大功率通信设备中电感组件的设计方法

摘要：电感组件在短波通信领域内有着广泛的使用，功率越大，电感组件承受的温度越高、电压越高，因此在大功率通信设备中，如何实现电感组件的电感值稳定、耐高温、耐高压，确保性能可靠，就成为非常重要的研究课题。本设计介绍一种应用于短波通信领域，大功率通信设备中电感组件的设计方法。将不同材料的优点结合起来，通过一种新颖的结构形式，使得这种电感组件，电感值稳定、性能可靠、结构新颖、装配方便，同时满足耐高温、耐高压的要求。

关键词：结构;材料;电感值;耐高温;耐高压

一、引言

短波通信系统中，短波发射机的输出阻抗一般为50欧，短波天线的阻抗会随着频率的变化而变化，且变化的范围较大，短波发射机不能直接和短波天线相连，否则会损坏短波发射机，因此需要在短波发射机和短波天线之间接入天线调谐器。天线调谐器的主要功能是实现短波发射机和短波天线之间良好的阻抗匹配，使短波发射机的输出功率达到最大，保证短波发射机输出的射频信号能有效地辐射出去。

天线调谐器主要由匹配网络、控制单元、调制解调单元、检测单元等组成。电感组件是天线调谐器中匹配网络的重要组成部分之一，它的电感值的稳定直接影响到天线调谐器的调谐性能。随着现代无线电通信技术的高速发展，发射机功率越来越大，电感组件承受的温度、电压越来越高，因此在大功率通信设备中，固定电感线圈的材料和结构就尤为关键。

聚四氟乙烯材料可在-180℃～250℃的范围内长期使用，具有优异的化学稳定性，高度的电绝缘性，但缺点是强度低，刚性差。纯环氧层压玻璃布板机械强度高，支撑可靠，但耐高温不够。本设计正是解决这一问题，设计一种新颖的结构形式，将聚四氟乙烯材料和纯环氧层压玻璃布板结合起来使用，做成电感骨架，用来固定电感线圈，使得电感组件的电感值稳定，既能满足耐高温、耐高压的要求，又能满足结构简单、装配方便、支撑可靠，强度高的要求。

二、电感组件的整体构成

这种电感组件，由电感线圈和电感骨架构成。电感线圈由铜带T2绕制而成，不同的圈数，可以得到不同的电感值，根据需要的电感值，来确定所需要绕制的圈数，可以做到电感值在4.22μH～24.8μH范围内。电感骨架主要是由侧板1、侧板2、板条1、板条2、板条3、板条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个螺柱等组成，如图1所示。

三、电感骨架的结构形式

电感骨架主要是由侧板1、侧板2、板条1、板条2、板条3、板条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个螺柱等组成。和电感线圈直接接触的板条1、板条2、板条3、板条4选用耐高温、耐高压的聚四氟乙烯板，侧板1、侧板2、支柱1、支柱2、支柱3、支柱4、固定板1、固定板2选用机械性能好，强度高的纯环氧层压玻璃布板，将两种材料的优势充分地发挥了出来，做成牢固可靠的电感骨架。

（一）侧板1、侧板2的设计要点

侧板1、侧板2，如图2所示，结构和尺寸完全相同，均采用纯环氧层压玻璃布板做成，这种材料机械强度高，韧性较好，电绝缘性优良，防水、防潮、防霉，支撑可靠。侧板上有3组孔，每组4个。第一组为4个直径为3.2mm的沉头通孔，360°均匀分布在直径为62mm的圆周上，用来分别安装支柱1、支柱2、支柱3、支柱4;第二组为4个直径为3.2mm的沉头通孔，360°均匀分布在直径为77mm的圆周上，用来分别安装板条1、板条2、板条3、板条4;第三组为4个直径为5.5mm的通孔，均匀分布在侧板的四个角，用来将整个电感组件安装在网络底板上。

