超高输电塔变形监测技术中智能天线的应用研究

代奇迹 林呈辉 徐长宝 龙秋风 赵超 吕乾勇 王冕

摘要：目前，在超高输电塔变形检测技术应用中，使用智能天线能有效提高信标方位信息的准确度、进行实时监控，确保超高输电塔稳定运行。文章通过对智能天线的发展进行阐述，详细分析了超高输电塔变形检测技术中智能天线的设计，最后提出了超高输电塔变形监测技术中智能天线的应用。

关键词：超高输电塔;变形监测技术;智能天线;应用研究

中图分类号：TM726.1;TM754文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）11-0185-05

近年来，随着我国信息技术不断发展，输电线在建设过程中朝着高电压、大容量方向不断发展。超高输电塔是一种柔性较高的结构。由于自身在风致振动、负载牵引等方面具有较高的优势，能有效应对自然灾害环境，提高输电塔运行的安全性。现阶段，北斗天线在使用过程中，虽然它有定位通讯系统，但是仍然解决不了定位出现的问题，在进行信号接收过程中有容量限制。对于GPS天线来说，它在使用过程中，通过单向通讯进行信号定位，是一种转播信号。在网络信息技术发展过程中，智能天线为了更好的解决上述问题、满足复杂多变的市场需求，需要在超高输电塔变形曲线测量过程中，对点到微位移密集分布情况进行分析，才能在自然灾害环境下，提高超高输电塔的应变能力，提供有效的应对方案。

1智能天线的发展

近年来，在无线通信领域发展过程中，多人多出天线MIMO是重点探究内容。它能使多路信号在统一的时间内发送频段，降低单一天线频谱利用率低的问题。多人多出天线技术MIMO，它能有效的进行无线信道的优化、提高通信质量。近年来，随着超高输电塔变形监测技术不断发展。Massive MIMO应运而生，通常情况下，它是由几十个、或者是上百个相同的电线单元组成的。一方面，Massive MIMO天线能有效地提高波束在空间范围内的扫描能力，另一方面，它会在实际使用过程中，降低风阻。值得注意的是，Mas-sive MIMO天线在使用过程中，会产生一定的耦合、噪音较大、辐射能量降低。进而，使天线阵效益下降。

目前，随着我国天线阵技术不断发展。使用超材料，能有效提高系统的电磁特性和电磁修改能力，实现良好的去耦效果。智能天线朝着多人多出天线技术方向不断发展，进一步提升通信系统的信道容量。

2超高输电塔变形监测技术中智能天线的设计

2.1天线部分

2.1.1在辐射单元中加载金属枝节现阶段，在超高输电塔变形监测技术使用智能天线，必须考虑到天线单元在设计过程中的关键参数和使用成本，才能有效的改善电线的使用性能。在进行天线辐射单元设计过程中，需要考虑到多仿真优化设计的特点进行天线单元的确定。例如：在设计探究过程中，应该考虑到天线振子臂加载金属之间数目的影响。在振子臂闭环中间加载不同的金属枝节，可以观察到不同的电流分布。在实验设计过程中，发现金属枝节加载数量和振子臂之间的电流分布存在一定变化规律：加载数量越多，振子臂电流分布逐渐递减、振子臂中间的电流却在递增。

在上述电流分布过程中，考虑基础辐射源电流分布、电线电路参数、辐射性能等，需要对不同数量金属枝节，对电压驻波比隔离的影响进行全面探究。对于不同评点单元仿真结果可以发现电线在相同水平面上正负度在60°之内，交叉极化比大于14dB，也就是说，不同频点波束宽具有收敛性如图3所示。

2.1.2提高交叉极化比和波束宽度一致性

在智能天线超高输电塔变形监测技术使用过程中，对于阵列天线来说，它离不开两个关键指标：交叉极化比、波速宽度一致性。波束宽度和蜂窝扇区优化覆盖，两者之间有着密切的关联。在实际工作中要考虑到的频点辐射方向图，这样才能在智能天线系统运作过程中提高仿真效率，便于设计人员进行调试。对于交叉极化比来说，它和受辐射边界有着一定的关联，为了提高系统的性能，需要使用较高的交叉极化比。

2.2功分器件

2.2.1威尔金森功分器

威尔金森功分器在使用过程中，需要考虑到设计过程的任意功分比。在进行功分器设计过程中，要严格地遵循下述设计公式：

Z01=ZO[m（1+m²）]^1/2

Z02=Z0[（1+m²）/m³]^1/2

Ra=Z0（m+1/m）

功率分配比为m²、a是0.25波长，这时可以通过公式计算出功率m²。通过计算可以将a值等于1。做好线宽和隔离电阻的确认工作，对整体天线系统进行优化，从而设计出科学的威尔金森功分器。

2.2.2一分六功分器

一分六功分器，在电路仿真模拟软件使用过程中，主要是为了防真点电路模型MWO，提高数据的运算效率、找到功分器的基本设计架构。在天线系统馈网设计过程中，功分器设计扮演着重要的角色，它也是现阶段微波网络的重要组成内容，为了提高关键指标和仿真结果的吻合性，需要进行实际加工，进而实现设计目标。

