用于光伏串联电弧辐射检测的五阶Hilbert分形天线设计

串联电弧是光伏系统的主要故障类型之一,掌握光伏电弧的辐射特性是解决光伏电弧检测的重要前提.为实现对故障电弧的检测,需要设计针对电弧特征频带的天线.为此,对Hilbert分形天线进行研究,设计了五阶Hilbert分形天线实现电弧故障检测.通过提高分形天线阶数,减小谐振频率,扩大天线带宽.设计结果表明:五阶Hilbert天线在0~500 MHz电磁辐射能量较大的频段内驻波比小于3(在10~140 MHz和170~500 MHz频段内VSWR<3),增益为-38 dB,方向性良好.通过搭建光伏串联电弧实验平台和设计的五阶Hilbert分形天线,分析电弧电磁辐射信号时频特性.研究可为光伏系统电弧故障的检测提供参考.

检测GIS局放的Hilbert分形天线及便携式监测系统

根据超高频分形天线设计的原理,采用平行传输线的电感等效方法分析了Hilbert分形天线阻抗特性,设计出了应用于检测气体绝缘组合电器(gas insulated substation,GIS)局部放电的3阶Hilbert分形天线;采用Hilbert分形天线和微带天线,对金属突出物缺陷产生的局部放电进行了测量,实测结果表明,该天线特性良好,可用于GIS局部放电在线监测;应用Hilbert分形天线和LabVIEW建立了便携式GIS局部放电在线检测及定位系统,进行的局部放电源定位精度满足现场定位要求。

基于Hilbert分形天线的弓网电弧电磁辐射研究

弓网(PC)电弧带来的电磁干扰会影响到车载数字设备的正常工作。因此,有必要研究弓网电弧的电磁辐射特性。首先,基于ANSOFTHFSS仿真软件建立仿真工程,设计了一种用于监测电弧电磁辐射的4阶Hilbert分形天线。其次,搭建了弓网电磁辐射信号测量实验装置,以铜合金接触导线-纯碳滑板为研究对象,在不同试验电流及不同电极间距下,分别开展多组弓网电弧辐射电磁实验。对采集到的电磁辐射时域脉冲信号进行快速傅立叶变换,提取频谱分布范围及典型频率值。研究结果表明:弓网电弧电磁辐射频段主要分布在0～160 MHz,特别是在0～40、60～100 MHz频段内强度较大。改变试验电流和电极间隙,电弧电磁辐射频谱分布整体相似,且频域峰值都出现在18MHz。通过对电磁辐射的实时监测,可获得电弧发生时刻和持续时间等信息,提供了一种有效的弓网电弧监测方法,有助于对弓网系统受流水平进行评价。

基于Hilbert分形结构的RFID标签天线

提出了一种基于H ilbert分形结构的射频识别(RFID)标签天线的尺寸缩减设计.通过矩量法仿真,给出了H ilbert标签天线的谐振频率、方向图以及天线效率,并制作了一维H ilbert标签天线实物进行测试.仿真和实测结果表明,H ilbert分形结构天线的空间填充特性可有效转化为标签天线的尺寸缩减特性,而且一维H ilbert标签天线具有更高的天线效率.

Hilbert分形天线及其全波分析

该文采用全波 FDTD分析方法对 Hilbert分形天线进行分析。输入阻抗的计算结果验证了分形天线结构自相似性导致电特性的频率周期性变化这一规律。所得结果与有关实验数据吻合较好。研究结果还表明 Hilbert分形天线具有缩小天线结构尺寸的优点,相对于一般振子天线来说结构尺寸大大缩小,文中分形天线长度缩小为相应偶极天线的 1/7。对 Hilbert分形天线而言其维数越高,天线尺寸缩小越大,但相邻分形阶数缩小幅度越来越小,同时对其方向图的全波分析说明 Hilbert分形天线同振子天线的性能基本相似,方向图在谐振频段内基本保持不变。

