廣播發(fā)射機(jī)中一種變互感式器件互感參數(shù)的計(jì)算與研究

徐 偉

1 廣播發(fā)射機(jī)中電感的定義及分類

電感是電路中的一種慣性現(xiàn)象，線圈是一種具有一定電慣性的元件。凡能產(chǎn)生電感作用的器件統(tǒng)稱為電感器。廣播電視設(shè)備電路中的電感器是非標(biāo)準(zhǔn)件，依電路要求單獨(dú)設(shè)計(jì)。電感線圈主要分為高頻電感線圈與低頻阻流圈，兩者都具有重要的作用[1]。

2 變互感式器件的電感

發(fā)射機(jī)中射頻線圈分為射頻固定線圈與射頻可變線圈（變感器）兩種，在實(shí)際的廣播發(fā)射機(jī)中射頻可變線圈應(yīng)用較多，故對(duì)這種器件展開(kāi)討論研究。

在廣播發(fā)射機(jī)中，通常應(yīng)用可變電感來(lái)達(dá)到改變耦合或調(diào)諧的目的。常用的方法有兩種：一是改變線圈的匝數(shù)，二是改變兩個(gè)線圈之間的互感量。

對(duì)于變互感式線圈而言，改變帶電線圈之間的互感，便可以達(dá)到改變線圈電感量的目的。為加深對(duì)廣播發(fā)射機(jī)中變互感式器件的研究與認(rèn)識(shí)，現(xiàn)對(duì)一種特殊結(jié)構(gòu)的變互感式器件進(jìn)行分析研究，此變互感式器件由共軸旋轉(zhuǎn)的帶電球與帶電圓環(huán)共同耦合而成。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。共軸旋轉(zhuǎn)帶電球的球心與帶電圓環(huán)的環(huán)心共軸，旋轉(zhuǎn)帶電球的電荷量為Q，球的半徑為a，帶電圓環(huán)的半徑為b，圓環(huán)通過(guò)的電流為Ib，球心與環(huán)心相距為d，解決此類問(wèn)題，可采用近似的求法，首先求解二者的相互作用能，二者的互感也就迎刃而解，順便求相互作用能的梯度，便可求得二帶電體之間的相互作用力[2]。

圖1 共軸旋轉(zhuǎn)的帶電球與帶電圓環(huán)示意圖

3 互感系數(shù)的數(shù)值計(jì)算

3.1 旋轉(zhuǎn)帶電球?yàn)榍蛎婢鶆蚍植?/h3>

理論數(shù)值計(jì)算采用積分環(huán)流法[3]，由上面物理模型中可得知旋轉(zhuǎn)的球面電荷構(gòu)成球面電流其面電流密度為：

于是可求得帶電球的一小圓環(huán)的電流為：

而相互作用磁能為：

顯然，計(jì)算矢勢(shì)比較方?便，可近似計(jì)算，電流dIθ的磁偶極矩在遠(yuǎn)處的矢勢(shì)：

上式再次對(duì)θ積分：

推得：

另附積分：

可得相互作用能：

又知相互作用的磁能表達(dá)式可為：

故可求其互感為：

3.2 旋轉(zhuǎn)帶電球?yàn)殡姾删鶆蝮w分布

此情況為均勻帶電介質(zhì)球，所以可再次計(jì)算其產(chǎn)生的磁矩，將球體分為不同半徑r到r+dr的球殼，旋轉(zhuǎn)后形成的球面電流，再按θ→θ+dθ分為各個(gè)平面電流回路，其電流與面積分別為：

同理，可依照求帶電荷均勻球面分布的方法，按同種方法，可求解相互作用能為：

相互作用力對(duì)其求梯度得：

又知其電流與面積分別為：

積分可得：

所以可得互感為：

4 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)討論了變互感器件（共軸旋轉(zhuǎn)帶電球與帶電圓環(huán)）在遠(yuǎn)區(qū)時(shí)的相互作用能、相互作用力及其相應(yīng)產(chǎn)生的互感。同時(shí)，針對(duì)旋轉(zhuǎn)球的帶電分布情況，分別進(jìn)行計(jì)算求解，得出互感系數(shù)與帶點(diǎn)球的尺寸呈正比例關(guān)系，與兩帶電體的相對(duì)距離呈反比例關(guān)系。設(shè)計(jì)廣播發(fā)射機(jī)的工作指標(biāo)，必須要求電子設(shè)備的工作參數(shù)計(jì)算嚴(yán)格準(zhǔn)確，此類變互感式器件雖在日常的發(fā)射機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)用中并不常見(jiàn)，然而在不影響設(shè)備工作效能和運(yùn)行質(zhì)量的前提下，采取物理近似方法計(jì)算得出的公式關(guān)系是相對(duì)固定的，可通過(guò)微調(diào)某些參數(shù)，使得問(wèn)題研究和解決變得簡(jiǎn)化，以降低廣播發(fā)射機(jī)有關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)成本，提高一線值班人員的工作效率。

[1]廣播電視技術(shù)手冊(cè)第六分冊(cè)發(fā)射技術(shù)部分[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2000.

[2]郭碩鴻.電動(dòng)力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1997.

[3]曹昌祺.電動(dòng)力學(xué)[M].北京:人民教育出版社,1962.