2.3校准网络设计

L为平行微带宽;w为宽度;C为两者之间的間距;L cap为枝节长度;B为宽、C_p枝节间距。

校准网络在设计过程中，首先，考虑到的耦合高隔离定向耦合器。做好电路检测工作，在最大范围内保证弱耦合和高方向性定向耦合器的正向功率。通常情况下，会使用奇偶模分析方式分析耦合器，建立相应的数学模型。对于不同的耦合介质来说，奇模的偶模的电长度是不同的，考虑到定向性恶化，可在理论上设计过程中，使两者电长度相等（详细见上图）。

通常情况下，定向耦合器的仿真参数如下表。

3超高输电塔变形监测技术中智能天线的应用

3.1信标方位信息估计

在信标方位信息设计过程中，必须要确保超高输电变形塔数据的准确度，做好各方面方位信息的计算工作。首先，可以使用现有的微波比相技术，实现测量距离的准确性，在进行载波频率使用过程中，可以設定HSM波段为5.8GHz。提高精准度。其次在超高塔。其次，在超高输电塔变形动态分析过程中，需要考虑到安装位置，坐好信标方位角动态变化分析工作，可以使用空间目标方位信息估计技术。

3.2信号模拟

测控站工作中可以使用平面天线阵列，一般情况下，使用传统方式的阵列天线理论在探究过程中，需要考虑边缘效应产生的影响，其中如果对反射板的值进行假设，设定该值为无穷大，在阵列单元中它的方向是一致的。超高输电塔变形监测技术使用过程中常使用天线阵列都是小型阵列，考虑实际工作中自重和体积的影响，会将空间距离设定在0.5-1个波长之间，这样才能突破阵列天线在实际应用中存在的局限性。在实际应用过程中，阵列可能产生来自于3个层面的和现象，①天线单元有自身的直接耦合;②来自于周围反射板和隔离产生的间接耦合;③由于馈电网产生的路线耦合。这就意味着，在智能天线系统应用过程中，要考虑到波形形态的指标要求，做好场路一体化设计。这时需要根据实际测量数据设置参数S：天线振元。（a）图表示极化方向在48个单元之内，除此之外，需要使用TRL嵌入和端口平处理方式。（b）图表示的是上列天线，馈电网络主要有一分六功分器和馈线组成。（c）图表示的是，下列天线馈电网络。（d）图表示的是，合成天线馈电网络。在智能天线超高输电塔变形监测技术使用过程中，要考虑到基于平面阵二维多重信号做好仿真模拟。

3.3仿真分析

在仿真分析过程中，可以200m超高输电塔作为案例，分别在塔底不同的位置，安装信标。以20m、60m、100m、120m、140m、160m、180m以及200m安装。在安置过程中，使用BPSK的调节模式。在平面阵中二维扩频MUSIC算法，设置SNR等于10，做好有个角落信标方位角的计算如表2所示。

在对数据信标进行全方位估算之后。这时，需要使用微波比相技术，对估计误差进行分析。

根据以上计算公式，abs在上述公式指的是绝对值。在信噪比和载波频率确定的条件下，可以将误差控制在mm级别。也就是说，超高输电塔在使用过程中，如果发生形变，可以通过在底座不同位置安装多个信标，进而提高计算的精准度。通过计算，得到更加准确的信息，能对超高输电塔变形状态，进行全面把控。

3.4测试结果

在设计过程中，一定要进行电路参数和试验，使驻波比小于1.4。在实际测试过程中，可以确保天线伋化，隔离度在25dB。对于图（a）来说，它的驻波比小于1.35，图（b）可以通过调整馈线影响阵列间的互耦，通过实际测量之后发现，相邻阵列同极化耦合度和差异化的隔离度都能大于35dB。而图（c）、图（d），大于30dB。

通常情况下，在使用智能天线信号处理技术过程中，可以融入场路一体化的设计方式，可以有效去除阵列间的耦合。一般情况下，阵列天线相互耦合的情况是十分复杂的，不仅包括阵元之间的表面波震源、通过反射形成的间接耦合，而且可能还具有馈电网络引起的电路之间的影响。在进行实践设计过程中，必须要做到仿真模拟，才能降低阵列中相互耦合的现象，提高阵列高度，在实际应用过程中具有至关重要的现实意义。针对仿真和实测两者之间存在的误差。可以在场路一体优化模拟仿真过程中，保证天线倾角一致性，才能满足垂直面控制需求。

4结语

根据以上文章内容，现阶段，在超高输电塔变形检测技术中融入智能天线能有效地实现无线测量技术的发展，在此基础上，结合智能天线信号处理技术、以及超高塔变形检测方式。根据上述仿真以及计算结果显示，在超高输电塔信标位置，安装过程中，需要考虑到入射信号噪比监测、载波频率等一系列因素，实现超高输电塔变形测量的准确度。在此过程中，应该以电磁波作为主要的测量方式，该方式凭借者自身较高的优势，被使用在地质灾害频发、环境恶劣的天气条件下。能实现全方位、全天候的检测工作，为输电塔变形提供更加精准、有效的测量方式。该方案不仅可以使用在超高输电塔变形监测技术中，也可以使用在桥梁、隧道等结构变形检测过程中，为智能天线发展注入新鲜活力。