CN109244654A - 一种电视干扰测量用贴片天线、电视干扰测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电视干扰测量用贴片天线、电视干扰测量装置和方法。该电视干扰测量用贴片天线，包括：介质基板；位于介质基板反面的接地板；位于介质基板正面的辐射体，所述辐射体在其上边缘设置有第一中心对称缺口，在其下边缘设置有第二中心对称缺口；所述第一中心对称缺口对称于所述介质基板的纵向中心线；所述第二中心对称缺口对称于所述介质基板的纵向中心线；所述第一中心对称缺口和所述第二中心对称缺口对称于所述介质基板的横向中心线。该贴片天线安装在电晕笼内笼壁上，可以直接测量输电导线在空间的电视干扰，减少了测量误差。

Description

一种电视干扰测量用贴片天线、电视干扰测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电视干扰测量技术领域，并且更具体地，涉及一种电视干扰测量用贴片天线、电视干扰测量装置及方法。

背景技术

超特高压架空输电线路的电磁环境效应日益受到人们关注，也涉及到输变电工程的可行性和经济性。其中无线电干扰可能对周边的通信、测向、导航和雷达站等无线电台站造成干扰。无线电干扰是高压导线电晕放电形成电晕电流，电晕电流在导线中传播，从而向空间发射电磁波。

随着无线电业务的发展，无线电频率越来越高，输电线路对邻近的无线电台站造成干扰的事件越来越多，主要集中在30～300MHz频率范围，通常称为电视干扰。

目前电视干扰的测量在实际输电线路进行，通过双锥天线和对数周期天线接收电视干扰，再通过电缆和无线电干扰接收机对信号进行分析。但这种测试方法无法获得不同导线型号、不同配置参数和不同气候海拔等条件下的电视干扰。

