[发明专利]电气设备局部放电超高频检测用Wunderlich分形天线及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电气设备局部放电超高频检测用的天线及设计方法，尤其是一种电气设备局部放电超高频检测用Wunderlich分形天线及设计方法，属天线技术领域。

背景技术

电气设备发生的故障以绝缘故障为主，绝缘故障的重要表现形式是局部放电。局部放电是指发生在电气设备绝缘结构中局部区域内的放电现象。可通过检测伴随局部放电产生的声、光、电、热等理化现象的物理量来检测局部放电的发展状况和严重程度，检测方式可大致分为电量检测法和非电量检测法。在电量检测法中，由于局部放电脉冲宽度可达1-2ns，可激发频率达1GHz以上的电磁波，因此，可采用超高频法对电气设备进行局部放电检测。

超高频检测法的关键技术之一是超高频传感器的研制。目前，国内外研制的内置传感器主要是基于电容分压和天线原理来设计，其尺寸较大，检测灵敏度较低。研制的外置超高频传感器主要有双锥型天线、缝隙天线、微带贴片天线、振子天线和环形天线等。

由于分形天线具有严格的自相似性和空间填充性，可以实现天线的多频段和小型化应用。目前研究较多的分形天线主要有Koch岛、Sierpinski地毯分形、Hilbert分形天线、Peano分形天线和Minkowski分形天线。

Wunderlich分形天线使用Wunderlich分形曲线作为平面导线的分形曲线形式，图1(a)-(c)分别是一至三阶Wunderlich分形曲线形状示意图，Wunderlich分形曲线可以描述为：将正方形等分成四个一阶小正方形，依次连接左下角、左上角、右上角、右下角的正方形中心，得到一个分型(分形)单元，即一阶Wunderlich分形；将每个一阶小正方形分别分割为四个三阶小正方形，重复上述过程，生成的高阶分形单元开口方向遵守一定规则，图1(b)和(c)中，左下角、左上角、右上角、右下角的高阶分形单元的开口方向依次为：左、下、下、右。对于4阶Wunderlich分形曲线，左下角、左上角、右上角、右下角的高阶分形单元的开口方向依次为：右、右、左、左，4阶以上Wunderlich分形曲线与4阶Wunderlich分形曲线相同，并按照特定的顺序连接分型(分形)单元的开口，图1中为依次连接左下角、左上角、右上角、右下角的高阶分形单元开口，最终就得到一条可以填满整个正方形的曲线，这就是Wunderlich曲线。Wunderlich分形天线的导线层构成的高阶分形曲线中，成对出现的两个边为平行导线，如图2中的细实线，连接平行导线的边为短路终端，即图2中的粗实线，将分形单元连接为完整曲线的边为附加导线段，如图2中的粗虚线所示。在Wunderlich分形天线中，三类导线，即平行导线、短路终端和附加导线的长度都相等，其结构更加紧凑，容易制出体积更小的天线。因此，合理设置Wunderlich分形天线的参数有望电气设备内部的局部放电的检测水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供，提供一种电气设备局部放电超高频检测用Wunderlich分形天线。

本发明采用下述技术方案：

技术方案一：

一种电气设备局部放电超高频检测用Wunderlich分形天线，包括介质基板和分别敷设于介质基板两侧的接地板和Wunderlich分形导线层；所述Wunderlich分形导线层中的导线采用Wunderlich分形曲线，由1条以上平行导线、1条以上短路终端和1条以上附加导线连接而成；所述平行导线、短路终端和附加导线的宽度和长度分别相等，其特征在于：所述平行导线的宽度b和长度d由所述天线的谐振频率f确定。

所述平行导线的宽度b、长度d与所述天线的谐振频率f满足如下关系：