【引信射频装定系统电磁耦合分析8100字】

引信射频装定系统电磁耦合分析引信射频装定系统电磁耦合分析 11.1电磁场理论 11.1.1麦克斯韦方程 11.1.2静磁场电感计算 21.1.3涡流场电感计算 31.1.4互感理论模型 51.2耦合线圈理论设计 61.2.1耦合线圈缠绕方式的选择 61.2.2线圈间距对电感的影响 81.2.3线径对电感的影响 91.2.4耦合线圈轴向距离对互感的影响 91.3耦合线圈金属环境影响 1.1.1金属材料影响机理 1.1.2引信接收器金属环境的影响 1.1.3引信接收器金属环境影响的补偿方案 式中，T为环路定律中的Ω的边界，了为传导电流密度矢量，oD/dt为位移电流密度(A/m²),D为电通密度(C/m²)。fsD·dS=Jʃʃ,pdvp为电荷体密度(C/m³),V为封闭表面S所围成的体积区域。(1)磁链计算Ansoft软件使用其中的静磁场求解器，求解类型设置为麦克斯韦静磁场，(2)电感矩阵计算上式中，L11为闭合回路1的自感，L₁2为闭合回路1与2之间的互感，在上式为满足有限体积内大功率电能传输，XKT412芯片匹配谐振电感为30uH,的导体中感应出涡流的一种现象，采用Maxwell软件进行分析计算，将涡流场设RR为电流环1的自阻抗电流环2的自阻抗为Z₂2=R₂2+jwL₂2次场求解，将第一匝线圈通入的电流设定为1A,其它线圈中的电流设为0A,然后进行第二次场求解，将第二匝线圈中通入的电流设定为1A,其他则设为0A,采用电感耦合原理的等效电路模型如图3-2所示。M间的互感。假设发射、接收线圈谐振参数相同，谐振频率为wo=1/√LC,求解从电源端看过去，把发射电路与接收电路均看作负载，系统的输入阻抗Zin可以1.2耦合线圈理论设计绕方式的影响，如图3-3所示。由于装定器采用手持装定方式工作，装定器的结(a)平面矩形螺旋线圈(b)平面圆形螺旋线圈(c)圆柱形螺旋线圈在Maxwell软件中创建3维线圈模型，首先建立平面圆形螺旋和圆柱形螺旋两种线圈模型，并对两线圈施加激励电流，大小为10A,将25mm设置为理论线坐标(0,25,0)到坐标(0,25,15)的直线，图3-5所示为圆柱形螺旋线圈的直线，轴向为坐标(0,25,0)到坐标(0,25,10)的直线，图3-6所示为(a)Helicalcoil图3-4线圈模型Y轴位置Z轴位置从图3-5可以看出，圆柱形螺旋线圈在径向最大磁感应强度为12mT,磁感大磁感应强度为18mT。从图3-6可以看出，平面形螺旋线圈在径向的最大磁感应强度为14mT,磁感应强度最大的点为线圈的内径和外径，在轴向的最大磁感应强度为线圈平面上，最大磁感应强度的值为11mT。本系统中的耦合线圈属于线卷匝数为6匝。利用Maxwell软件仿真不同线圈间距的情况下线圈电感量的大小，设置求解类型为静磁场。对线圈添加10A的激励电流，在线圈间距分别为线圈间距由表3-1得出结论：相邻两匝线圈之间的间距越小，线圈组的电感量越大，利用Maxwell2D软件仿真不同线径对理论线圈电感量的影响，设置求解类线径由于线圈为轴对称结构，所以建立1/4模型，线圈模型关于Z轴对称，具体流程(1)设计数据传输线圈线径为0.3mm,能量传输线圈线径为0.5mm,材料(2)对Sender中的数据施加5A,11.56MHz的交变电流，同理对其中的能能量接收线圈轴向距离低，势必会导致线圈之间的互感值减小。表3-3所示为距离为10mm、20mm和30mm的情况下，任意两个轴向分布的线圈表3-3为定量分析，随着轴向距离的增加，Mc(Sender能量与数据线圈)、MD 据线圈)、MF(Receiver能量与数据线圈)之间的互感值逐渐减小，但由于引信接收器结构的限制，本系统中选择轴向距离为20mm。