引 言

大功率长波通信天线高度多在200 m以上,为取得较好的通信效果,常采用气球升举或飞机拖拽的方式．在这种工作方式下,大功率通信天线常在工作过程中出现因天线末端温升过高发热导致天线断裂的现象．天线缆绳断裂对气球升举或飞机拖拽的天线系统而言会造成系留平台脱系的灾难性后果[1-2]．因此,分析天线断裂原因,提出解决办法对大功率通信而言具有重要意义．

目前,国内外几乎没有天线缆绳末端发热断裂机理的文献研究报道,因此如何解决天线末端断裂问题是影响大功率长波通信系统发展的难题．为此,论文根据大功率天线工作特性,分析了天线的结构特征,天线末端开口处结构改变导致该区域电场严重畸变,局部场强过高有可能带来介质损耗发热严重．论文尝试从介质发热角度分析天线断裂原因．研究结果表明,大功率通信天线末端开口处电场严重畸变,局部场强过高导致介质损耗发热量过大是天线末端易发生断裂的根本原因．

元素分析-同位素比质谱（EA-IRMS）分析结果以δ表示，它反应了样品和国际标准物质之间同位素丰度比的相对差异：

论文从理论上分析了天线介质发热与电场强度的定量关系,该关系式揭示介质发热量与电场强度的平方成正比．因此,要解决彻底天线末端断裂问题必须降低天线末端开口处的畸变电场强度并使之均匀化．基于此,论文建立天线三维电准态场计算模型,以期通过分析影响天线末端电场强度分布的因素如铜编织层厚度、天线外护套材料特性以及天线末端承力金具倒角大小等,提出天线末端开口处电场均化措施,进而达到降低天线末端介质损耗发热的目的,从而解决天线末端断裂问题,确保天线工作可靠．

作为生产销售影响儿童健康权的药品的主要规范，我国《未成年人保护法》第三十五条中提到，生产、销售用于未成年人的药品，应当符合国家标准或者行业标准，不得有害于未成年人的安全和健康。与此同时，就疾病预防与控制中的疫苗接种问题而言，《未成年人保护法》第四十四条也规定，卫生部门应当做好对儿童的预防接种工作，并负有对疾病防治工作进行监督管理的责任。由此可见，对于儿童健康权的保护义务主体，并不仅仅包含各生产、销售机构，也包括了负有监管责任的各卫生部门。

1 天线介质损耗发热机理分析

1) 电准静态场控制方程为

(a) 天线结构组成图 (a) Antenna structure composition diagram

(b) 天线结构示意图 (b) Schematic diagram of antenna structure 图1 大功率结构天线示意图 Fig.1 Schematic diagram of high power structure antenna

图11是改变承力金具电场分布仿真图．由图可知:倒角半径为3 mm时,电场强度最大值为4.9×106 V/m;倒角半径为6 mm时,电场强度最大值为4.1×106 V/m,增大承力金具倒角半径对均化电场作用明显．

(1)

式中:P为介质损耗功率,W;E为电场强度,V/m;ω为交变电场的角频率,rad/s;ε为介质的介电常数,F/m;μ为介质磁导率;H为磁场强度,A/m;σ为电导率,S/m．一般电介质给出的是介质的损耗角正切:

(2)

式中,ε′为实介电常数,ε′=εrε0．在没有磁损耗的情况下,由式(1)～(2)可得

(3)

天线工作频率一定的条件下,ω可看作不变的量;同时当天线材料确定后ε′也是确定不变的量．因此,由式(3)可知真正影响损耗发热量大小的是电场强度E．假设天线结构对称,场强分布均匀,则介质损耗功率与电场强度平方成正比．因要与系留平台相连,大功率天线末端有开口,如图1(a)所示,天线这种结构上的改变很容易使末端电场发生畸变．一般天线工作电压上百千伏,如此高的电压施加在天线末端开口处,极易出现局部场强幅值极大的情况,进而导致介质损耗能量急剧增大．同时,天线末端与系留平台连接,散热条件恶劣．正是在这种条件下,天线末端开口处会出现因介质损耗能量过大导致天线末端局部发热严重进而烧毁天线,最终造成天线断裂的严重后果．

由此可见,避免天线末端电场畸变,即均化天线末端电场降低其幅值是减少天线介质损耗发热量,解决天线末端断裂事故发生最有效的方法．因此,需开展天线末端尤其是开口处电场强度分布特性的研究,并根据电场分布特性提出降值均化措施．

