如何權(quán)衡射頻電路中電感器性能規(guī)格

射頻電感的用途多樣，可用在各種結(jié)構(gòu)類型，來(lái)滿足特定應(yīng)用的性能需求。匹配、諧振器和扼流圈是射頻電路中電感器的常見用途。匹配包括消除阻抗不匹配和最小化電路塊(如天線和射頻塊或中頻(IF)塊)之間線路的反射和損耗。諧振用于合成器和振蕩電路，以調(diào)整電路并設(shè)置所需的頻率。

當(dāng)用作扼流圈時(shí)，電感器可以放置在功能元件的電源線路中，如射頻塊或中頻塊，目的是為了衰減高頻交流電流。偏置三通允許直流電流偏置有源器件，如二極管。直流偏置電流和AC/RF信號(hào)疊加在一起，從AC+DC輸出端口輸出。

偏見三通示意圖

射頻電感規(guī)格

電感是導(dǎo)電體的特性，它能抵抗流過(guò)導(dǎo)體電流的變化。它是感應(yīng)電壓與產(chǎn)生感應(yīng)電壓的電流變化率的比值，用亨利(H)來(lái)測(cè)量。射頻電感器的電感額定值通常在0.5納亨利(nH)或更少，到數(shù)百納亨利之間。電感取決于結(jié)構(gòu)、鐵芯尺寸、鐵芯材料和線圈匝數(shù)。電感器有固定或可變電感值可供選擇。

直流額定電流(DCR)與直流電阻有關(guān)，以安培為單位。DCR確定電感在不過(guò)熱或飽和的情況下能夠處理的電流量。當(dāng)考慮電感的熱性能時(shí)，這是一個(gè)重要指標(biāo)。功率損耗隨電流和直流電阻增大而增大，這會(huì)導(dǎo)致電感溫度升高。電感器的額定溫度通常是特定的環(huán)境溫度，溫度的上升是由于電流通過(guò)電感器。例如，額定環(huán)境溫度為125°C，由于全額定電流(Irms或Idc)而上升15°C的部件，其最高溫度大約為140°C。

飽和電流是直流電，它使電感降低到一定的值。電感下降是因?yàn)榇判局荒馨欢〝?shù)量的磁通密度。飽和電流與電感的磁性能有關(guān)。DCR描述了電感器可以通過(guò)的最大直流電流，它與物理特性有關(guān)。

自諧振頻率(SRF)是指超過(guò)這個(gè)頻率，感應(yīng)器就停止工作了。通常來(lái)講，由于寄生電容的影響，電感值（inductance）越大，自諧振頻率（SRF）越低，反之亦然。電感器在兩端電極之間或繞線導(dǎo)體匝之間的分布電容較低，并且器件的電感與SRF處的分布電容共振。在SRF中，電感充當(dāng)一個(gè)帶阻抗的電阻。在較高頻率時(shí)，分布電容占主導(dǎo)地位。

在高頻電路和模塊中選擇電感時(shí)，僅僅考慮所需的電感是不夠的;SRF應(yīng)至少比工作頻率高10倍。對(duì)于扼流圈應(yīng)用，SRF是阻抗達(dá)到最大值的頻率，這提供了更好的信號(hào)阻塞。

Q因子是描述振蕩器或諧振器欠阻尼情況的無(wú)量綱參數(shù)。它近似定義為諧振腔中儲(chǔ)存的初始能量與振蕩周期一弧度內(nèi)損失的能量之比。Q因子也可以定義為受振蕩驅(qū)動(dòng)時(shí)諧振腔中心頻率與其帶寬的比值。

高Q值導(dǎo)致窄帶帶寬，這對(duì)電感器作為L(zhǎng)C池(振蕩器)電路一部分或在窄帶通應(yīng)用中非常重要。高Q還能降低插入損耗，使功耗最小化。所有頻率相關(guān)的實(shí)損耗和虛損耗都包含在Q的測(cè)量中，包括電感、電容、導(dǎo)體的集膚效應(yīng)[1]和磁性材料的鐵芯損耗。

