能源・电力 ＬＯＷ ＣＡＲＢｏＮ ＷＯＲＬＤ ２０１５／１ 一种应用于环网柜测温的宽带阵列天线的设计 王振宇（贵州电网公司铜仁供电局，贵州铜仁５５４３００） 【摘 要】本文设计了一款在４３３ＭＨｚ频段工作的宽带阵列天线。天线阵列单元采用倒置微带线的双层微带平板天线，该天线由于其一致性和 易于集成的特点，是现阶段的研究热点。本文利用ＨＦＳＳ进行天线单元的设计和仿真，并根据结果进行测试。测试表明驻波参数小于２，工作增 益达到９．０ｄＢｉ，驻波比和方向图的测试结果与ＨＦＳＳ的仿真一致性很好。 【关键词】阵列平板天线；声表面波；环网柜 【中图分类号】ＴＰ２７４￣．４ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】２０９５—２０６６（２０１５）叭一００３２—０２ １引言 近年来．我国高速发展的经济社会和现代化对公用电网 系统和设备提出越来越高的要求，现代化的智能电网朝着更 高电压和更大容量的发展。随着新材料，高速芯片，数字信号 处理和微型计算机等技术的飞速发展，使得声表面波技术在 高压设备中得以快速发展。采用声表面波技术的传感器，因为 其体积小巧．设计灵活性大、模拟／数字兼容、群延迟时间偏差 和频率选择优良，输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁 干扰性能好（ＥＭＩ）、可靠性高、制作的器件体积小、重量轻，而 且能够实现多种复杂的功能。它的特点和优点正适应了现代 通信系统设备以及移动通信轻薄短小化和高频化、数字化、高 性能、高可靠性等方面的要求。 由于环网柜处于室外安装，并且内部高压触点温度很难 监控．过流或者过载短路都会导致触点温度过高，导致设备故 障以致区域停电 我们将无线无源ＳＡＷ传感器置于高压环网 柜设备中．准确测量温度。但是密封在内部的传感器发出的信 号微弱 传统的阵列天线从谐振边进行馈电，馈线和贴片的接 触降低了天线辐射．并且恶化天线辐射场，而且存在较大的寄 生干扰．本文设计仿真宽带阵列天线采用Ｈ形状耦合，得到 较大的耦合量．提高天线增益，增大带宽。 ２仿真与设计 ２．１天线单元的仿真与设计 天线剖面如图１所示．我们采用Ｒｏｇｅｒｓ板材作为天线基 材．其中２层的天线贴片放置在厚度为０．５１０ｒａｍ的板材内， 两层贴片中间采用倒置的微带馈电线和开有Ｈ型缝隙的地 覆在另一厚度的０．５１０ｒａｍ介质板上．放置在天线的背面。整 体的天线仿真模型如图２所示。并且两层板之间需要有一定 厚度的固化片安装在里面．并且厚度需要软件仿真和优化． 并在后期调试调节厚度。如图３经过仿真天线的ＶＳＷＲ＜ １．２，并且形成双谐振特性，这样子就拓宽了天线的整体带 宽，提高天线性能。 图１天线单元剖面图 ２．２天线阵列的仿真和设计 根据设计好的天线单元，我们进行２ｘ２的天线阵列仿真 和设计，仿真模型如图４所示。我们采用威尔金森功分网络进 行馈电连接．最后一段采用１／４波长线匹配。 ３天线模型的仿真结果 利用ＨＦＳＳ进行仿真．仿真结构如图５。 由以上数据可知．数据增益参数良好．天线方向性和可用 带宽良好．驻波比小于１．８满足需求。 图２天线单元模型 ＶＳＷＲ ｖｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．ｐｙｒａｍｉｄａｌ ｈｏｒｎ ｗｉｔｈ ｗｉｎｄｏｗ １＿９ ：：； ～ ● ‘●＿ ，．６ Ｊ ＋ 巷 Ｊ Ｐ 、 ● ｒ ，．３ 一 ２ 厂 １－２ 一 １・１ ＋ＦＥＭＬＡＢ ｍｏｄｅｌ １．０ 图３天线ＶＳＷＲ参数 图４天线阵列仿真模型 ４总结 本文利用ＨＦＳＳ设计了一种工作于４３３ＭＨｚ的阵列天线． 实际测试也证明该种天线有效的拓宽了传统的平板天线的带 宽，工作增益也达到９．０ｄＢｉ．通过仿真和测试也符合预期。 （１）通过Ｈ槽结构设计，天线获得３０ＭＨｚ带宽，并且在中 心频率处，增益达到９ｄＢｉ以上： （２）通过ＨＦＳＳ的仿真，天线插入损耗很小，可以广泛应用 ＬＯＷ ＣＡＲＢＯＮＷＯＲＬＤ ２０１５／１ 能源‘电力８ １ ２脉冲变频系统的应用 陈福全（广东省建科建筑设计院，广东广州５１０５００） 【摘要】针对抑制谐波及提高电网稳定性的问题，以某质量检测中心高功率大口径水流测量装置为工程背景，设计了一种有效的１２脉变频 系统。 【关键词】谐波；１２脉变频器；移相变压器；抑制 【中图分类号】ＴＭ７１４ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】２０９５—２０６６（２０１５）０１—００３３—０２ ｌ引吾 傅立叶级数分解时会产生基波和谐波次数为６ｎ＋１次的高次 在电网波形中往往存在着各种谐波。所谓谐波，是指一个 谐波，并且其中的高次谐波将对供电系统的输入造成干扰，使 周期电气量的正弦波分量。其频率为基波频率的整数倍。根据 得供电系统造成非常大的电压波形畸变，严重影响了供电网 傅里叶级数，任意一个函数展开后，都可以分解为无穷多个实 络的电能质量 数相加．即不同频率正弦波信号的和。