轴向距离续表3-3Mc表示Sender能量与数据线圈的互感MD表示Sender能量线圈与Receiver数据线圈的互感ME表示Receiver能量线圈与Sender数据线圈的互感MF表示Receiver能量与数据线圈的互感1.3耦合线圈金属环境影响(1)集肤效应(2)临近效应(3)涡流效应图3-10所示：根据式(3-32)和(3-33)可以看到，谐振耦合线圈的附近空间有金属存在时，系统的等效电阻增加，系统的耗损增大，从式(3-34)和(3-35)可以看出，金属的加入使发射接收线圈的自感减小，而补偿电容并没有改变，根据w=(1)引信接收器底部遍布非铁磁性材料铝板。射频装定系统对金属环境十(2)本文采用信息与能量分开传输的方式工作，耦合线圈包括能量传输线意图如图3-11所示。数据接收线圈数据接收线圈金属底座数据发射线圈能量发射线圈能量发射线圈①、确定耦合线卷匝数首先确定仿真系统中耦合线圈匝数，在Maxwell软件中设置涡流建立2D模型，设置Sender中数据线圈线径为0.3mm,能量线圈线径为0.5mm,对数据和能量线圈都加载5A的激励电流，求解参数中添加电感矩阵。在上述前数据发射线圈数据接收线圈能量发射线圈能量接收线圈45电感量卷周围的电磁环境。为此，本文搭建了一套Maxwell仿真系统。具体的步骤为：(1)选择二维轴对称模型，设置求解类型为涡流场，由于线圈为轴对称结构，线圈模型关于Z轴对称，只建立1/4的模型即可进行分析，(2)两个数据传输线圈电气参数完全一致，线径均为0.3mm,Sender中的数据线圈添加5A、频率为11.56MHz的正弦电流，线圈为(3)能量传输线圈线径均为0.5mm,Sender中能量线圈添加5A、频率为(4)选用1.5倍的空气面作为有限域进行仿真，软件自动进行网格划分并响下的系统的磁力线分布如图3-13所示，铝的材料参数见表3-5,图3-14所示表3-5材料铝的参数Table3-5Parametersofmaterialaluminum泊松比Receiver中的金属环境主要是指其中的线圈底座为铝板，其内部的能量线卷现对引信接收器内部线圈的固定。假设采用半径为15mm,厚度为2mm的铝板，Receiver中数据线圈选用18mm的尺寸，能量线圈选用30mm的尺寸，Sender中数据选用直径48mm的线圈，选择能量线圈的直径为56mm。系统在自由空间和在底部放置金属铝板两种情况下的磁力线分布如图3-14所示。Z这就使得Sender与Receiver的数Receiver中数据线圈的空间内感应到的磁感应强度为蓝色，假设红色为系统传输数据接收线圈金属底座是一种切实可行的办法。因铁磁性材料的磁导率远大于1,将其放置在线圈周围变电流流过线圈时，变化的电流产生的磁场作用于铁磁性材料[411,因为电流产量与其感应磁场铁氧体材料的参数见表3-6。密度(1)铁氧体材料对耦合线卷影响仿真仍以上节的模型为基础，将receiver中数据与氧体材料，铁氧体厚度为2mm,铁氧体半径为15mm,如图3-15所示，铁氧体Z数据接收线应能里接收线圈数据接收线应能里接收线圈观察图3-15可以看出，由于系统周围有铁氧体材料，磁力线从铁氧体材料中透过，通过receiver中数据与能量线圈的磁力线有了很明显增加，Sender与(2)加铁氧体补偿方案仿真将处于自由空间的耦合线圈模型作为基础，在receiver中数据线圈底部的铝铝板的尺寸为厚度2mm,半径15mm。ZZ数据发射线圈能量接收线圈能量发射线圈金属底座X铁氧体能里接收线圈能里发射线圈铁氧体数据发射线圈Z