大功率通信設(shè)備中電感組件的設(shè)計(jì)方法

摘要：電感組件在短波通信領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的使用，功率越大，電感組件承受的溫度越高、電壓越高，因此在大功率通信設(shè)備中，如何實(shí)現(xiàn)電感組件的電感值穩(wěn)定、耐高溫、耐高壓，確保性能可靠，就成為非常重要的研究課題。本設(shè)計(jì)介紹一種應(yīng)用于短波通信領(lǐng)域，大功率通信設(shè)備中電感組件的設(shè)計(jì)方法。將不同材料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，通過一種新穎的結(jié)構(gòu)形式，使得這種電感組件，電感值穩(wěn)定、性能可靠、結(jié)構(gòu)新穎、裝配方便，同時(shí)滿足耐高溫、耐高壓的要求。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu);材料;電感值;耐高溫;耐高壓

一、引言

短波通信系統(tǒng)中，短波發(fā)射機(jī)的輸出阻抗一般為50歐，短波天線的阻抗會(huì)隨著頻率的變化而變化，且變化的范圍較大，短波發(fā)射機(jī)不能直接和短波天線相連，否則會(huì)損壞短波發(fā)射機(jī)，因此需要在短波發(fā)射機(jī)和短波天線之間接入天線調(diào)諧器。天線調(diào)諧器的主要功能是實(shí)現(xiàn)短波發(fā)射機(jī)和短波天線之間良好的阻抗匹配，使短波發(fā)射機(jī)的輸出功率達(dá)到最大，保證短波發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)能有效地輻射出去。

天線調(diào)諧器主要由匹配網(wǎng)絡(luò)、控制單元、調(diào)制解調(diào)單元、檢測單元等組成。電感組件是天線調(diào)諧器中匹配網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分之一，它的電感值的穩(wěn)定直接影響到天線調(diào)諧器的調(diào)諧性能。隨著現(xiàn)代無線電通信技術(shù)的高速發(fā)展，發(fā)射機(jī)功率越來越大，電感組件承受的溫度、電壓越來越高，因此在大功率通信設(shè)備中，固定電感線圈的材料和結(jié)構(gòu)就尤為關(guān)鍵。

聚四氟乙烯材料可在-180℃～250℃的范圍內(nèi)長期使用，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，高度的電絕緣性，但缺點(diǎn)是強(qiáng)度低，剛性差。純環(huán)氧層壓玻璃布板機(jī)械強(qiáng)度高，支撐可靠，但耐高溫不夠。本設(shè)計(jì)正是解決這一問題，設(shè)計(jì)一種新穎的結(jié)構(gòu)形式，將聚四氟乙烯材料和純環(huán)氧層壓玻璃布板結(jié)合起來使用，做成電感骨架，用來固定電感線圈，使得電感組件的電感值穩(wěn)定，既能滿足耐高溫、耐高壓的要求，又能滿足結(jié)構(gòu)簡單、裝配方便、支撐可靠，強(qiáng)度高的要求。

二、電感組件的整體構(gòu)成

這種電感組件，由電感線圈和電感骨架構(gòu)成。電感線圈由銅帶T2繞制而成，不同的圈數(shù)，可以得到不同的電感值，根據(jù)需要的電感值，來確定所需要繞制的圈數(shù)，可以做到電感值在4.22μH～24.8μH范圍內(nèi)。電感骨架主要是由側(cè)板1、側(cè)板2、板條1、板條2、板條3、板條4、支柱1、支柱2、支柱3、支柱4、固定板1、固定板2、固定片1、固定片2和8個(gè)螺柱等組成，如圖1所示。

三、電感骨架的結(jié)構(gòu)形式

電感骨架主要是由側(cè)板1、側(cè)板2、板條1、板條2、板條3、板條4、支柱1、支柱2、支柱3、支柱4、固定板1、固定板2、固定片1、固定片2和8個(gè)螺柱等組成。和電感線圈直接接觸的板條1、板條2、板條3、板條4選用耐高溫、耐高壓的聚四氟乙烯板，側(cè)板1、側(cè)板2、支柱1、支柱2、支柱3、支柱4、固定板1、固定板2選用機(jī)械性能好，強(qiáng)度高的純環(huán)氧層壓玻璃布板，將兩種材料的優(yōu)勢充分地發(fā)揮了出來，做成牢固可靠的電感骨架。

（一）側(cè)板1、側(cè)板2的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

側(cè)板1、側(cè)板2，如圖2所示，結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同，均采用純環(huán)氧層壓玻璃布板做成，這種材料機(jī)械強(qiáng)度高，韌性較好，電絕緣性優(yōu)良，防水、防潮、防霉，支撐可靠。側(cè)板上有3組孔，每組4個(gè)。第一組為4個(gè)直徑為3.2mm的沉頭通孔，360°均勻分布在直徑為62mm的圓周上，用來分別安裝支柱1、支柱2、支柱3、支柱4;第二組為4個(gè)直徑為3.2mm的沉頭通孔，360°均勻分布在直徑為77mm的圓周上，用來分別安裝板條1、板條2、板條3、板條4;第三組為4個(gè)直徑為5.5mm的通孔，均勻分布在側(cè)板的四個(gè)角，用來將整個(gè)電感組件安裝在網(wǎng)絡(luò)底板上。

