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如何選用RF電感,RF inductor

關鍵字：射頻電感

在手機、RFID、測試設備、GPS、雷達、Wi-Fi以及衛星無線電等應用的高頻模擬電路和信號處理中，電感是最重要的元件之一。通常，它可以承擔的幾項主要功能包括電路調諧、阻抗匹配、高通和低通濾波器，還可以用作RF扼流圈。

選擇在設計中使用RF電感的電子工程師有多種選擇。為了簡化這種選擇，本文將討論電感元件的各種類型及其常見用法。

RF電感的用途

大部分電子器件都含有RF電感?！盀榱烁檮游?，在我們家養動物的皮膚中植入的玻璃管內部都含有一個電感”，普萊默公司的一位研發工程師 Maria del Mar Villarrubia說，“每次啟動汽車的時候兩個電感之間都會產生無線通信，一個在汽車內部，另一個在鑰匙內部。”

不過，正如這種元件的無所不在一樣，RF電感也有著非常具體的用途。在諧振電路中，這些元件通常與電容結合使用，以便選擇特定的頻率（如振蕩電路、壓控振蕩器等）。

RF電感也可以用于阻抗匹配應用，以便實現數據傳輸線的阻抗平衡。這是為了確保IC間高效的數據傳輸所必需的。

作為RF扼流圈使用時，電感串聯在電路中，起到RF濾波器的作用。簡單來說，RF扼流圈是個低通濾波器，它會給較高的頻率造成衰減，而較低的頻率則暢通無阻。

Q值是什么

在討論電感性能時，Q值是最重要的衡量指標。Q值是一種衡量電感性能的指標，它是一個無量綱的參數，用于比較振蕩頻率和能量損耗速率。

Murata公司的高級產品經理Deryl J. Kimbro說：“Q值越高，電感的性能就越接近于理想的無損電感。也就是說，它在諧振電路中的選擇性更好?！?/div>

高Q值的另一個好處是損耗低，也就是說電感消耗的能量少。低Q值會造成帶寬較寬，而且在振蕩頻率處及其附近的諧振幅度較低。

電感值

除了Q因子以外，電感的真正的量度當然是它的電感值。對于音頻和電源應用而言，電感取值通常是數亨利，而高頻率應用通常需要小得多的電感，通常在毫亨或微亨范圍內。

電感值取決于幾個因素，其中包括結構、鐵芯尺寸、鐵芯材料以及實際的線圈匝數。電感既有電感值固定的，也有電感值可調的。

其他規格

電感值并不是唯一重要的取值。直流電阻、電流以及自諧振頻率（SRF）是RF電感的數據單中所提供的一些更加有用的規格。

del Mar Villarrubia說：“根據應用場合的不同，每種特性都可能是需要重點考慮的因素并決定其他特性。例如，如果元件將用在輪胎壓力監測系統中，那么電感在很寬的溫度范圍內的穩定性是很重要的，而這種要求將會確定磁芯的選擇?！?/div>

額定電流

在選擇電感時，工作電流應該低于說明書中的額定電流。如果工作電流超過額定電流，就可能會損壞產品。

直流電阻（DCR）

Kimbro稱，直流電阻（DCR）與額定電流有很大的關聯。以線圈電阻為基準，直流電阻等于電感的損耗。如果繞線的直徑增加，那么直流電阻會減小，而額定電流會增加。較大的繞線直徑降低了損耗并改善了電流處理能力。

Vishay公司電感部門的產品市場經理Doug Lillie說：“直流電阻會限制在不過熱或不發生飽和（感應系數急劇降低）的情況下器件可以傳輸的直流電流?！?/div>

自諧振頻率（SRF）

電感中的每一匝繞線都可以看成一塊電容器極板，匝與匝之間以及線圈與鐵芯之間電容的總體效果可以用與電感并聯的單個電容來表示，稱為分布電容（Cd）。這種并聯結構的諧振頻率就稱為自諧振頻率（SRF）。

Lillie說：“在這個頻率，電感看起來就像帶有阻抗的純電阻。如果頻率超過自諧振頻率，這種并聯結構的容抗將成為主要因素?！?/div>

疊層片式電感

疊層片式電感是使用陶瓷材料結構通過集成工藝制成的。陶瓷材料結構可以在高頻處提供很好的性能，而疊層片式工藝以提供各種各樣的電感值。

疊層片式器件的電感值范圍要比薄膜或空芯線圈類的電感廣，但是比不上線繞式元件的電感取值范圍或額定電流。疊層片式技術因其很好的電特性，特別是其低廉的成本，而越來越流行。

薄膜電感

薄膜電感是使用光刻工藝生產的，這種工藝可以在陶瓷基底上生產出非常精確的線圈模式，從而滿足苛刻的電感公差。陶瓷基板使得這些電感成為RF應用的理想元件。但是，薄膜電感能傳輸的電流較小，而且電感值范圍有限。

線繞式電感

線繞式電感通常用于低頻應用之中。線繞式電感是將銅線繞在陶瓷（氧化鋁）磁芯上制成的。

因其結構和材料的原因，線繞式電感可以提供很好的電特性。水平繞線結構使得公差很小而雜散電容很小，而銅線使得直流電阻很小，從而增加了品質因子性能以及額定電流。

錐形電感

錐形電感是面向寬帶和高頻應用的，它的結構可以展寬線圈的帶寬。錐形電感的實際尺寸較小，通常是用細線繞成的，因此雜散電容較小。

在超寬帶Bias-T器件中，錐形電感同時提供了直流偏置提取或注入路徑，它可以將電源與有源器件隔離。

磁芯的選擇

高頻器件通常使用空心或惰性（也就是陶瓷）磁芯。它們提供了比磁性鐵芯更好的熱性能，但是其電感取值有限。

中頻器件通常采用鐵芯。鐵芯不會飽和，但是無法提供鐵氧體磁芯那樣的大電感值。低頻器件通常使用鐵氧體磁芯。應該盡可能地避免使用鐵氧體磁芯，因為它們會在較小的Idc值處飽和，而且會受溫度的影響（△L/△T）。

廠商們也在開發和使用更新的鐵氧體，如無定形和納米晶體材料。

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