（二）板条1、板条2、板条3、板条4的设计要点

1.电感组件中的板条1、板条2、板条3、板条4直接和电感线圈相接触，在大功率通信设备中，电感线圈上承受的温度高、电压高。这就需要和电感线圈直接相接触的板条1、板条2、板条3、板条4也要能承受高温、高压。因此板条1、板条2、板条3、板条4都采用聚四氟乙烯板做成，这种材料能耐高温，可在-180℃～+250℃的范围内长期使用，具有优异的化学稳定性，耐腐蚀，同时具有高度的电绝缘性，介电常数较低，介电损耗很小，非常适合用于做这种需要耐高温、耐高压的绝缘件。如图3所示。

2.板条1、板条2、板条3、板条4的两端低于板条开槽部位2mm，有利于装配时将电感线圈顺利地旋进槽内。如图3所示。

3.板条1、板条2、板条3、板条4的中间部位一侧开槽，槽的宽度为1.8mm，槽的深度为3mm，槽与槽之间的间距为4.6mm，槽的个数根据所需要的电感线圈的圈数来定，电感线圈的圈数又取决于电感值的大小。槽用于和电感线圈相配合，卡住电感线圈。板条1、板条2、板条3、板条4开槽的起始位置依次增加1.1mm，形成螺旋状，保证了电感线圈的间距和需要的电感值。如图3所示。

4.电感线圈的宽度为9mm，厚度为1.6mm，采用铜带T2绕制而成，这种材料导电导热性能优异、延展性好，耐腐蚀。电感线圈表面镀银Ep·Ag7，再涂SP-2002S电接触保护剂，经过电镀工艺处理后的电感线圈具有良好的导电性、导热性、抗氧化性和可焊性，保护剂可以提高镀银层表面抗氧化性能，防止早期变色。当电感线圈和电感骨架组装好后，电感线圈和侧板内侧的最小距离是39mm，如图4所示，经实验测得，这个距离能保证电感线圈可以承受3.5万伏的高压，满足了大功率通信设备对电感组件承受高压的要求。

5.侧板1、侧板2需要和板條1、板条2、板条3、板条4牢固地连接在一起，但因为板条1、板条2、板条3、板条4所用的材料为聚四氟乙烯板，强度低，刚性差，不能直接加工出螺纹孔，所以在板条1、板条2、板条3、板条4的两端各加工1个直径为5mm的通孔，如图3所示，分别用来装入八个螺柱，螺柱内有螺纹孔。再用不锈钢螺钉穿过侧板，旋入螺柱中，将侧板1、侧板2和板条1、板条2、板条3、板条4牢牢地固定在一起。

6.板条1、板条2、板条3、板条4的另一侧分别开有两个宽度为6mm的槽，如图3所示，分别用来安装固定板1、固定板2，加强强度，起支撑作用。

7.板条1、板条2、板条3、板条4上分别有两个直径为3.2mm的通孔，根据电感线圈两端的位置，用不锈钢螺钉和螺母穿过相应板条附近的通孔，分别将固定片1、固定片2和相应的板条固定在一起。

8.板条1、板条2、板条3、板条4上分别有1、2、3、4个标记孔，标记孔的直径为1.5mm，深度为0.5mm。装配时，根据标记孔的个数，将板条1、板条2、板条3、板条4按顺序依次摆放，和侧板1、侧板2固定在一起。改变板条1、板条2、板条3、板条4的安装顺序，可以相应地改变电感组件的旋向，左旋或右旋。

（三）支柱1、支柱2、支柱3、支柱4的设计要点

支柱1、支柱2、支柱3、支柱4，如图5所示，结构和尺寸完全相同，均采用纯环氧层压玻璃布板做成，这种材料具有优良的机械性能，强度高，可以直接攻打螺纹孔，支柱1、支柱2、支柱3、支柱4的两端各有1个M3的螺纹孔，分别用于和侧板1、侧板2固定在一起。支柱1、支柱2、支柱3、支柱4的长度和板条1、板条2、板条3、板条4的长度相同。

装配时，支柱1、支柱2、支柱3、支柱4分别穿过固定板1、固定板2上4个直径为10mm的孔，用不锈钢螺钉穿过侧板1、侧板2，将支柱1、支柱2、支柱3、支柱4和侧板1、侧板2牢固地安装在一起。因为板条1、板条2、板条3、板条4的材料选用的是聚四氟乙烯，强度低，剛性差，不足以在板条的纵向上形成支撑，而支柱1、支柱2、支柱3、支柱4正好弥补了板条的强度不足，在板条1、板条2、板条3、板条4的纵向上提供了牢固可靠的支撑。