发明内容

针对在实际输电线路进行电视干扰测量无法获得不同导线型号、不同配置参数和不同气候海拔等条件下的电视干扰的问题，本发明提出基于电电晕笼的电视干扰测量方法及装置。

第一方面，本发明提出一种电视干扰测量用贴片天线，包括：

介质基板；

位于介质基板反面的接地板；

位于介质基板正面的辐射体，所述辐射体在其上边缘设置有第一中心对称缺口，在其下边缘设置有第二中心对称缺口；

所述第一中心对称缺口对称于所述介质基板的纵向中心线；

所述第二中心对称缺口对称于所述介质基板的纵向中心线；

所述第一中心对称缺口和所述第二中心对称缺口对称于所述介质基板的横向中心线。

进一步地，所述的天线，所述第一中心对称缺口沿所述介质基板的高度方向依次形成第一矩形间隙和第二矩形间隙；

所述第二中心对称缺口沿所述介质基板的高度方向依次形成第三矩形间隙和第四矩形间隙；

所述第一矩形间隙和第三矩形间隙的尺寸相同；

所述第二矩形间隙和第四矩形间隙的尺寸相同。

进一步地，所述的天线，

所述辐射体设置有馈出点，所述馈出点位于所述第一中心对称缺口的底部中央处或所述第二中心对称缺口的底部中央处；

所述馈出点适于与同轴连接件的电压端连接。

进一步地，所述的天线，

沿所述介质基板的厚度方向上，在所述接地板上，对应于所述馈出点，设置有圆槽；

所述圆槽适于与同轴连接件的接地端连接。

进一步地，所述的天线，

所述介质基板的介电常数为2.5，厚度为0.5mm。

第二方面，本发明提出一种电视干扰测量装置，包括：

适于沿输电导线的长度方向间隔地设置的至少一个如第一方面中说明的天线，其中，所述接地板适于与电晕笼内笼壁连接；

天线信号接收装置，适于与所述至少一个天线连接，根据天线输出的电压信号，测量所述天线感应的所述输电导线向空间辐射的电视干扰。

进一步地，所述的装置，还包括：

天线切换装置，其输入端与所述至少一个天线对应地连接，其输出端与所述天线信号接收装置连接，

其适于按照预先设定的顺序，逐一地将所述至少一个天线输出的电压信号输出至所述天线信号接收装置。

进一步地，所述的装置，还包括：

测试数据融合装置，其适于控制所述天线切换装置逐一地将所述至少一个天线输出的电压信号输出至所述天线信号接收装置；

及按照预先设定的顺序，逐一地从所述天线信号接收装置读取每个所述天线感应的所述输电导线向空间辐射的电视干扰测量数据；

及在每一组预先设定的顺序结束之后，根据当前顺序内获取的全部电视干扰测量数据，确定所述输电导线向空间辐射的电视干扰融合数据。

第三方面，本发明提出一种电视干扰测量方法，包括：

将至少一个如第一方面中说明的天线设置在电晕笼的内笼壁，所述至少一个天线沿输电导线的长度方向间隔地设置；

将所述至少一个天线与天线信号接收装置连接；

从天线信号接收装置中获取所述至少一个天线感应的输电导线向空间辐射的电视干扰。

进一步地，所述的方法，还包括：

将天线切换装置的输入端与所述至少一个天线对应地连接，将天线切换装置输出端与所述天线信号接收装置连接；

按照预先设定的顺序，控制天线切换装置逐一地将所述至少一个天线输出的电压信号输出至所述天线信号接收装置；及

从所述天线信号接收装置读取每个所述天线感应的所述输电导线向空间辐射的电视干扰测量数据；

在每一组预先设定的顺序结束之后，根据当前顺序内获取的全部电视干扰测量数据，确定所述输电导线向空间辐射的电视干扰融合数据。

与现有技术相比，本发明的电视干扰测量用贴片天线和电视干扰测量装置和方法，具有以下特点：

1)可以直接测量输电导线在空间的电视干扰，去除了测量导线电晕电流到无线电干扰的推算环节，减少了测量误差；

2)该贴片天线安装在电晕笼内笼壁上，安装方便；勿需人工搬动，减少人工搬动天线对测量结果的影响；

3)在远端控制多路转换开关自动在多个天线之间切换，自动化程度高，操作方便；

3)结构简单、操作便捷，提高了输电导线电视干扰测试的准确性，具有良好的应用前景。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明一个实施例的电视干扰测量用贴片天线的前视示意图；

图2为本发明一个实施例的电视干扰测量用贴片天线的侧视示意图；

图3为本发明一个实施例的电视干扰测量用贴片天线的后视示意图；

图4为本发明一个实施例的电视干扰测量用贴片天线的方向示意图；

图5为本发明一个实施例的电视干扰测量用贴片天线的驻波比示意图；

图6为本发明一个实施例的电视干扰测量装置的使用及结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

无线电干扰是高压导线电晕放电形成电晕电流，电晕电流在导线中传播，从而向空间发射电磁波。

鉴于电晕放电具有分散性，需要进行长时间的测量统计才能获得其规律；长期的测试利用电晕笼试验装置进行。目前电晕笼中测试无线电干扰是通过采集导线上电晕电流耦合到电晕笼试验装置中电容、电感上的电流信号，再进行一定的激发函数转换来获得输电导线的无线电干扰，这种方法包含电流测量和电流模量转换理论分析两部分，需要进行大量的重复试验，并且在实际输电线路中实测才能获得较为准确的导线无线电干扰预测值。

鉴于电晕笼中导线无线电干扰测量的特征量是导线电晕电流，再进行电流到无线电干扰的经验公式估算，这样必然存在一些误差。

另一方面，从电晕电流的频率分析来看，电晕电流在30MHz以上存在较小的分量；无线电干扰主要集中在4MHz以下，因此目前无线电干扰主要在4～30MHz范围内测量；电晕笼试验装置中限于采样频率，通常只分析0.5MHz的无线电干扰，根据电晕笼试验装置的频率特性来获得0.5～4MHz的无线电干扰。

随着无线电业务的发展，无线电频率越来越高，输电线路对邻近的无线电台站造成干扰的事件越来越多，主要集中在30～300MHz频率范围，通常称为电视干扰。

电晕笼试验可以方便地模拟不同导线型号、不同配置参数和不同气候海拔等条件下的电视干扰，但双锥天线和对数周期天线以及2米高的三脚架无法架设在电晕笼试验装置中。

本发明提供了一种电视干扰测量用贴片天线、电视干扰测量装置和方法，该贴片天线安装在电晕笼内笼壁上，可以直接测量输电导线在空间的电视干扰，去除了测量导线电晕电流到无线电干扰的推算环节，减少了测量误差。

如图1、图2、图3所示，本发明一个实施例的电视干扰测量用贴片天线，采用双“T”形单极子贴片天线结构。该贴片天线为双面敷铜介质基板20；在介质基板的正面采用化学刻蚀的方法制备出“T”形结构，形成辐射体10；该介质基板的背面为接地面30。

优选地，在矩形介质基板的正面，辐射体10的宽度W为91mm±0.1mm,高度H为75mm±0.1mm，缺口呈双“T”形。

在辐射体10的上侧具有第一缺口；在辐射体10的下侧具有第二缺口；

第一缺口沿该辐射体的纵向中心线(沿辐射体的高度方向延伸)对称；

第二缺口沿该辐射体的纵向中心线(沿辐射体的高度方向延伸)对称；

第一缺口和第二缺口沿该辐射体的横向中心线(沿辐射体的宽度方向延伸)对称。

该第一缺口自外向内，沿介质基板的高度方向，依次形成第一间隙101和第二间隙102；与第一间隙101左右两侧的铜介质的宽度为30mm±0.1mm，也即，第一间隙的宽度W1为31mm±0.1mm；第一间隙101的高度H1为20mm±0.1mm；第二间隙的高度H2为24mm±0.1mm；第二间隙的宽度W2为61mm±0.1mm。