Hilbert缝隙天线的频率可重构设计

设计了一种在Hilbert缝隙上加载RFMEMS(Microelectrica lmechanica lsystems)开关实现频率重构的微带天线。运用A nsoftHFSS软件,缩减了原来天线接地面的尺寸,利用RFMEMS开关控制天线上Hilbert缝隙长度来实现频率重构。设计的该天线工作在GPS/DCS/PCS/Blue Teeth以及IEEE 802.11b&g/IEEE 802.11a等5个不同的频段。还讨论了用金属片和等效的电路参数分别表示理想和非理想RFMEMS开关所得的S11参数曲线,并进行比较。就方向图而言,由于GPS/DCS/PCS频段天线工作在同一模式下,所以方向图完全一致,而工作于高次模式的Blue Teeth以及IEEE 802.11b&g/IEEE 802.11a频段,方向图明显不同。最终通过在H ilbert缝隙天线上加载RF M EM S开关后,实现了将一副天线应用到无线通信中5个频段的目的。

基于Hilbert分形结构的电子标签天线设计研究

基于分形理论思路,设计了一款Hilbert分形结构的无源电子标签天线,分析研究了天线基板材料和封装材料的相对介电常数大小与介质厚度对天线性能的影响。仿真结果表明:随着介质厚度和材料相对介电常数的增加,谐振频率下降,但是对第一谐振频率点的方向图影响不大。这在电子标签的设计、仿真和制作中具有重要的参考意义。

一种基于Koch和Hilbert分形加载的电子标签天线设计

研究了不同角度、不同阶数的基于Koch曲线的天线性能,仿真和测试结果表明,在保持天线长度不变的条件下,随着角度和阶数的增加,天线的谐振频率下降,而天线的方向图依然具有半波振子的低方向性。在此基础上,综合Koch和Hilbert曲线,设计了一款尺寸为55mm×10mm的小型化电子标签。该标签天线不仅具有半波阵子的低方向性,而且简单、便于调谐。

采用遗传算法优化局部放电超高频Hilbert分形天线

为了获得性能最优的局部放电(PD)超高频(UHF)检测Hilbert分形天线,提出将遗传算法用于PD UHF Hilbert分形天线的优化设计。通过分析影响天线性能的结构参数,确定了其用于遗传算法的编码解码方式,设计了适应度函数,建立了UHF分形天线优化工程,并获得一组性能最优的天线参数;根据优化结果加工制作了原型天线。搭建PD试验平台,分别采用现有的分形天线及优化设计的4阶Hilbert分形天线检测PD信号。实测结果表明:当频率在300 MHz^1 GHz范围内时,天线的驻波比都<2,即在0~1 GHz的频率范围内天线具有700 MHz的检测带宽,达到了宽频带超高频天线的基本性能要求。与现有天线相比,优化后的天线具有更高的检测灵敏度和更宽的检测带宽,可有效应用于PD UHF信号的现场检测,获取更全面的PD信息。

基于HFSS的Hilbert分形天线分导线段设计

对采集变压器局部放电超高频信号的四阶Hilbert分形天线进行重新建模和设计,以达到更好的效果。首先分析天线的三种导线段在采集信号过程中的作用,并以导线段为单元,基于HFSS对天线重新建立模型,将三种导线段长度、介质厚度、介电常数和导线宽度六个变量应用SNLP算法优化。优化结果显示,0.3 GHz^3 GHz超高频范围内,谐振频率点达到四个,并将0.3 GHz^1 GHz范围内的通频带拓宽整合为超过500 MHz宽带,1 GHz以上的三个通频带也均超过450 MHz,且方向性良好,增益参数也有了很大程度的改善。所述特性经过试验验证。天线尺寸较小,可以置于变压器箱体内,能很好地应用于油浸式变压器局部放电超高频信号的采集。

一种新型的Hilbert分形RFID标签天线

随着射频识别技术研究的迅速发展,寻求具有尺寸缩减特性的天线结构成为RFID设计的实际需要,Hilbert分形结构是天线小型化设计的一种有效解决方案。本文论述了Hil-bert分形天线的基本原理,对弯折偶极子天线采用Hilbert分形结构进行小型化设计,并对实物进行仿真。经测试与仿真后结果表明:标签天线尺寸约为25.6mm*16.2mm,工作在中心频率915MHz处,增益达到2.19dB,相对阻抗带宽为90MHz。天线能保持较好的工作性能,可应用于酒瓶盖防伪RFID标签中。