2 天线三维电准静态场计算模型

天线末端工作于大电流、高电压,馈电电流一般最高可达100 A[6-7]．由于其工作频率远远高于工频(50 Hz),因此从电磁场建模角度分析,天线末端电场的分布计算问题属于电准静态场问题,电准静态场与静电场相比,电场的求解方程相仿,不同的是磁场方程[8-11],电准静态场也可以用电位φ的负梯度表示:

E=-φ．

(4)

采用柱坐标系,天线三维电准静态场计算模型如下:

Sodium sulfate (NaS), 2,4-dinitrochlorobenzo,DNCB,acetone,starch,and liquid nitrogen were purchased from Shanghai Maclin biochemical technology Co.,Ltd.,(Shanghai,China).

图1(a)所示为常见大功率天线结构组成图,为连接地面装置与空中设备,天线末端留有一个开口．图1(b)为大功率天线结构示意图,天线由内到外依次为芳纶、内护套、铜编织层、外护套;绞合增强纤维材料(芳纶)以提供天线的抗张力,采用铜线编织层作为天线载流体[3]．

(5)

因此,在电准静态场中,材料的电阻率及介电常数将同时影响电场分布．

Coca语料库把语料分为五个类别：口语、小说、杂志、新闻和学术。在“searching string”一栏中分别输入obtain，gain和acquire，然后分别在“sections”一栏中选择“spoken”“fiction”“magazine”“newspaper”和“academic”，从而得出 obtain，gain 和 acquire这组近义动词在coca语料库的五个类别中的分布情况如表2：

由式(5)可知,对于电导率趋近于0的绝缘外护套,介电常数决定护套内的电场分布．对天线而言,介电常数主要由外护套材料决定[12]．因此,需要考虑外护套材料介电常数的改变对电场强度分布特性的影响．选取天线中部截面(Z=500 mm),计算结果如图5所示．

“钾”是粮食的“粮食”。中国是一个缺“钾”国家。格尔木作为中国盐湖城，盐湖资源丰富，居全国首位。王兴富说：“1958年中国第一袋钾肥就诞生在格尔木市察尔汗盐湖，实现中国钾肥‘零’突破。”

初始条件:

φ|t=0=110 kV.

(6)

边界条件:

式中,Γ1为无穷远边界．

(7)

Γ1:φ|s→∞=0.

图2为天线三维准静态电场计算模型,计算对象为天线末端开口下端1 000 mm处．

图2 天线三维仿真模型 Fig.2 3D simulation model of the antenna

计算条件为:天线下端(Z=0 mm)铜编织层施加110 kV交流电压激励,网格单元选取结构化四面体剖分形式,计算时所用材料参数见表1．

从图11看出在大尺寸的测试集中，本文的模型相较于原始模型有更大的性能容限，因为本文的卷积神经网络模型能够充分利用大尺寸图像的像素信息，提取更加精确的抽象特征来进行分类。模型效果提升明显，平均提升7%的准确率。

表1 材料参数 Tab.1 Material parameters

材料相对介电常数电导率/(S·m-1)聚乙烯护套2 001 00×10-11铜编织层1 005 99×107芳纶3 301 00×10-14半导体护套11 401 00承力金具1 003 80×107环氧树脂5 851 00×10-14

3 计算结果分析

为说明问题方便,截取最有可能发生烧断部分天线末端电场进行分析,其二维截面场强矢量分布如图3所示．

图3 天线末端场强矢量分布图 Fig.3 Distribution of electric field vector at the end of the antenna

由图3可知:

1) 天线末端电场强度幅值很高,在6.6×10-7～1.3×107 V/m变化;

2) 天线开口处末端以下部分场强分布只有径向分量,而天线开口处不仅有径向分量,而且还有平行于外护套的轴向分量;

正因如此，GE Digital的“三步走”发展策略，即GE For GE、GE For Customers、GE For World是很务实的。在逻辑上，前两步都正确，但第三步踩了“知识壁垒”的红线，“For World”哪是那么容易？这中间恐怕省略了“For Other Industries”“For USA”等重要步骤，以及为了验证和优化这些重要步骤所必需的长期沉淀与反复打磨。GE Digital多跨出去的那一步，就是导致其业务停摆的短板——知识壁垒。

