用於外置式GIS局部放電特高頻無線傳感器的多頻微帶天線的製作方法

2023-08-05 07:06:16 2

本實用新型屬於電氣設備局部放電檢測技術領域，具體涉及一種用於外置式GIS局部放電特高頻無線傳感器的多頻微帶天線。

背景技術：

氣體絕緣組合電器(簡稱GIS)具有結構緊湊、佔地面積小、運行安全可靠、維護工作量小、檢修周期長等優點，在電力系統中得到了廣泛應用。但是，在GIS中因各種原因所產生的絕緣缺陷在強電場的作用下將引發局部放電(簡稱PD)，GIS發生PD時，將伴隨產生高頻電磁波信號，因而在電力系統中廣泛應用特高頻法檢測GIS局部放電。

由於GIS局放信號的頻率範圍可達300MHz～1.5GHz，頻率高且帶寬廣，作為特高頻傳感器的關鍵組件的天線根據安裝方式可分為內置式和外置式。內置天線可獲得較高的靈敏度，但考慮到對GIS的電場畸變和絕緣影響，部分電氣設備廠商對GIS內置天線技術的興趣並不高，所以只能通過外置式特高頻傳感器進行GIS局部放電監測。

微帶天線具有剖面低、體積小、易與終端設備集成等特點，將天線印刷在介質基板上的辦法可藉助介電常數有效縮短天線尺寸，通過優化天線結構，加載技術，匹配網絡等來實現天線的小型化與多頻帶設計，目前是外置式局放特高頻傳感器的主要技術途徑之一。例如，名為「一種用於電力設備局部放電檢測的共面雙指數型漸變線特高頻傳感器」的201420704214.2號實用新型專利公開了共面雙指數型漸變線特高頻傳感器，包括固定在介質基板上的兩片雙指數型漸變線形狀的金屬貼片；再如名為「變電站局部放電檢測及定位用多頻段特高頻窄帶傳感器」的201410029625.0號中國專利披露了基於環線微帶天線，其中設計了一款應用於變電站局放檢測的傳感器；名為「GIS局部放電在線檢測外置多頻帶特高頻傳感器」的201410249474.X號中國專利介紹了採用矩形貼片與回形貼片嵌套的辦法實現多頻帶檢測。

外置式GIS局放傳感器需要信號回傳和通信，無線通信在靈活組網、安裝部署等方面均具有優勢，但現有的研究重點並非無線傳感，往往只考慮移動通信 對特高頻信號的幹擾問題。在電力生產實際條件下，需要通過無線傳感器或傳感網實現GIS局部放電的在線監測。

技術實現要素：

為解決上述問題，本實用新型公開了一種用於外置式GIS局部放電特高頻無線傳感器的多頻微帶天線，實現GIS局部放電、無線通信兩個不同頻段的響應，使天線同時支持GIS局部放電信號的採集與傳感數據的無線回傳，能夠滿足在電力生產中對GIS局部放電的在線監測要求。

本實用新型採用下述技術方案：

一種用於外置式GIS局部放電特高頻無線傳感器的多頻微帶天線，其特徵在於，該天線包括介質基板、輻射貼片、地板、饋線和連接器，所述介質基板的兩面分別附有輻射貼片和地板；所述饋線分別與輻射貼片和連接器相連。

優選的，所述輻射貼片可實現GIS局部放電和無線通信兩個不同頻段的響應，使天線同時支持GIS局部放電信號的採集與無線通信。

優選的，所述輻射貼片為介質基板上蝕刻的完全對稱開路雙矩形環貼片，介質基板的背面附有作為地板的矩形金屬薄層。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型能夠用於氣體絕緣組合電器(GIS)的外置式局部放電特高頻傳感器，可以同時支持GIS局部放電信號的採集與傳感數據的無線回傳，便於實現無線傳感網絡；並有利於減小外置式GIS局放無線特高頻傳感器的體積。

附圖說明

圖1為本實用新型的組成框圖。

圖2為本實用新型中輻射貼片示意圖。

圖3為本實用新型中微帶天線剖視示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，進一步闡明本實用新型，應理解下述具體實施方式僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。需要說明的是， 下面描述中使用的詞語「前」、「後」、「左」、「右」、「上」和「下」指的是附圖中的方向，詞語「內」和「外」分別指的是朝向或遠離特定部件幾何中心的方向。

如附圖1所示，一種用於外置式GIS局部放電特高頻無線傳感器的多頻微帶天線，由介質基板1、輻射貼片2、地板3、饋線4、連接器5組成，輻射貼片2是在介質基板1上蝕刻出的完全對稱的開路雙矩形環貼片，介質基板1背面覆蓋地板3，饋線4與輻射貼片2和連接器5相連，饋線4可採用50Ω的微帶線，連接器可採用SMA型同軸連接器。

為了能夠使外置式GIS局部放電特高頻無線傳感器同時支持GIS局部放電信號的採集與無線通信，基於微帶天線理論進行設計，網絡彎折線技術是多頻微帶天線常見的實現技術之一，利用天線諧振長度和諧振頻點處波長的對應關係，通過若干彎折帶條可實現多頻微帶天線。雙矩形環天線的工作原理是採用不同長度的貼片激勵出兩個諧振頻率，如圖2所示，通過矩形環開路的大小、矩形環疊加的位置，使微帶天線工作於典型的GIS局放頻段(500MHz)和工業無線通信頻段(WirelessHART，2.4GHz)，便於實現無線傳感網。

微帶天線具有剖面低、體積小、易與終端設備集成等特點，在通用的介質基板1上蝕刻製得輻射貼片2，可藉助介電常數有效縮短天線尺寸，有利於減小外置式GIS局放無線特高頻傳感器的體積。如圖3所示，介質基板1可選用相對介電常數為4.4，厚度為1.6mm的環氧樹脂板，輻射貼片2是在介質基板1正面上蝕刻出的完全對稱的開路雙矩形環，介質基板1的背面附有矩形金屬薄層作為地板3。

最後應當說明的是：以上實施例僅用於說明本申請的技術方案而非對其保護範圍的限制，儘管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：本領域技術人員閱讀本申請後依然可對申請的具體實施方式進行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請特批的權利要求保護範圍之內。