用于弓网电弧电磁辐射检测的层叠式五阶变形Hilbert天线设计

对弓网电弧电磁辐射信号进行检测是判断弓网接触状态的一种新型方法。为实现对电磁辐射信号的高性能检测,需要设计小型化、宽频带和高增益的天线传感器。以Hilbert分形天线作为研究对象,设计了一种具有叠层结构的五阶变形Hilbert分形天线传感器,其整体尺寸为150 mm×150 mm×5.2 mm。通过提高分形天线阶数,提出五阶Hilbert天线,减小谐振频率,实现天线小型化;通过引入叠层耦合结构,扩大天线带宽;通过将层叠式五阶Hilbert分形天线辐射贴片进行变形设计,进一步提高其在各频点处的增益。设计结果表明:层叠式五阶变形Hilbert天线在0~500 MHz电磁辐射能量较大的频段内驻波比小于3.5(在16~53 MHz和407~500 MHz频段内VSWR<2),增益值为-38.1 dB,方向性良好。该天线的研究为用于弓网电弧电磁辐射信号检测的天线传感器设计提供了参考。

针对特高频局部放电检测中Hilbert分形天线的研究

针对分形天线近年来在局部放电领域广泛的应用其设计方式费时、费力,该文利用粒子群算法优化算法的设置参数少、搜索效率高等优点,进行快速设计天线。通过分析四阶Hilbert分形天线的结构参数,来设置粒子群算法内部的种群参数并选择恰切的天线性能参数作为粒子群算法的适应度值。根据优化结果制作Hilbert分形天线,仿真分析天线驻波比和回波损耗等性能参数并在一定放电条件下检测放电参数进行分析验证。

架空输电线路放电的Hilbert分形天线设计与优化

在电力系统中,电能质量问题将会直接影响发、供、用三方面的根本利益。而架空输电线路的运维质量与电力系统水平有密切关系,若能通过在线监测装置对放电现象做出判断,那么整个系统的安全稳定性能将会大大提高,由此架空输电线路放电现象的监查就显得格外重要。架空线路的放电以电晕放电为主,电晕放电通常表现为一种电磁脉冲信号,因此具有很宽的频带范围,它往往伴随着功率损耗、无线干扰或噪声污染等问题。由于检测电晕放电情况可反映线路运行状态并提供维护的参考信息,因此探究了射频电磁波检测天线的设计,选择200~300 MHz的放电检测频段,利用Hilbert分形天线原理和软件仿真研究了基层材料、阶数、馈电点位置、导线长度及导线宽度五种影响因素并进行了仿真,选取最优结果以得到最终的模型参数。

用于输电线路电晕放电检测的Hilbert分形天线设计

输电线路电晕放电是电力系统中的一种常见现象。若输电线路出现长时间连续的电晕放电,会造成严重的电网事故,因此有效地检测电晕放电并定位发生位置具有重要意义。Hilbert分形天线是一种宽频带小型天线,可探测到电晕放电产生的电磁波信号。针对5阶Hilbert分形天线的不同馈电方式,设计了一种5阶Hilbert分形天线。该天线是一种小型化天线,能实现电晕放电检测。

基于电磁辐射特性的直流电弧检测方法

直流电源系统中的直流电弧由于难以熄灭,是导致系统故障的主要原因之一,对其检测方法展开研究具有重要意义。为此提出了一种基于电弧电磁辐射特性的直流电弧检测方法,通过搭建直流电弧产生装置模拟直流系统中松弛连接的情况,设计4阶Hilbert天线测量直流电弧电磁辐射信号。电弧的电磁辐射信号与电流突变信号变化一致,且突变脉冲的时间间隔满足Gamma分布。对不同的电流突变进行频谱分析发现,在该试验条件下,电磁辐射信号在频谱上存在明显的特征频率(12.9 MHz),并且不同回路电流下幅值最大的电磁辐射频率在12~14MHz范围内。与开关操作时的信号进行对比发现,直流电弧的最大幅值电磁辐射频率大于开关操作的最大频率,直流电弧脉冲的平均时间间隔(37μs)比开关操作时的时间间隔(7.4μs)长,开关操作时能够检测到多个持续时间较长的脉冲簇。电磁辐射信号的特征频率、脉冲时间间隔以及脉冲簇持续时间可作为直流电弧的检测参量判断电弧故障。