该第二缺口自外向内，沿介质基板的高度方向，依次形成第三间隙103和第四间隙104；第三间隙的宽度W3为31mm±0.1mm；第三间隙101的高度H3为20mm±0.1mm；第四间隙的高度H4为24mm±0.1mm；第四间隙的宽度W4为61mm±0.1mm。

优选地，该介质基板的厚度为0.5mm,介电常数为2.5。

具体地，辐射体的馈出点设置在第一缺口的下凹槽或第二缺口的上凹槽中部；并采用同轴方式馈电。

需要说明的是，在下凹槽或上凹槽中部、半径3mm之内的范围内移动该馈出点，基本不影响该天线的性能。

具体地，该馈出点与同轴连接件100的电压端连接，设置在接地板30上的圆槽301与同轴连接件100的接地端连接。

具体地，该同轴连接件100为50ΩBNC型连接器，外导体半径为4.50mm，内导体半径为1.00mm，外导体与内导体之间填充空气。

由于高压输电线路的导线表面的电位梯度较高，引起导线表面局部空气电离，从而形成局部的击穿，这种局部放电的型式称为电晕。电晕在导线周围空间建立起高频电晕脉冲，电晕放电的单个脉冲很窄，脉冲宽度在0.1μs量级。考虑其合成效应，导线中形成了一种脉冲重复率很高的“稳态”电流，所以输电导线周围就形成了的脉冲重复率很高的“稳态”无线电干扰。电晕放电多发生在工频的正、负峰值附近，有一系列脉冲组成脉冲群，并且其波形也十分不规则。脉冲群的持续时间为2～3ms。这样一系列的脉冲，必然产生丰富的高频分量。

具体地，无线电干扰在该实施例的贴片天线上形成感应电压。

图4给出了该贴片天线在频率30MHz、100MHz和300MHz时的方向图。由图4可知，该贴片天线在工作频率30-300MHz时，在垂直于贴片天线的延伸平面上，方向图主瓣覆盖了输电导线；因此，将该贴片天线的延伸平面平行于电晕笼内壁面设置，可全向测试输电导线的电视干扰。

图5给出了该贴片天线的驻波比图。从图5可以看出，驻波比VSRW<2的可用带宽为28-380MHz；也即该贴片天线的工作频率覆盖了30-300MHz这一电视干扰的测试频率范围。

基于电晕笼对输电导线进行电视干扰测量时，将该贴片天线设置在电晕笼内笼壁上，其中，辐射体朝向传输导线，接地板通过便于分离的方式(如双面胶)与电晕笼内笼壁连接；在该输电导线上施加高压电后，输电导线产生的电视干扰在空间传播，传播至贴片天线上形成感应电压；将该感应电压信号实时地传输至无线电干扰接收机，即可测量频率范围为30～300MHz的电视干扰信号。

应该理解为，该无线电干扰接收机作为天线信号接收装置，其工作频率不低于300MHz，具有峰值和准峰值检波方式，满足国际电工学会的无线电干扰特别委员会CISPR规定的30MHz无线电干扰测量时的带宽要求。

具体地，该无线电干扰接收机对接收到的感应电压信号进行处理，可获得电视干扰的频率特性和幅值。

需要说明的是，电晕笼试验中，输电导线一般数十米长。在这么大的空间区域内，只采用一个天线、测一个点不利于提高试验效率。

另外，为进一步减小随机性误差，可以采用多个天线沿输电导线的长度方向间隔设置的方式，在一次试验中设置多个贴片天线来同时测量该输电导线的电视干扰。

具体地，如图6所示，电晕笼外笼体2由电晕笼支承装置1支承；将三个贴片天线5均匀布置在电晕笼内笼体3的底壁上，辐射体及介质基板平行于笼壁平面；这三个贴片天线5通过设置有BNC连接件的低损耗电缆连接至多天线切换装置6(如多路转换开关)的输入端；该多路转换开关的输出端通过低损耗电缆连接至天线信号接收装置7(如无线电干扰接收机)；在输电导线4发生电晕放电时，该无线电干扰接收机可测量30-300MHz的电视干扰信号。

鉴于无线电干扰接收机通常只具有一个输入端口，因此，设置测试数据融合装置8(如控制及数据融合用计算机)，该控制及数据融合用计算机通过现有技术中公开的通讯方式(如串口、usb总线、GBIP接口、工业以太网等)与该无线电干扰接收机进行通信，从而实时获取该无线电干扰接收机测量得到的电视干扰的频率特性和幅值。