規(guī)格如何權(quán)衡

物理射頻電感是一個(gè)非理想器件，包括寄生電阻、電感和電容，它們是非線性的，會(huì)影響性能，因此需要在各種性能規(guī)格之間進(jìn)行權(quán)衡。例如:

更高的電流需要更大的導(dǎo)線，這是為了保持最低的損耗和溫升。雖然更大的導(dǎo)線降低了DCR，增加了Q，但以更大的零件尺寸和可能更低的SRF為代價(jià)。在額定電流方面，線繞電感器優(yōu)于同等尺寸電感值的多層電感器。而同尺寸和電感相同的多層電感，線繞電感的Q值要高得多。

使用較低匝數(shù)的鐵氧體鐵芯電感可以獲得較高的電流容量和較低的DCR。然而，鐵氧體可能會(huì)產(chǎn)生新的限制，如電感隨溫度的變化，更寬松的容差，更低的Q，以及降低飽和電流額定值。具有開放磁性結(jié)構(gòu)的鐵氧體電感即使在滿額定電流下也不會(huì)飽和。

RF電感結(jié)構(gòu)的選擇

現(xiàn)如今已經(jīng)有幾種制造方法可以減輕各種寄生的影響，并優(yōu)化射頻電感特性，以滿足特定應(yīng)用的需要。

陶瓷核心芯片電感用于射頻和微波頻率通信設(shè)備的窄帶濾波。他們提供非常高的Q值以及可以將電感容差降到1%。

鐵氧體或鐵芯芯片電感器是線繞射頻扼流圈，用來(lái)提供隔離和寬頻帶濾波，而不需要鐵芯飽和。在給定的環(huán)評(píng)尺寸上，他們提供最高的電感和最低的DCR。

多層芯片電感可提供低DCR、高Q和高溫工作。陶瓷材料結(jié)構(gòu)可在高頻下實(shí)現(xiàn)高性能，多層工藝可提供廣泛的電感值范圍。多層器件可以提供比薄膜或空芯更廣泛的電感范圍，但不能與線繞的電感范圍或額定電流相匹配。

空心電感器是線繞的射頻扼流圈，提供隔離和寬頻帶濾波，而不需要鐵芯飽和。他們提供最高的電感和最低的DCR在給定的環(huán)評(píng)尺寸。

錐形和寬頻帶電感器在寬帶寬上具有高阻抗。錐形電感適用于高達(dá)100GHz的超寬帶偏置三通。在寬頻帶偏置應(yīng)用中，單個(gè)錐形電感可以代替多個(gè)級(jí)聯(lián)的窄帶電感。

寬帶錐形射頻電感適合應(yīng)用范圍從測(cè)試儀器到微波電路設(shè)計(jì)。這些寬頻電感在偏壓三通管中工作良好，可用于通信平臺(tái)和100 GHz的射頻測(cè)試設(shè)置

RFID和NFC轉(zhuǎn)發(fā)器感應(yīng)器是在轉(zhuǎn)發(fā)器標(biāo)簽和NFC/RFID天線中提供高靈敏度和長(zhǎng)讀取距離的專用設(shè)備。它們可以優(yōu)化應(yīng)用，如在嚴(yán)酷的機(jī)械環(huán)境和高溫操作環(huán)境中要求高性能的輪胎壓力監(jiān)測(cè)。

電感器是射頻/微波信號(hào)鏈中的重要組成部分。把它們進(jìn)行分類可能很難，需要理解各種性能。一旦制定了一個(gè)規(guī)范，在為特定的應(yīng)用達(dá)到最佳組件之前，必須對(duì)大量的構(gòu)造選項(xiàng)進(jìn)行分類。

[1] 集膚效應(yīng)一般指趨膚效應(yīng)。當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻，電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分，也就是說(shuō)電流集中在導(dǎo)體外表的薄層，越靠近導(dǎo)體表面，電流密度越大，導(dǎo)體內(nèi)部實(shí)際上電流較小。

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