（二）板條1、板條2、板條3、板條4的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.電感組件中的板條1、板條2、板條3、板條4直接和電感線圈相接觸，在大功率通信設(shè)備中，電感線圈上承受的溫度高、電壓高。這就需要和電感線圈直接相接觸的板條1、板條2、板條3、板條4也要能承受高溫、高壓。因此板條1、板條2、板條3、板條4都采用聚四氟乙烯板做成，這種材料能耐高溫，可在-180℃～+250℃的范圍內(nèi)長期使用，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕，同時(shí)具有高度的電絕緣性，介電常數(shù)較低，介電損耗很小，非常適合用于做這種需要耐高溫、耐高壓的絕緣件。如圖3所示。

2.板條1、板條2、板條3、板條4的兩端低于板條開槽部位2mm，有利于裝配時(shí)將電感線圈順利地旋進(jìn)槽內(nèi)。如圖3所示。

3.板條1、板條2、板條3、板條4的中間部位一側(cè)開槽，槽的寬度為1.8mm，槽的深度為3mm，槽與槽之間的間距為4.6mm，槽的個(gè)數(shù)根據(jù)所需要的電感線圈的圈數(shù)來定，電感線圈的圈數(shù)又取決于電感值的大小。槽用于和電感線圈相配合，卡住電感線圈。板條1、板條2、板條3、板條4開槽的起始位置依次增加1.1mm，形成螺旋狀，保證了電感線圈的間距和需要的電感值。如圖3所示。

4.電感線圈的寬度為9mm，厚度為1.6mm，采用銅帶T2繞制而成，這種材料導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異、延展性好，耐腐蝕。電感線圈表面鍍銀Ep·Ag7，再涂SP-2002S電接觸保護(hù)劑，經(jīng)過電鍍工藝處理后的電感線圈具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗氧化性和可焊性，保護(hù)劑可以提高鍍銀層表面抗氧化性能，防止早期變色。當(dāng)電感線圈和電感骨架組裝好后，電感線圈和側(cè)板內(nèi)側(cè)的最小距離是39mm，如圖4所示，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得，這個(gè)距離能保證電感線圈可以承受3.5萬伏的高壓，滿足了大功率通信設(shè)備對(duì)電感組件承受高壓的要求。

5.側(cè)板1、側(cè)板2需要和板條1、板條2、板條3、板條4牢固地連接在一起，但因?yàn)榘鍡l1、板條2、板條3、板條4所用的材料為聚四氟乙烯板，強(qiáng)度低，剛性差，不能直接加工出螺紋孔，所以在板條1、板條2、板條3、板條4的兩端各加工1個(gè)直徑為5mm的通孔，如圖3所示，分別用來裝入八個(gè)螺柱，螺柱內(nèi)有螺紋孔。再用不銹鋼螺釘穿過側(cè)板，旋入螺柱中，將側(cè)板1、側(cè)板2和板條1、板條2、板條3、板條4牢牢地固定在一起。

6.板條1、板條2、板條3、板條4的另一側(cè)分別開有兩個(gè)寬度為6mm的槽，如圖3所示，分別用來安裝固定板1、固定板2，加強(qiáng)強(qiáng)度，起支撐作用。

7.板條1、板條2、板條3、板條4上分別有兩個(gè)直徑為3.2mm的通孔，根據(jù)電感線圈兩端的位置，用不銹鋼螺釘和螺母穿過相應(yīng)板條附近的通孔，分別將固定片1、固定片2和相應(yīng)的板條固定在一起。

8.板條1、板條2、板條3、板條4上分別有1、2、3、4個(gè)標(biāo)記孔，標(biāo)記孔的直徑為1.5mm，深度為0.5mm。裝配時(shí)，根據(jù)標(biāo)記孔的個(gè)數(shù)，將板條1、板條2、板條3、板條4按順序依次擺放，和側(cè)板1、側(cè)板2固定在一起。改變板條1、板條2、板條3、板條4的安裝順序，可以相應(yīng)地改變電感組件的旋向，左旋或右旋。

（三）支柱1、支柱2、支柱3、支柱4的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

支柱1、支柱2、支柱3、支柱4，如圖5所示，結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同，均采用純環(huán)氧層壓玻璃布板做成，這種材料具有優(yōu)良的機(jī)械性能，強(qiáng)度高，可以直接攻打螺紋孔，支柱1、支柱2、支柱3、支柱4的兩端各有1個(gè)M3的螺紋孔，分別用于和側(cè)板1、側(cè)板2固定在一起。支柱1、支柱2、支柱3、支柱4的長度和板條1、板條2、板條3、板條4的長度相同。

