；圖2是微帶線基板上正面和反面的微帶線分布示意圖；圖3是本發明所述超高頻傳感器的駐波比曲線圖；圖中的縱坐標駐波比每格表示為I ;圖4是現有等角螺旋天線的分布示意圖；圖5是現有阿基米德天線的分布示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:下面結合圖1、圖2、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式所述用于電纜局部放電在線監測的超高頻傳感器，它包括天線基板1、等角螺旋天線段2、阿基米德天線段3、微帶線基板4、中心導帶微帶線5和接地板微帶線6，天線基板I上由中心向外環方向依次螺旋排布等角螺旋天線段2和阿基米德天線段3，等角螺旋天線段2的兩個末端與阿基米德天線段3的兩個首端一一對應連接；微帶線基板4首端側的中心具有突出的矩形連接柱，該微帶線基板4的正面中心由首端至末端覆蓋有中心導帶微帶線5，該微帶線基板4的反面中心由首端至末端覆蓋有接地板微帶線6，中心導帶微帶線5和接地板微帶線6的阻抗匹配由首端至末端為140歐姆至50歐姆，中心導帶微帶線5和接地板微帶線6的首端寬度相同，接地板微帶線6末端寬度為中心導帶微帶線5末端寬度的5倍，兩者的寬度從首端至末端呈指數形式增長；微帶線基板4的矩形連接柱穿過天線基板I的中心，中心導帶微帶線5的首端與等角螺旋天線段2的一個首端連接，接地板微帶線6的首端與等角螺旋天線段2的另一個首端連接，中心導帶微帶線5的末端連接同軸線SMA接頭的內導體，接地板微帶線6的末端連接同軸線SMA接頭的外導體；天線基板I和微帶線基板4均為介電常數為4.4、厚度為2mm的環氧樹脂板材；等角螺旋天線段2、阿基米德天線段3、中心導帶微帶線5和接地板微帶線6的材質均為銅。
本實施方式中，等角螺旋天線段2和阿基米德天線段3經印刷電路板技術在天線基板I上覆銅實現。本實施方式中的阻抗匹配是由指數漸變的中心導帶微帶線5和接地板微帶線6結構實現的，該指數漸變微帶線結構也是通過印刷電路板技術在微帶線基板4上雙面覆銅實現的，中心導帶微帶線5和接地板微帶線6的截面尺寸均做成漸變的形式以實現天線特性阻抗與測試線路特性阻抗的匹配。
具體實施方式
二:下面結合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，本實施方式所述等角螺旋天線段2的起始螺旋角度為O度，終止螺旋角度為3 η至4 π，阿基米德天線段3的起始螺旋角度為3 π至4 π，終止螺旋角度為11 π至12 π。利用電磁仿真軟件Ansoft HFSS對所述的超高頻傳感器進行仿真,通過對天線的螺旋起止半徑、阻抗匹配板長度及其首末端寬度等參數的大量仿真優化，可以得出在所設計頻帶即300MHz-3GHz的范圍內，使傳感器的駐波比達到最小值的各參數值。圖3所示，為本發明所述超高頻傳感器駐波特性的實測結果，測量采用AV3620網絡分析儀，由圖示可知，在300MHz-3GHz的頻帶內，傳感器的駐波比小于2.0。
權利要求
1.一種用于電纜局部放電在線監測的超高頻傳感器，其特征在于，它包括天線基板(I)、等角螺旋天線段(2)、阿基米德天線段(3)、微帶線基板(4)、中心導帶微帶線(5)和接地板微帶線(6)，天線基板(I)上由中心向外環方向依次螺旋排布等角螺旋天線段(2)和阿基米德天線段(3)，等角螺旋天線段(2)的兩個末端與阿基米德天線段(3)的兩個首端一一對應連接；微帶線基板(4)首端側的中心具有突出的矩形連接柱，該微帶線基板(4)的正面中心由首端至末端覆蓋有中心導帶微帶線(5)，該微帶線基板(4)的反面中心由首端至末端覆蓋有接地板微帶線(6)， 中心導帶微帶線(5)和接地板微帶線(6)的阻抗匹配由首端至末端為140歐姆至50歐姆，中心導帶微帶線(5)和接地板微帶線(6)的首端寬度相同，接地板微帶線(6)末端寬度為中心導帶微帶線(5)末端寬度的5倍，兩者的寬度從首端至末端呈指數形式增長；微帶線基板(4)的矩形連接柱穿過天線基板(I)的中心，中心導帶微帶線(5)的首端與等角螺旋天線段(2)的一個首端連接，接地板微帶線(6)的首端與等角螺旋天線段(2)的另一個首端連接，中心導帶微帶線(5)的末端連接同軸線SMA接頭的內導體，接地板微帶線(6)的末端連接同軸線SMA接頭的外導體；天線基板(I)和微帶線基板(4)均為介電常數為4.4、厚度為2mm的環氧樹脂板材； 等角螺旋天線段(2)、阿基米德天線段(3)、中心導帶微帶線(5)和接地板微帶線(6)的材質均為銅。
2.根據權利要求1所述的用于電纜局部放電在線監測的超高頻傳感器，其特征在于，所述等角螺旋天線段(2)的起始螺旋角度為O度，終止螺旋角度為3 π至4 π，阿基米德天線段(3)的起始螺旋角度為3 π至4 π ,終止螺旋角度為Iln至12 π。
全文摘要
用于電纜局部放電在線監測的超高頻傳感器，屬于電纜終端放電監測技術領域。本發明是為了解決現有超寬帶非頻變天線不能兼具傳輸損耗小并保證低頻端特性的問題。它包括天線基板、等角螺旋天線段、阿基米德天線段、微帶線基板、中心導帶微帶線和接地板微帶線，天線基板上由中心向外環方向依次螺旋排布等角螺旋天線段和阿基米德天線段，等角螺旋天線段的兩個末端與阿基米德天線段的兩個首端一一對應連接；微帶線基板首端側的中心具有突出的矩形連接柱，該微帶線基板的正面中心由首端至末端覆蓋有中心導帶微帶線，該微帶線基板的反面中心由首端至末端覆蓋有接地板微帶線。本發明用于電纜局部放電的超高頻信號的在線監測。
文檔編號G01R31/12GK103197217SQ201310129350
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月15日 優先權日2013年4月15日
發明者張曉虹, 高俊國, 張新魁, 郭寧, 王國利, 劉通, 王頌, 李銳海, 劉智宏, 王劍英, 臧源源, 黃小衛 申請人:哈爾濱理工大學, 南方電網科學研究院有限責任公司, 中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司廣州局