（四）固定板1、固定板2的设计要点

固定板1、固定板2，如图5所示，结构和尺寸完全相同，均采用纯环氧层压玻璃布板做成，这种非金属材料具有优良的机械性能，质地密实、坚硬，强度好。固定板1、固定板2的厚度为6mm，外径为76mm，中间有一直径为46mm的孔，起到减重的作用，4个直径为10mm的孔，360°均匀分布在直径为62mm的圆周上。装配时，固定板1、固定板2分别卡在板条1、板条2、板条3、板条4的两个宽度为6mm的槽内，在板条1、板条2、板条3、板条4的截面方向上加强支撑。

这种支柱1、支柱2、支柱3、支柱4和固定板1、固定板2相配合的结构形式为电感线圈的固定提供了牢固可靠的支撑，弥补了板条1、板条2、板条3、板条4的强度不够。这样整个电感组件既能承受高温、高压，又能安装可靠，满足其使用要求。

（五）固定片1、固定片2的设计要点

固定片1、固定片2，如图6所示，结构和尺寸完全相同，均采用黄铜带H62做成，这种金属材料力学性能好、可加工性好、可切削性好、耐腐蚀、容易焊接。固定片1、固定片2表面镀三元合金Ep·（CuSnZn）15·S，经过电镀工艺处理后的固定片1、固定片2具有良好的导电性、抗氧化性和可焊性。

固定片1、固定片2上分别有一个3.2mm×6.2mm的长圆孔，用不锈钢螺钉、螺母，通过长圆孔，将固定片1、固定片2和相应的板条固定在一起，还可以用长圆孔来调节固定片1、固定片2和电感线圈之间的距离，保证固定片1、固定片2和电感线圈接触部位完全贴合，和电感线圈焊在一起时牢固可靠，因为大功率通信设备中，电感线圈承受的温度很高，所以焊接时需要使用高温焊锡丝。固定片1、固定片2上还分别有一个长8mm，直径为3mm的大半圆孔，和外部连接用的连接线的一端放置在此孔中，然后用高温焊锡丝焊牢。固定片1、固定片2的这种结构，既保证了电感线圈不会在板条上转动，确保电感值的稳定，又通过焊有连接线实现了电感组件和外部的连接。

（六）八个螺柱的设计要点

八个螺柱均用黄铜棒HPb59-1做成，这种材料可切削性好，有良好的力学性能，强度高。螺柱表面钝化Ct·P，保持螺柱材料的本色。螺柱为长7mm，直径为5mm的圆柱体，在螺柱侧面上有一个M3的螺纹通孔。装配时，八个螺柱分别放置在板条1、板条2、板条3、板条4两端的直径为5mm的通孔中，不锈钢螺钉穿过侧板，旋入螺柱的螺纹孔内，将侧板1、侧板2和板条1、板条2、板条3、板条4牢固地安装在一起。

四、结束语

随着短波通信技术的不断发展，短波通信系统的应用越来越广泛，在国际通信、抢险救灾、海事求救、军事通信等方面发挥着重要作用。因此，作为短波通信设备中不可缺少的电感组件，其性能可靠就至关重要。综上所述，这种结构的电感组件，耐高温，耐高压，结构新颖实用，装配方便，电感值可以做到4.22μH至24.8μH范围内，可广泛使用于短波大功率通信设备中。

参  考  文  献

[1]邱成悌，赵惇殳，蒋全兴.电子设备结构设计原理[M].东南大学出版社，2005.

[2]王健石，胡克全，吴传志.电子设备结构设计手册[M].电子工业出版社，1993.

[3]朱森第，方向威，吴民大，等.机械工程材料性能数据手册[M].机械工业出版社，1995.

[4]上海铁道学院《电工原理》编写组.电工原理[M].人民铁道出版社，1978.

作者单位：智颖    中电防务科技有限公司

智颖（1971-），女，汉族，江苏，本科，工程师 ，研究方向：电子设备结构设计。