测试使用2mH的工字型电感在接收150kHz导航信号中性能

Posted 2021-05-19 卓晴

简 介： 在 测试基于2SK241的150kHz的高频放大器 及其相关的博文讨论了使用自行绕制工字型电感接收在 全国大学省智能车竞赛 中节能信标组中的150kHz导航信号。下面讨论一下是否可以使用手边具有的一款工字型的电感来接收150kHz导航信号。通过对于手边的2mH的工字型电感用作150kHz导航信号的接受测试。实验证明它的确可以用于接收无线信号，但灵敏度小于使用Litz线自行绕制的接收电感。这主要原因是形成的接受天线的Q太低，因此即使在相同的体积小，Q降低也减少了天线输出的电压。

关键词： 智能车竞赛，节能信标组，150kHz导航，工字型电感，谐振，品质因子

 

01 接收150kHz导航信号

---

  在 测试基于2SK241的150kHz的高频放大器 及其相关的博文讨论了使用自行绕制工字型电感接收在 全国大学省智能车竞赛 中节能信标组中的150kHz导航信号。下面讨论一下是否可以使用手边具有的一款工字型的电感来接收150kHz导航信号。

1.电感基本参数

电感尺寸：

高（mm）：17.1
直径（mm）：10

^{▲ 2mH的工字型电感}

  使用SmartTweezer(10kHz)测量电感的电气参数：

电气参数：

电感（mH）：2.054
串联电阻（Ω）：1.778

  使用 NanoVNA矢量网络分析仪 测量电感的电气参数。

电气参数：

电感（mH）：2.139
串联电阻（Ω）：61.21
品质因数（Q）： 32.93

^{▲ 使用NanoVNA测量电感的参数（150kHz）}

  对照在 测试基于2SK241的150kHz的高频放大器 使用Litz线自行绕制的电感，它的参数对比如下：

【表1-1 对比两种工字电感参数】

电感种类	电感（uH）	串联电阻（Ω）	品质因子（Q@150kHz）
Litz线自行绕制电感	1064.5	6.69	149.9
成品工字型电感	2139	61.21	32.93

  可以看到成品的电感由于没有使用Litz线，对应的电感的品质因子要低得多。

2.谐振电容

  根据上面测量电感，计算在$f_0=150kHz$下对应的并联谐振电容：$$C_0=\frac{1}{{\left(2\pi f_0\right)}^2\cdot L_0}=0.526nF$$

  使用两个102的电容进行串联形成谐振电容。使用NanoVNA测量他们在150kHz串联电容为0.511nF，与C0相差的电容使用55pF的可调电容来补偿。

^{▲ 使用NanoVNA测量谐振电容}

 

02 接入JFET放大检波电路

---

1.实验电路

  使用在 测试基于2SK241的150kHz的高频放大器 应用的电路，将上面的电感和谐振电容接入下面电路。施加工作电压+12V，静态电流4mA。

  使用无感塑料改锥调节可调电容C2使得输出Vdc最大。最大电压约为350mV。

^{▲ JFET放大检波电路}

  下面是搭建在面包板上的实验电路。

^{▲ 搭建在面包板上的实验电路}

2.测量接收效果

  下面在大约不同的位置测量检波输出。

距离	1米	2米	3米	4米	5米
接收信号(mV)	4820	299.8	7.70	3.90	0.51

  将发射关掉，输出电压：0.019mV。

3.测量金属板对于发射线圈影响

（1）同学提出的问题

  根据在TSINGHUAZHUOQING公众号同学们提问，反映底板对于电磁信号的影响。

卓大卓大，我们在铺设新赛道的时候，调车时遇到了一个问题，就是在一个直角的两边，电感采集到的最大值竟然相差了800多，这会是什么原因呢？ 只有一段边出现了值突然减少了800，别的段都是正常的。

^{▲ 普通的底板对于普通的电磁信号的影响}

  有些同学建议测试底板对于150kHz的信号的影响。

（2）测试金属板对于发送线圈影响

  使用一个变成为25厘米，厚度为3mm的铝箔放置在发送线圈上，观察接收信号的变化。

  将发送线圈放置在距离1.5米处。输出限号为1.5V左右。当遮挡有金属板时，接收信号的幅值下降到0.8V左右。这说明金属物在附近会降低发射线圈对外辐射的电磁场的场强。

 

※ 测试总结

---

  通过对于手边的2mH的工字型电感用作150kHz导航信号的接受测试。实验证明它的确可以用于接收无线信号，但灵敏度小于使用Litz线自行绕制的接收电感。这主要原因是形成的接受天线的Q太低，因此即使在相同的体积小，Q降低也减少了天线输出的电压。

  对于发送线圈附近的金属物会削弱线圈发送的150kHz的导航磁场强度。

 

---

■ 相关文献链接:

• 测试基于2SK241的150kHz的高频放大器
• 第十六届全国大学智能汽车竞赛竞速比赛规则
• 一款DIY矢量网络分析仪:NanoVNA