由图7仿真结果可知,当外护套选用半导体材料时,半导体外护套内电场强度由2.7 V/m 增加到3.2 V/m,且外护套与空气接触面电场强度为2.4×106 V/m．采用半导电材料的外护套时,护套内部电场强度比采用聚乙烯绝缘护套时电场强度下降了106个数量级,因此采用半导体材料作为外护套材料可大幅降低护套内部电场强度．

由上述分析可知:天线末端电场发生畸变导致其幅值急剧增加从而引发介质损耗功率随之急剧增大是导致天线烧断的根本原因．因此,要解决天线烧断问题,需对天线末端电场进行均化,进而大幅降低其幅值,最终使介质损耗功率大幅下降,从而避免天线烧断．

因此,接下来论文从天线外护套的选材、内部铜编织层尺寸以及天线结构等方面分析上述影响因素对天线末端电场畸变的影响程度,并根据分析结果提出相应的均化措施．

3.1 铜编织层厚度对电场分布的影响

为研究铜编织层对天线末端电场畸变的影响,在计算过程中,将铜编织层的厚度作为变量,计算不同厚度的铜编织层对天线电场强度分布特性的影响．

选取天线末端(Z=1 000 mm)截面的最大电场强度,分析该结果随铜编织层厚度变化趋势．由图4可知:铜编织层厚度对天线末端电场畸变的影响不大;不同厚度铜编织层条件下计算得到的最大电场强度幅值相差不大(最大场强为3.0×106 V/m,最小场强为2.9×106 V/m)．因此改变铜编织层厚度对天线末端电场均化降值作用不大．另外,考虑铜编织层的载流量与重量的影响,铜编织层的厚度可在0.25～0.45 mm选取．

图4 末端场强最大值随铜编织层厚度变化 Fig.4 Variation of the maximum end field strength with the thickness of copper braided layer

3.2 外护套材料对电场分布的影响

2) 初始条件和边界条件

(a) 天线截面电场分布 (a) The electric field distribution of the cross section

(b) 天线截面径向电场分布 (b) Radial electric field distribution of the cross section 图5 电导率趋近于0时天线Z=500 mm截面电场分布 Fig.5 The electric field distribution at Z=500 mm cross section when conductivity is approaching 0

由图5电场仿真可知,聚乙烯绝缘外护套内部电场强度向铜编织层方向由1.3×106 V/m增加到1.4×106 V/m,且外护套与空气接触面电场强度为2.4×106 V/m．外护套可以有效地均化及降低铜编织层表面的场强．

从图1可以看出，在前2 h内，加热对异黄酮含量影响最大，四种化合物含量明显下降，而在之后的加热过程中，尤其是8～14 h之间，异黄酮类物质含量趋向平稳，表明异黄酮类物质对热相对稳定，在反复精炼过程中可能不易除尽；结果表明，黄豆苷和染料木苷在加热的过程中明显的降低，可能与糖苷键断裂有关。虽然黄豆苷元和染料木素的含量相对有所降低，但其含量比之前测定的其他自榨食用植物油中黄豆苷元和染料木素含量高出很多，其他食用植物油不含有黄豆苷元和染料木素或者不同时含有。因此，黄豆苷元和染料木素可以作为餐厨废弃油脂掺伪鉴别新的标志物，为鉴别餐厨废弃油脂掺伪提供可靠的依据。

2008年北京奥运会之后，建设体育强国开始成为我国体育发展新的认知[1]。2017年，习近平在十九大报告中提出：“加快推进体育强国建设”，体育强国由此上升为国家战略[2]。体育强国其内涵主要包括竞技体育、群众体育、体育产业、体育文化、体育科教5个层面[3]。群众体育是体育强国建设的重要组成部分，近年来我国学者在这一领域的研究取得了丰硕成果，这些研究涉及我国群众体育发展的方方面面。

图6给出了改变绝缘外护套介电常数后,绝缘外护套电场随介电常数的变化趋势．由图可知,外护套电场强度随介电常数的增加先大幅降低,当介电常数大于10.0时,电场强度的降低速度变得十分缓慢．介电常数大于2.5时, 外护套内场强可下降到105 V/m数量级．虽然此时介质损耗功率下降了104个数量级,但天线末端介质损耗功率仍然很大．

