Задача 2

В СВЧ передатчике имеется выходной контур, содержащий катушку с переменной индуктивностью. Радиус катушки равен r, число витков W, сила тока в катушке и его частота равны I и f соответственно. В течение рабочего дня суммарное время регулировок с помощью ручки управления не превышает Т часов.

Необходимо определить минимальную толщину экрана и длину трубки, при помощи которой выводят ручку управления из экранирующей камеры (диаметр ручки управления D), обеспечивающих допустимую мощность облучения. При этом R - расстояние от катушки до рабочего места.

Схема для расчета приведена на рисунке 3, исходные данные по вариантам представлены в таблицах 3 и 4.

Рисунок 3 – Схема к задаче 2

Таблица 3 - Исходные данные для задачи 2

Последняя цифра номера студенческого билета	W	I, A	f, Гц	Т, ч	D, м	R, м	r, м
5	3	40	3∙108	6	5∙10-2	3	2,0∙10-1

Таблица 4 - Исходные данные для задачи 2

Предпоследняя цифра номера студенческого билета	μ	μа, Гн/м	 ,	ε
0	1	1,2∙10-6	5,7∙107	7,5

Решение

1. Напряженность магнитной составляющей поля катушки H на расстоянии R от нее (без экрана) находится из выражения:

(6)

где β_m - коэффициент, определяемый соотношением R/r (при R/r > 10 значение β_m = 1).

Если R удовлетворяет условиям R >> λ , R >> r²/λ (λ - длина волны, м), то имеет место волновая зона, оценку эффективности поля в которой производят по плотности потока энергии (ППЭ) излучения:

σ = , Вт/м². (7)

В конкретном примере:

σ = = .

2. Допустимая величина ППЭ может быть найдена как:

(8)

где N = 2 Вт∙ч/м², Т - время облучения, ч.

Тогда:

;

3. Требуемое ослабление электромагнитного поля определяется по формуле:

(9)

Зная характеристики металла, можно рассчитать толщину экрана δ, обеспечивающую заданное ослабление электромагнитного поля L:

, м, (10)

где

ω - угловая частота, ω = 2πf, рад/с;

μ_а - абсолютная магнитная проницаемость, _а = ₀   (в этом выражении ₀ = 4 10^-7 Гн/м, а μ – относительная магнитная проницаемость среды, указана в таблице 4);

γ - электрическая проводимость, См/м или 1/(Ом м).

Выполняется расчет:

_а = ₀   = 4 10^-71 = Гн/м;

рад/с;

;

4. Ручки управления выводят через стенки экранирующей камеры при помощи трубок, впаянных в стенки и представляющих собой волноводные (при диэлектрическом стержне) или коаксиальные (при металлическом стержне) линии. На рисунке 4 показан вывод ручки управления, насаженной на диэлектрический стержень l, который находится внутри металлической трубки.

Рисунок 4 – Вывод ручки управления

Такая конструкция может рассматриваться как волноводная линия. Ослабление энергии в трубке-волноводе на 1 м длины определяется по формуле:

, дБ/м, (11)

где

D - диаметр, м;

ε - относительная диэлектрическая постоянная стержня (указана в исходных данных).

Требуемая длина трубки находится по формуле:

м. (12)

Производится расчет для конкретного случая:

дБ/м;

м.

ВЫВОД

По исходным данным было определено, что минимальная толщина медного экрана равна 2, м, а длина трубки со стеклотекстолитовым стержнем должна составлять 2 мм. Полученные значения наносятся на рисунки 3 и 4 (они приведены ниже в виде изображений 5 и 6).

Рисунок 5 – Схема к задаче 2 с размерами

Рисунок 6 - Вывод ручки управления с размерами