三相交流电系统没有直 １２脉变频器是针对双整流器来说的．通过一个移相变压 流分量和偶次分量，原因是其具有奇对称性和半波对称性。而 器接入一个整流器，然后输出和另一个整流器并联．也就是采 我国电网标准频率为５０Ｈｚ，所以三次谐波频率为１５０Ｈｚ，并由 用两个标准的６脉整流器通过一个３０。角移相变压器并联到 奇数倍依次类推，ｎ次谐波的频率则是５０Ｈｚ的ｎ倍。 三相系统中，这样三相交流输入原本产生６个半波，就变成了 而谐波的存在会导致电网波形的改变．乃至影响供电网 １２个半波。也就是１２脉冲。并且在通过次级移相绕组后，主 络的电能质量，使大量以干净正弦渡设计生产的用电设备无 电路中的次级电流之和可以消除５次、７次、１７次和１９次谐 法在最佳状态下运行，甚至出现运行故障。其主要危害有： 波。与采用６脉波带电抗器的变烦器相比，１２脉冲的好处是 （１）损坏敏感的电子通讯设备、干扰电力线载波通讯； 谐波电流明显下降。对输入端电压来说．由于有内置移相变压 （２）容易导致控制和保护继电器误动作以及降低其使用 器．将交流电网电压变换成整流装置所需的电压．所以输入电 寿命； 压是和普通变频器一样的。但输入电流的反馈电网上的谐波 （３）导致仪表错误显示； 会显著下降．并且由仿真实验研究结果可得．采用１２脉冲变 （４）影响马达的运转规律性： 频器的方式可以将谐波值降至１０％ （５）需要采用更大截面的电缆和导线； ３某质量检测中心ｌ２脉冲变频系统的改造 （６）会形成电流冲击脉冲，从而降低电气设备的使用寿命 某质量检测中心具备超过５０００种产品的检验能力．涵盖 和绝缘寿命： 了食品、化工、包装、轻工机电、建筑消防、计量仪表等各个领 （７）容易引发无功补偿设备的串联谐振或者并联谐振，引 域的产品检测。新建的检测实验基地拥有大量进口的精密检 起电容器膨胀甚至爆炸、导致无功补偿设备无法投切、系统功 测仪器、先进的室验室设备等，由于检测计量仪表在检测计量 率因数无法提高 时需要有极高的精密性和准确性，因而对供电的质量要求尤 因此．设计出有效的谐波抑制方案，进而改善电网的电能 其高。 质量，这在实际工程应用中的必要性和重要性是显而易见的。 以质量检测中心的大口径水流测量装置为工程实例．设 本方案就是通过运月丁１２脉变频器从而达到抑制谐波的效果。 计一种１２脉冲变频系统。原设计方案为：水泵房有５台 进一步提高电网的稳定性 ３５５ｋＷ和３台２５０ｋＷ普通６脉变频器以及一台音速喷嘴 所 ２ １２脉冲变频器 有的大功率负荷由现场一台２０００ｋＶＡ的主变压器来提供。其 由交一直一交组成主电路的普通６脉变频器．其转变方式 主接线图如图１所示 有整流和逆变两个过程：整流是外部输入５０Ｈｚ的工频交流电 在原设计方案中，只设有电容补偿系统进行电容补偿．没 源经三相桥路不可控转换成直流电压．而逆变则是经电容滤 有考虑到谐波对电网电能质量的影响．容易造成电压不稳定． 波及大功率晶体管开关元件转变为频率可变的交流电压 在 使设备无法正常运行，甚至影响到测量的结果。在考察了现场 整流回路中．输入电流的波形通常为不规则的矩形波．波形按 工程的实际情况以及结合业主的要求和原设计单位的意见． ｆ １． 长度改变，改善了天线的阻抗匹配。 ．ｆ １ 参考文献 ｌ ［１］钟顺时．微带天线理论与应用．西安：西安电子科技大学出版社，１９９１． ， ／、 Ｊ，、Ｉ ［２］Ｆｒａｎｋ Ｗｅｉｎｍａｎｎ．Ｄｅｓｉｇｎ，Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｐｌａｎａｒ Ｎｉｎｅ－Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｑｕａｓｉ－Ｙａｇｉ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｒａｙ ｆｏｒ ｘ—ｂａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．ＩＥＥＥ Ｔａｎｓ ＡＰ，２００７，４９（２）：８９－９６． ～９ ｆ ｅ Ｉ １ ｆ： Ｉ ● ｛ ｌｉ １‘ｌＩ ｌ ［３］Ｆｒｅｄｅｒｉｃ Ｃｒｏｐ ａｎｄ Ｄａｖｉｄ Ｍｐｏｚａｒ．Ｍｉｌｉｍｅｔｅｒ－Ｗａｖｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｗｉｄｅ— ｂａｎｄ ａｐｅｒｔｕｒｅ—ｃｏｕｐｌｅｄ ｓｔａｃｋｅｄ ｍｉｃｒｏｓ ｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａｅ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ， ｌ： ｛ Ｉ ｔＩ ｊ 《 １９９１，３９（１２）：１７７０—１７７６． 图５主平面方向图仿真图 收稿日期：２０１４—１２—２０ 于其他电路和设备中： 作者简介：王振宇（１９７７一），湖北沙市人，工程师，电力自动化 （３）终端的微带线路有很好的匹配作用，通过尺寸变换和 专业。 ㈨