裝配時(shí)，支柱1、支柱2、支柱3、支柱4分別穿過固定板1、固定板2上4個(gè)直徑為10mm的孔，用不銹鋼螺釘穿過側(cè)板1、側(cè)板2，將支柱1、支柱2、支柱3、支柱4和側(cè)板1、側(cè)板2牢固地安裝在一起。因?yàn)榘鍡l1、板條2、板條3、板條4的材料選用的是聚四氟乙烯，強(qiáng)度低，剛性差，不足以在板條的縱向上形成支撐，而支柱1、支柱2、支柱3、支柱4正好彌補(bǔ)了板條的強(qiáng)度不足，在板條1、板條2、板條3、板條4的縱向上提供了牢固可靠的支撐。

（四）固定板1、固定板2的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

固定板1、固定板2，如圖5所示，結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同，均采用純環(huán)氧層壓玻璃布板做成，這種非金屬材料具有優(yōu)良的機(jī)械性能，質(zhì)地密實(shí)、堅(jiān)硬，強(qiáng)度好。固定板1、固定板2的厚度為6mm，外徑為76mm，中間有一直徑為46mm的孔，起到減重的作用，4個(gè)直徑為10mm的孔，360°均勻分布在直徑為62mm的圓周上。裝配時(shí)，固定板1、固定板2分別卡在板條1、板條2、板條3、板條4的兩個(gè)寬度為6mm的槽內(nèi)，在板條1、板條2、板條3、板條4的截面方向上加強(qiáng)支撐。

這種支柱1、支柱2、支柱3、支柱4和固定板1、固定板2相配合的結(jié)構(gòu)形式為電感線圈的固定提供了牢固可靠的支撐，彌補(bǔ)了板條1、板條2、板條3、板條4的強(qiáng)度不夠。這樣整個(gè)電感組件既能承受高溫、高壓，又能安裝可靠，滿足其使用要求。

（五）固定片1、固定片2的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

固定片1、固定片2，如圖6所示，結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同，均采用黃銅帶H62做成，這種金屬材料力學(xué)性能好、可加工性好、可切削性好、耐腐蝕、容易焊接。固定片1、固定片2表面鍍?nèi)辖餎p·（CuSnZn）15·S，經(jīng)過電鍍工藝處理后的固定片1、固定片2具有良好的導(dǎo)電性、抗氧化性和可焊性。

固定片1、固定片2上分別有一個(gè)3.2mm×6.2mm的長圓孔，用不銹鋼螺釘、螺母，通過長圓孔，將固定片1、固定片2和相應(yīng)的板條固定在一起，還可以用長圓孔來調(diào)節(jié)固定片1、固定片2和電感線圈之間的距離，保證固定片1、固定片2和電感線圈接觸部位完全貼合，和電感線圈焊在一起時(shí)牢固可靠，因?yàn)榇蠊β释ㄐ旁O(shè)備中，電感線圈承受的溫度很高，所以焊接時(shí)需要使用高溫焊錫絲。固定片1、固定片2上還分別有一個(gè)長8mm，直徑為3mm的大半圓孔，和外部連接用的連接線的一端放置在此孔中，然后用高溫焊錫絲焊牢。固定片1、固定片2的這種結(jié)構(gòu)，既保證了電感線圈不會(huì)在板條上轉(zhuǎn)動(dòng)，確保電感值的穩(wěn)定，又通過焊有連接線實(shí)現(xiàn)了電感組件和外部的連接。

（六）八個(gè)螺柱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

八個(gè)螺柱均用黃銅棒HPb59-1做成，這種材料可切削性好，有良好的力學(xué)性能，強(qiáng)度高。螺柱表面鈍化Ct·P，保持螺柱材料的本色。螺柱為長7mm，直徑為5mm的圓柱體，在螺柱側(cè)面上有一個(gè)M3的螺紋通孔。裝配時(shí)，八個(gè)螺柱分別放置在板條1、板條2、板條3、板條4兩端的直徑為5mm的通孔中，不銹鋼螺釘穿過側(cè)板，旋入螺柱的螺紋孔內(nèi)，將側(cè)板1、側(cè)板2和板條1、板條2、板條3、板條4牢固地安裝在一起。

四、結(jié)束語

隨著短波通信技術(shù)的不斷發(fā)展，短波通信系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，在國際通信、搶險(xiǎn)救災(zāi)、海事求救、軍事通信等方面發(fā)揮著重要作用。因此，作為短波通信設(shè)備中不可缺少的電感組件，其性能可靠就至關(guān)重要。綜上所述，這種結(jié)構(gòu)的電感組件，耐高溫，耐高壓，結(jié)構(gòu)新穎實(shí)用，裝配方便，電感值可以做到4.22μH至24.8μH范圍內(nèi)，可廣泛使用于短波大功率通信設(shè)備中。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]邱成悌，趙惇殳，蔣全興.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].東南大學(xué)出版社，2005.

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作者單位：智穎? ? 中電防務(wù)科技有限公司

智穎（1971-），女，漢族，江蘇，本科，工程師 ，研究方向：電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。