广播发射机中一种变互感式器件互感参数的计算与研究

徐 伟

1 广播发射机中电感的定义及分类

电感是电路中的一种惯性现象，线圈是一种具有一定电惯性的元件。凡能产生电感作用的器件统称为电感器。广播电视设备电路中的电感器是非标准件，依电路要求单独设计。电感线圈主要分为高频电感线圈与低频阻流圈，两者都具有重要的作用[1]。

2 变互感式器件的电感

发射机中射频线圈分为射频固定线圈与射频可变线圈（变感器）两种，在实际的广播发射机中射频可变线圈应用较多，故对这种器件展开讨论研究。

在广播发射机中，通常应用可变电感来达到改变耦合或调谐的目的。常用的方法有两种：一是改变线圈的匝数，二是改变两个线圈之间的互感量。

对于变互感式线圈而言，改变带电线圈之间的互感，便可以达到改变线圈电感量的目的。为加深对广播发射机中变互感式器件的研究与认识，现对一种特殊结构的变互感式器件进行分析研究，此变互感式器件由共轴旋转的带电球与带电圆环共同耦合而成。具体结构如图1所示。共轴旋转带电球的球心与带电圆环的环心共轴，旋转带电球的电荷量为Q，球的半径为a，带电圆环的半径为b，圆环通过的电流为Ib，球心与环心相距为d，解决此类问题，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，顺便求相互作用能的梯度，便可求得二带电体之间的相互作用力[2]。

图1 共轴旋转的带电球与带电圆环示意图

3 互感系数的数值计算

3.1 旋转带电球为球面均匀分布

理论数值计算采用积分环流法[3]，由上面物理模型中可得知旋转的球面电荷构成球面电流其面电流密度为：

于是可求得带电球的一小圆环的电流为：

而相互作用磁能为：

显然，计算矢势比较方⇀便，可近似计算，电流dIθ的磁偶极矩在远处的矢势：

上式再次对θ积分：

推得：

另附积分：

可得相互作用能：

又知相互作用的磁能表达式可为：

故可求其互感为：

3.2 旋转带电球为电荷均匀体分布

此情况为均匀带电介质球，所以可再次计算其产生的磁矩，将球体分为不同半径r到r+dr的球壳，旋转后形成的球面电流，再按θ→θ+dθ分为各个平面电流回路，其电流与面积分别为：

同理，可依照求带电荷均匀球面分布的方法，按同种方法，可求解相互作用能为：

相互作用力对其求梯度得：

又知其电流与面积分别为：

积分可得：

所以可得互感为：

4 结语

本文重点讨论了变互感器件（共轴旋转带电球与带电圆环）在远区时的相互作用能、相互作用力及其相应产生的互感。同时，针对旋转球的带电分布情况，分别进行计算求解，得出互感系数与带点球的尺寸呈正比例关系，与两带电体的相对距离呈反比例关系。设计广播发射机的工作指标，必须要求电子设备的工作参数计算严格准确，此类变互感式器件虽在日常的发射机设备设计应用中并不常见，然而在不影响设备工作效能和运行质量的前提下，采取物理近似方法计算得出的公式关系是相对固定的，可通过微调某些参数，使得问题研究和解决变得简化，以降低广播发射机有关设备的设计成本，提高一线值班人员的工作效率。

[1]广播电视技术手册第六分册发射技术部分[M].北京:国防工业出版社,2000.

[2]郭硕鸿.电动力学[M].北京:高等教育出版社,1997.

[3]曹昌祺.电动力学[M].北京:人民教育出版社,1962.