优选地，该控制及数据融合计算机通过现有技术中公开的通讯方式(如串口、usb总线、GBIP接口、工业以太网等)与该多路转换开关进行通信，控制该多路转换开关根据预先设定的顺序逐一地将三个天线轮流与无线电干扰接收机连接，从而使得该无线电干扰接收机轮流地测量来自三个天线上的感应电压，从而确定该输电导线向空间辐射的30-300MHz的电视干扰信号。

鉴于输电导线一般数十米长，为进一步减少线路损耗，可以将多路转换开关安装在笼体上；每个贴片天线由低损耗电缆连接到多路转换开关的输入端；而多路转换开关的输出端由低损耗电缆连接到远端的无线电干扰接收机。

该低损耗电缆的损耗不超过3dB。

优选地，该控制及数据融合计算机以一个测试周期内三个天线对应的测量值的平均值作为该输电导线的电视干扰融合数据，也即电视干扰值。表1示出了在典型频点处图6中所示的输电导线辐射的30～300MHz的无线电干扰值。

表1电视干扰测量结果

另外，该实施例的测量装置便于进行多种测试场景，如改变输电导线的规格、***间距和***数等。

另外，该实施例的测量装置对于交流输电导线和直流输电导线均适用。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种电视干扰测量用贴片天线，其特征在于，包括：

介质基板；

位于介质基板反面的接地板；

位于介质基板正面的辐射体，所述辐射体在其上边缘设置有第一中心对称缺口，在其下边缘设置有第二中心对称缺口；

所述第一中心对称缺口对称于所述介质基板的纵向中心线；

所述第二中心对称缺口对称于所述介质基板的纵向中心线；

所述第一中心对称缺口和所述第二中心对称缺口对称于所述介质基板的横向中心线。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述第一中心对称缺口沿所述介质基板的高度方向依次形成第一矩形间隙和第二矩形间隙；

所述第二中心对称缺口沿所述介质基板的高度方向依次形成第三矩形间隙和第四矩形间隙；

所述第一矩形间隙和第三矩形间隙的尺寸相同；

所述第二矩形间隙和第四矩形间隙的尺寸相同。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述辐射体设置有馈出点，所述馈出点位于所述第一中心对称缺口的底部中央处或所述第二中心对称缺口的底部中央处；

所述馈出点适于与同轴连接件的电压端连接。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，

沿所述介质基板的厚度方向上，在所述接地板上，对应于所述馈出点，设置有圆槽；

所述圆槽适于与同轴连接件的接地端连接。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述介质基板的介电常数为2.5，厚度为0.5mm。

6.一种输电导线电视干扰测量装置，其特征在于，包括：

适于沿输电导线的长度方向间隔地设置的至少一个如权利要求1至5中任一项所述的天线，其中，所述接地板适于与电晕笼内笼壁连接；

天线信号接收装置，适于与所述至少一个天线连接，根据天线输出的电压信号，测量所述天线感应的所述输电导线向空间辐射的电视干扰。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

天线切换装置，其接入端与所述至少一个天线对应地连接，其输出端与所述天线信号接收装置连接，

其适于按照预先设定的顺序，逐一地将所述至少一个天线输出的电压信号输出至所述天线信号接收装置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

测试数据融合装置，其适于控制所述天线切换装置逐一地将所述至少一个天线输出的电压信号输出至所述天线信号接收装置；

及按照预先设定的顺序，逐一地从所述天线信号接收装置读取每个所述天线感应的所述输电导线向空间辐射的电视干扰测量数据；

及在每一组预先设定的顺序结束之后，根据当前顺序内获取的全部电视干扰测量数据，确定所述输电导线向空间辐射的电视干扰融合数据。

9.一种输电导线电视干扰测量方法，其特征在于，包括：

将至少一个如权利要求1至5中任一项所述的天线设置在电晕笼的内笼壁，所述至少一个天线沿输电导线的长度方向间隔地设置；

将所述至少一个天线与天线信号接收装置连接；

从天线信号接收装置中获取所述至少一个天线感应的输电导线向空间辐射的电视干扰。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

将天线切换装置的输入端与所述至少一个天线对应地连接，将天线切换装置的输出端与所述天线信号接收装置连接；

按照预先设定的顺序，控制天线切换装置逐一地将所述至少一个天线输出的电压信号输出至所述天线信号接收装置；及

从所述天线信号接收装置读取每个所述天线感应的所述输电导线向空间辐射的电视干扰测量数据；

在每一组预先设定的顺序结束之后，根据当前顺序内获取的全部电视干扰测量数据，确定所述输电导线向空间辐射的电视干扰融合数据。