低气压下串联直流电弧故障电磁辐射幅值及频率特性

为了检测低气压下串联直流电弧故障,搭建了低气压下直流电弧故障试验平台,研究了不同试验条件下的直流故障电弧电磁辐射特性。利用四阶Hilbert分形天线检测直流电弧故障的电磁辐射信号,在11个气压下(96,86,76,66,56,46,36,26,16,6和0.6k Pa)对4种电极材料(黄铜、紫铜、不锈钢和铝)进行了串联直流电弧故障试验,并在低气压下对不同直径(1~7mm)和形状(尖形和平形)的黄铜电极进行了试验研究。考虑了电极移动速度对电磁辐射特性的影响。对各种试验条件下采集到的电磁辐射脉冲幅值进行了统计分析,并对电磁辐射脉冲进行了快速傅里叶变换,提取出特征频率。试验结果表明:直流电弧电磁辐射脉冲幅值随着气压、电极直径、形状和电极移动速度的改变而变化,并且具有方向性;而电磁辐射脉冲的特征频率范围(36~41MHz)与气压、电极直径、形状和电极速度无关,将其作为检测串联直流电弧故障的特征量具有一定的适用性。

光伏直流电弧电磁辐射特性分析与测量方法

直流故障电弧是威胁光伏系统安全运行的重要因素。该文研究光伏直流电弧电磁辐射信号特征及测量方法,探索电弧电磁辐射用于光伏直流电弧故障诊断与定位的可行性。直流电弧电磁辐射在时域呈现为一系列间断脉冲序列,其脉冲起始时刻与电弧电流突变时刻相对应,并且每个电磁辐射脉冲都是一个衰减的振荡信号。理论分析表明,电弧电磁辐射信号强度与电弧电流变化率近似成正比,电弧电磁辐射频谱最大值所对应频率与电弧电磁辐射脉冲宽度近似成反比。在此基础上,设计出一种用于电弧电磁辐射测量的三阶Hilbert分形天线,其有效频率范围为210~800MHz。实验结果表明,电弧电磁辐射强度与电流变化率的关系及其频谱最大值所对应频率与理论分析相吻合,验证了天线设计的正确性。此外,还分析了测量距离对电弧电磁辐射信号强度的影响,为电弧故障定位策略研究奠定了基础。

变压器局部放电超高频在线监测天线研究

针对传统局部放电超高频检测天线频带窄、尺寸大的缺点,设计了一种用于在线监测变压器局部放电的多频带、尺寸小的超高频天线。通过研究了分形理论和天线测量原理,在现有四阶Hilbert分形曲线的技术基础上,利用Ansoft Designer电磁场仿真软件建立天线模型,并通过仿真计算,优化配置了天线的几何参数,设计制造了平板结构的四阶Hilbert分形局放超高频监测天线。利用设计的四阶Hilbert分形天线对四种典型油纸绝缘缺陷进行局部放电超高频信号监测,并采用文中设计的天线与现有技术的三阶Penao分形天线、三阶Hilbert分形天线在实验室进行局部放电对比测量,分析了天线实测效果,实验结果表明该天线能够有效应用于变压器局部放电超高频在线监测。

GIS局部放电在线监测超高频Moore分形天线研究

设计了一种应用于气体绝缘全封闭组合电器(gas insulated substation,GIS)局部放电在线监测的超高频Moore分形天线。首先从理论上分析了该天线的多频特性,使用ANSYS HFSS对Moore分形天线和Hilbert分形天线进行了仿真对比,仿真结果显示Moore分形天线方向性良好,并根据仿真结果制作了天线实物。采用矢量网络分析仪对天线进行实测,测试结果显示Moore分形天线在电压驻波VSWR<5时具有更多频段。最后,在实验室搭建了GIS局放测试平台,使用两种分形天线进行对比测量,结果表明,Moore分形天线特性良好,可用于GIS局部放电在线监测。