CN111106436A - 一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构 - Google Patents

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冉军
王秦
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赵李鹏
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Wanzhou Power Supply Co of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构，属于天线技术领域。一种具有宽频带特性、尺寸较小、方向性较好和增益较高的天线结构，主要应用在电气工程领域，针对架空输电线路电晕放电现象进行检测。随着输电线路电压等级不断提高，架空输电线路电晕放电现象不容忽视，需要工作人员及时检测并排除故障。本发明结构基于对称式天线，结合了2阶Hilbert分形曲线，形成了一种新型的天线结构，本发明通过印刷电路板(PCB)实现，能够易于实现对电晕放电宽频带分布的电磁波的检测，同时天线的尺寸结构较小，质量较轻，方便工作人员携带到现场使用。

Description

一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构
技术领域
本发明属于天线技术领域，涉及一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构。
背景技术
在电网的架空输电线路中，绝缘子金具与输电线由于在安装过程中可能会造成磨损而产生小间隙、长期使用的输电线由于风雨等自然因素的影响可能会出现部分断股现象、绝缘子长期使用会出现老化现象，使得这些区域的局部电场分布不均匀，当局部区域的电场强度达到空气发生电离的临界条件时，会发生放电现象，这种现象便是电晕放电。电晕放电不仅会损耗电能，还会产生电磁波干扰，同时也会产生臭氧、氮氧化物腐蚀性气体，进一步损坏输电线路设备，因此及时有效的检测电晕放电具有重要的意义。
电晕放电会产生特定频段的射频电磁波辐射，采用检测相应电磁波频段的天线来判断电晕放电的发生是一种有效的检测方法。由于电晕放电电磁波频段分布在1GHz以下，传统天线的尺寸较大，而高压输电线路距地面较高，因此需要设计一款具有小尺寸、易携带、方向性好、增益较高的天线用于检测，实现电晕放电的检测要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构，该结构为：
将2阶Hilbert分形曲线作为基本单元，复制该基本单元，将两个基本单元按首尾连接的方式连接起来，够成天线的一个振子；
复制该振子，并将两个振子按对称分布的方式排列，形成基于2阶Hilbert分形曲线的对称式天线结构。
可选的，所述结构采用印刷电路板PCB技术，将天线印制在电路板中。
可选的，所述两个振子的中心引出连接线，通过中心馈电的方式对天线进行激励。
可选的，所述天线的中心频率回波损耗为-60dB，达到-10dB以下的带宽能够实现380MHz的带宽，具有宽频带特性。
可选的，所述天线的增益在竖直方向上为6dB。
本发明的有益效果在于：
本发明是为了实现高压输电线路电晕放电的检测。高压输电线路电晕放电发生时会产生电磁波辐射，其辐射的电磁波频率主要分布在1GHz以下比较宽的频带内，因此天线的检测频带需要与电晕放电电磁波频带一致。由于高压输电线路距地面较高，工作人员使用常规天线远距离检测灵敏度不高，携带常规天线登塔检测因天线尺寸大而重，不方便实施检测，因此需要天线的尺寸较小。除了检测频带和尺寸的要求外，还需要天线具有方向性好和增益高的特点，有助于提升电晕放电检测的灵敏度和放电定位功能。本发明设计的天线利用2阶Hilbert分形曲线的特点，可以在有限空间内增加电长度，从而易于实现小尺寸设计，同时采用对称式排列的方式将天线对称式排列，易于实现良好方向性和高增益。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为Hilbert分形曲线；
图2为基于2阶Hilbert分形曲线的对称式天线；
图3为天线回波损耗示意图；
图4为天线驻波比示意图；
图5为天线辐射增益方向图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
该输电线路电晕放电检测天线的基本单元源于Hilbert分形曲线，如图1为Hilbert分形曲线。这种分形曲线的特点是可以通过增加迭代次数来增加空间填充率，故可以实现天线有限空间内电长度的增加，可减少天线的设计尺寸。
整个天线的结构如图2所示。从图2中可以看出，将2阶Hilbert分形曲线作为基本单元，复制该基本单元，将两个基本单元按首尾连接的方式连接起来，够成天线的一个振子。通过同样的方式，将该振子复制为两个，并将这两个振子按对称分布的方式排列，从而形成了这种基于2阶Hilbert分形曲线的对称式天线结构。两个振子的中心引出连接线，通过中心馈电的方式对天线进行激励。这种天线的导体截面厚度很小，机械强度较小不足以维持结构，容易变形而影响天线性能，因此采用印刷电路板技术(PCB)，将天线印制在电路板中，从而实现天线的结构。这种天线通过仿真分析，得到了如图3所示的天线回波损耗示意图，图4所示的驻波比示意图，图5的天线辐射增益方向图。从回波损耗示意图可以看出，天线中心频率的回波损耗能达到-60dB以下，同时达到-10dB以下的带宽可以实现大概380MHz的带宽，具有宽频带特性。从驻波比示意图可以看出在中心频率处的驻波比很接近1。从天线的辐射增益方向图可以看出天线的增益在竖直方向上可以达到6dB，并且天线的方向性很好，也没有旁瓣。综上所诉，该天线结构新颖，性能良好，易于实现输电线路电晕放电的检测。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构，其特征在于：该结构为：
将2阶Hilbert分形曲线作为基本单元，复制该基本单元，将两个基本单元按首尾连接的方式连接起来，够成天线的一个振子；
复制该振子，并将两个振子按对称分布的方式排列，形成基于2阶Hilbert分形曲线的对称式天线结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构，其特征在于：所述结构采用印刷电路板PCB技术，将天线印制在电路板中。
3.根据权利要求1所述的一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构，其特征在于：所述两个振子的中心引出连接线，通过中心馈电的方式对天线进行激励。
4.根据权利要求1所述的一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构，其特征在于：所述天线的中心频率回波损耗为-60dB，达到-10dB以下的带宽能够实现380MHz的带宽，具有宽频带特性。
5.根据权利要求1所述的一种基于2阶Hibert分形曲线的对称式天线结构，其特征在于：所述天线的增益在竖直方向上为6dB。
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