廣播發射機中一種變互感式器件互感參數的計算與研究

徐 偉

1 廣播發射機中電感的定義及分類

電感是電路中的一種慣性現象，線圈是一種具有一定電慣性的元件。凡能產生電感作用的器件統稱為電感器。廣播電視設備電路中的電感器是非標準件，依電路要求單獨設計。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

發射機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，在實際的廣播發射機中射頻可變線圈應用較多，故對這種器件展開討論研究。

在廣播發射機中，通常應用可變電感來達到改變耦合或調諧的目的。常用的方法有兩種：一是改變線圈的匝數，二是改變兩個線圈之間的互感量。

對于變互感式線圈而言，改變帶電線圈之間的互感，便可以達到改變線圈電感量的目的。為加深對廣播發射機中變互感式器件的研究與認識，現對一種特殊結構的變互感式器件進行分析研究，此變互感式器件由共軸旋轉的帶電球與帶電圓環共同耦合而成。具體結構如圖1所示。共軸旋轉帶電球的球心與帶電圓環的環心共軸，旋轉帶電球的電荷量為Q，球的半徑為a，帶電圓環的半徑為b，圓環通過的電流為Ib，球心與環心相距為d，解決此類問題，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 共軸旋轉的帶電球與帶電圓環示意圖

3 互感系數的數值計算

3.1 旋轉帶電球為球面均勻分布

理論數值計算采用積分環流法[3]，由上面物理模型中可得知旋轉的球面電荷構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的電流為：

而相互作用磁能為：

顯然，計算矢勢比較方?便，可近似計算，電流dIθ的磁偶極矩在遠處的矢勢：

上式再次對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式可為：

故可求其互感為：

3.2 旋轉帶電球為電荷均勻體分布

此情況為均勻帶電介質球，所以可再次計算其產生的磁矩，將球體分為不同半徑r到r+dr的球殼，旋轉后形成的球面電流，再按θ→θ+dθ分為各個平面電流回路，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 結語

本文重點討論了變互感器件（共軸旋轉帶電球與帶電圓環）在遠區時的相互作用能、相互作用力及其相應產生的互感。同時，針對旋轉球的帶電分布情況，分別進行計算求解，得出互感系數與帶點球的尺寸呈正比例關系，與兩帶電體的相對距離呈反比例關系。設計廣播發射機的工作指標，必須要求電子設備的工作參數計算嚴格準確，此類變互感式器件雖在日常的發射機設備設計應用中并不常見，然而在不影響設備工作效能和運行質量的前提下，采取物理近似方法計算得出的公式關系是相對固定的，可通過微調某些參數，使得問題研究和解決變得簡化，以降低廣播發射機有關設備的設計成本，提高一線值班人員的工作效率。

[1]廣播電視技術手冊第六分冊發射技術部分[M].北京:國防工業出版社,2000.

[2]郭碩鴻.電動力學[M].北京:高等教育出版社,1997.

[3]曹昌祺.電動力學[M].北京:人民教育出版社,1962.