如何讓高頻亥姆霍茲線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)

　　諸如磁場(chǎng)感應(yīng)、校準(zhǔn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的許多應(yīng)用都經(jīng)常用高頻亥姆霍茲線圈來(lái)產(chǎn)生均勻但隨時(shí)間變化的高頻磁場(chǎng)。產(chǎn)生這樣的磁場(chǎng)需要用到高頻亥姆霍茲線圈驅(qū)動(dòng)器。因?yàn)榇艌?chǎng)密度正比于電流，所以為了產(chǎn)生大的磁場(chǎng)，需要產(chǎn)生大的電流。然而，在高頻情況下線圈阻抗也變成高阻抗了。對(duì)于一個(gè)給定的驅(qū)動(dòng)器電壓幅度，線圈電流反比于線圈阻抗。因此影響磁場(chǎng)的兩個(gè)相反因素是電流和頻率。實(shí)現(xiàn)高頻磁場(chǎng)是很困難的。本文討論了三種幫助高頻亥姆霍茲線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的技術(shù)。

　　亥姆霍茲線圈是因德國(guó)物理學(xué)家Hermann von Helmholtz而命名的，由兩個(gè)完全相同且并行放置的電磁線圈組成，這兩個(gè)線圈中心在同一軸線上，就像鏡像一樣，如圖1所示。當(dāng)電流以相同方向經(jīng)過(guò)這兩個(gè)高頻亥姆霍茲線圈時(shí)，就會(huì)在線圈內(nèi)的三維空間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)高度均勻的磁場(chǎng)。這些亥姆霍茲線圈經(jīng)常用于抵消背景（地球）磁場(chǎng)、測(cè)量和校準(zhǔn)，以及電子設(shè)備敏感性測(cè)試中的磁場(chǎng)。

　　高頻亥姆霍茲線圈是由兩個(gè)線圈搭建而成的。因?yàn)閮蓚€(gè)磁性線圈設(shè)計(jì)成完全相同，因此當(dāng)線圈半徑等于間隔距離時(shí)就能產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)。這兩個(gè)線圈以串聯(lián)的方式連接在一起，因此給它們饋送的電流相同，從而產(chǎn)生兩個(gè)相同的磁場(chǎng)。這兩個(gè)磁場(chǎng)疊加在一起就會(huì)在兩個(gè)并行線圈中心的圓柱形空間中產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)。這個(gè)圓柱形空間的均勻磁場(chǎng)約等于25%的線圈半徑（R），長(zhǎng)度等于兩個(gè)線圈之間間距的50%。高頻亥姆霍茲線圈可以做成1、2 或3軸。多軸磁性線圈可以在亥姆霍茲線圈對(duì)內(nèi)部的三維空間內(nèi)產(chǎn)生任意方向的磁場(chǎng)。最常見的高頻亥姆霍茲線圈是圓形的。方形的亥姆霍茲線圈也經(jīng)常使用。

　　高頻亥姆霍茲線圈可以串聯(lián)（圖2）或并聯(lián)（圖4）。串聯(lián)使得流經(jīng)兩個(gè)磁性線圈的電流完全相同。一般串聯(lián)可以支持最大的電流，從而可以產(chǎn)生最強(qiáng)的磁場(chǎng)。然而，由于兩個(gè)線圈是串聯(lián)的，總的阻抗也加倍了。更高的阻抗要求更高的驅(qū)動(dòng)放大器電壓。如果使用下面所述的諧振技術(shù)，阻抗就可以減小。

　　并聯(lián)亥姆霍茲線圈的優(yōu)勢(shì)是具有更低的阻抗。事實(shí)上阻抗減小一半，但電流也減小一半（電流被分成了兩份），因此磁場(chǎng)更小。如果在一半電流條件下達(dá)到了所要求的磁場(chǎng)密度，并且要求低阻抗，比如在低壓放大驅(qū)動(dòng)器場(chǎng)合，那么并聯(lián)就是可接受的。有關(guān)亥姆霍茲線圈阻抗的更多細(xì)節(jié)將在下面的直接驅(qū)動(dòng)法章節(jié)中討論。