图6 介电常数对外护套内部电场影响 Fig.6 Influence of dielectric constant on electric field of sheath

因此,进一步增大绝缘外护套介电常数,对降低护套内电场强度作用较小,故需寻找新的材料替代传统的绝缘外护套材料．替代材料不但要满足外护套的基本保护功能,还需具有改善铜编织层表面电场分布、降低护套内电场的作用,因此可考虑采用半导体材料作为外护套材料．

望着满目黄沙中那几点可怜巴巴的绿意，叶红伟蹲在沙地边上，抱着头大哭一场。眼泪掉进沙里，迅速被吸收，他愈加伤心，嚎啕不止。哪知，当他直起身的时候发现，那些眼泪竟然湿了一小片沙。

半导体采用电导率描述其导电能力,对电导率为1.0 S/m半导体外护套的天线进行仿真计算研究,选取天线中部截面(Z=500 mm),计算结果如图7所示．

(a) 天线截面电场分布 (a) The electric field distribution of cross section

(b) 天线截面径向电场分布 (b) Radial electric field distribution of cross section 图7 电导率为1.0 S/m时天线Z=500 mm截面电场分布 Fig.7 Electric field distribution at Z=500 mm section when conductivity equals 1.0 S/m

3) 在天线开口处与空气交界面出现了电场畸变现象．最大电场强度出现在铜编织层末端,幅值为1.3×107 V/m．由式(3)可估算出:当电场强度值为1.3×107 V/m,且外护套材料为聚乙烯,损耗角正切为5×10-4时,介质损耗功率可达1014 W数量级． 在如此大的功率烧损下,天线不可避免地会出现断裂现象．

图8给出了外护套内电场随电导率的变化趋势．由图可知,电导率小于1.0 S/m,护套内电场强度随电导率的变化快速下降,电导率大于1.0 S/m后,护套内电场强度较小且幅值变化不大．

图8 半导体电导率对外护套电场影响 Fig.8 Effect of semiconductor conductivity on the electric field

尽管半导体材料可以大幅降低护套内部电场强度,但在天线末端开口处,铜编织层尖端产生的高幅值畸变电场会产生平行于外护套的轴向分量,产生较大的介质损耗,因此需要考虑采取措施对天线末端开口处电场进行均化．接下来考虑天线结构对电场畸变的影响．

3.3 承力金具倒角对电场分布的影响

原有的天线末端结构,在铜编织层尖端处会形成高强度的局部集中电场,在末端外护套中形成很大的介质损耗,天线开口处与系留平台相连,需要有承力金具来承力连接,在天线末端剥开长度为17 mm的外护套,使承力金具与铜编织层接触,承力金具安装结构如图9所示．

此门课程涉及到硬件电路设计和软件设计两方面的知识和技能，学习难度较大，三个年级的学生学完此门课之后，普遍反应上课犹如听天书，学不了一半课程绝大多数学生就毅然而然的放弃了，学完之后入门者少之又少。传统的内容安排和学习方式如下：

图9 承力金具安装示意图 Fig.9 Installation sketch of the load-bearing fitting

前面的结果分析都是在没有考虑承力金具条件下得到的,在实际应用中,需考虑承力金具的影响．图10是加入承力金具前后电场分布图．

(a) 未加承力金具 (b) 加入承力金具 (a) Without the load-bearing fitting (b) With the load-bearing fitting 图10 加入承力金具前后电场强度分布 Fig.10 Comparison of electric field distribution with the load-bearing fitting

由图10计算结果可知,由于承力金具与天线之间存在电气连接,场强最大值由天线末端开口处转移到承力金具末端,场强最大值由1.2×107 V/m下降到5.0×106 V/m,且场强最大值由天线开口处外护套转移到承力金具末端,相当于增加了天线末端曲率半径,均化了末端电场．受此曲率半径变化启发,可考虑改变承力金具倒角对电场分布的影响．

由于大功率天线工作在交流条件下,因此天线外护套内存在交变电场．由介质电导和介质极化的滞后效应可知:内部存在能量损耗与转换,即在电场作用下由于电介质的极化作用会将电能转换为热能,这也是天线发热产生的根源．根据介质损耗原理,极化过程中介质损耗功率为[4-5]

(a) 倒角半径为3 mm (b) 倒角半径为6 mm (a) The 3 mm radius of chamfering angle (b) The 6 mm radius of chamfering angle 图11 承力金具电场分布 Fig.11 Electric field distribution of the load-bearing fitting

加入承力金具后,可以有效改善天线末端电场分布．为更好地均化天线辐射体末端电场强度,对承力金具进行倒角处理．图12结果表明:倒角半径对杯形件顶端最大电场强度的影响,随着倒角半径的不断增大,承力金具顶端场强最大值不断减小,且倒角半径达到一定数值后,场强最大值变化不大．最优倒角半径应选取4.5 mm,进一步增大倒角半径,对优化电场强度作用较小．

图12 倒角半径对杯形件顶端最大电场强度的影响 Fig.12 Influence of chamfer radius on maximum electric field

对承力金具进行倒角,其实质是改变天线开口处的结构设计,天线开口处结构的突变是其电场畸变产生的根本原因．因此从结构上采取措施对开口处电场进行均化最有效．

3.4 均压金具对电场分布的影响

为进一步降低天线末端电场强度幅值和均化畸变电场,论文借鉴了电力系统中安装均压环进行均压降值的方法．为此,论文设计了一种具有均压功能的金具解决上述问题．由于该金具的设计还须考虑与天线的安装配合问题,因此该金具在结构上与电力系统均压环有很大的不同,故而论文将这种具有均压降值功能的金具称为均压金具．均压金具下端为空腔结构,与图9中承力金具构成榫卯,天线从均压金具下端小孔穿出;均压金具上端为曲率半径较大的金属法兰,具体结构如图13所示．

图13 均压金具结构示意图 Fig.13 Schematic diagram of grading fittings

安装均压金具后的天线结构变得十分复杂导致其三维电场的计算也十分复杂,具体仿真过程涉及复杂天线物理结构模型的建立、天线与均压金具的配合设计、均压金具的曲率半径、法兰的曲率半径的优化设计以及尺寸差异巨大的网格划分问题的处理等．限于篇幅,论文对计算过程不做介绍,只给出最终仿真计算结果,如图14所示．

图14 均压金具对末端电场的均化作用 Fig.14 Homogenization effect of grading fittings to the electric field at the end of antenna

由图14可知,安装均压金具后,天线末端开口处电场强度大幅降低,由未安装均压金具前的1.3×107 V/m降到5.0×104 V/m,降幅达3个数量级．并且计算结果显示,安装均压金具后天线开口处的场强分布相对均匀,这表明安装均压金具的确是降低天线末端电场强度幅值,均化畸变电场,解决天线损耗发热断裂的最佳方法．实际工程将最终采用本论文提出的方法对天线末端高幅值畸变电场进行均化降值处理．同时,会进一步开展安装均压金具后的天线与系留平台的安装配合研究与设计,并进行工程试验验证．

我是70后，爸妈是农场首批垦荒人。儿时记忆中，吃的穿的用的大都凭票供应。当时全家1月就1斤多豆油，撑不到月底，急盼着下月赶紧打油去。

4 结 论

天线末端结构突变引发了其场强畸变,进而出现局部电场强度过高,介质损耗发热严重是天线易断裂的根本原因．但很少有研究从这一角度分析大功率天线末端断裂原因．为此论文分析了天线介质发热损耗产生机理,定量计算了天线末端介质损耗发热情况,在此基础上从天线末端电场均化角度提出了减小天线介质损耗发热措施,得到如下结论:

1) 天线末端介质损耗发热极为严重,约为1014 W数量级．

2) 采用半导体替代聚四氟乙烯外护套材料是均化天线末端电场强度,降低其介质损耗有效措施．为获得最佳均化效果,在工程实用中建议选用电导率不小于1.0 S/m的半导体材料．

3) 承力金具倒角也是均化天线末端电场、降低天线末端介质损耗的有效措施之一,但在天线末端开口处安装均匀金具是均化天线末端畸变电场,解决天线损耗发热断裂最有效的措施．

为使均压金具能应用于工程实际以彻底解决天线断裂问题,在今后的研究中需进一步开展最优均压金具的结构尺寸设计、均压金具与系留平台的配合安装等问题的研究．

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不行，决不能让它进去！紧急关头，青辰再也沉不住气，他胆气上涌，攥紧粗木棍，便欲从藏身的大树后跳出。然而就在这时，他突然听到不远处的天葬场中，传出了一个苍老的声音。