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2021年01月06日 | 到底什么是射频电感？
2021-01-06 来源：EEWORLD
射频电感有多种用途，可用于各种结构类型，以满足特定应用的性能需求。匹配、谐振器和扼流圈是射频电路中电感器的常见用途。匹配包括消除阻抗不匹配和最小化电路块(如天线和射频块或中频(IF)块)之间线路的反射和损耗。谐振用于合成器和振荡电路，以调整电路并设置所需的频率。
当用作扼流圈时，电感器可以放置在功能元件的电源线路中，如射频块或中频块，目的是为了衰减高频交流电流。偏置三通允许直流电流偏置有源器件，如二极管。直流偏置电流和AC/RF信号叠加在一起，从AC+DC输出端口输出。
偏见三通示意图
射频电感规格
电感是导电体的特性，它能抵抗流过导体电流的变化。它是感应电压与产生感应电压的电流变化率的比值，用亨利(H)来测量。射频电感器的电感额定值通常在0.5纳亨利(nH)或更少，到数百纳亨利之间。电感取决于结构、铁芯尺寸、铁芯材料和线圈匝数。电感器有固定或可变电感值可供选择。
直流额定电流(DCR)与直流电阻有关，以安培为单位。DCR确定电感在不过热或饱和的情况下能够处理的电流量。当考虑电感的热性能时，这是一个重要指标。功率损耗随电流和直流电阻增大而增大，这会导致电感温度升高。电感器的额定温度通常是特定的环境温度，温度的上升是由于电流通过电感器。例如，额定环境温度为125°C，由于全额定电流(Irms或Idc)而上升15°C的部件，其最高温度大约为140°C。
饱和电流是直流电，它使电感降低到一定的值。电感下降是因为磁芯只能包含一定数量的磁通密度。饱和电流与电感的磁性能有关。DCR描述了电感器可以通过的最大直流电流，它与物理特性有关。
自谐振频率(SRF)是指超过这个频率，感应器就停止工作了。通常来讲，由于寄生电容的影响，电感值（inductance）越大，自谐振频率（SRF）越低，反之亦然。电感器在两端电极之间或绕线导体匝之间的分布电容较低，并且器件的电感与SRF处的分布电容共振。在SRF中，电感充当一个带阻抗的电阻。在较高频率时，分布电容占主导地位。
在高频电路和模块中选择电感时，仅仅考虑所需的电感是不够的;SRF应至少比工作频率高10倍。对于扼流圈应用，SRF是阻抗达到最大值的频率，这提供了更好的信号阻塞。
Q因子是描述振荡器或谐振器欠阻尼情况的无量纲参数。它近似定义为谐振腔中储存的初始能量与振荡周期一弧度内损失的能量之比。Q因子也可以定义为受振荡驱动时谐振腔中心频率与其带宽的比值。
高Q值导致窄带带宽，这对电感器作为LC池(振荡器)电路一部分或在窄带通应用中非常重要。高Q还能降低插入损耗，使功耗最小化。所有频率相关的实损耗和虚损耗都包含在Q的测量中，包括电感、电容、导体的集肤效应[1]和磁性材料的铁芯损耗。
规格如何权衡
物理射频电感是一个非理想器件，包括寄生电阻、电感和电容，它们是非线性的，会影响性能，因此需要在各种性能规格之间进行权衡。例如:
更高的电流需要更大的导线，这是为了保持最低的损耗和温升。虽然更大的导线降低了DCR，增加了Q，但以更大的零件尺寸和可能更低的SRF为代价。在额定电流方面，线绕电感器优于同等尺寸电感值的多层电感器。而同尺寸和电感相同的多层电感，线绕电感的Q值要高得多。
使用较低匝数的铁氧体铁芯电感可以获得较高的电流容量和较低的DCR。然而，铁氧体可能会产生新的限制，如电感随温度的变化，更宽松的容差，更低的Q，以及降低饱和电流额定值。具有开放磁性结构的铁氧体电感即使在满额定电流下也不会饱和。
RF电感结构的选择
现如今已经有几种制造方法可以减轻各种寄生的影响，并优化射频电感特性，以满足特定应用的需要。
陶瓷核心芯片电感用于射频和微波频率通信设备的窄带滤波。他们提供非常高的Q值以及可以将电感容差降到1%。
铁氧体或铁芯芯片电感器是线绕射频扼流圈，用来提供隔离和宽频带滤波，而不需要铁芯饱和。在给定的环评尺寸上，他们提供最高的电感和最低的DCR。
多层芯片电感可提供低DCR、高Q和高温工作。陶瓷材料结构可在高频下实现高性能，多层工艺可提供广泛的电感值范围。多层器件可以提供比薄膜或空芯更广泛的电感范围，但不能与线绕的电感范围或额定电流相匹配。
空心电感器是线绕的射频扼流圈，提供隔离和宽频带滤波，而不需要铁芯饱和。他们提供最高的电感和最低的DCR在给定的环评尺寸。
锥形和宽频带电感器在宽带宽上具有高阻抗。锥形电感适用于高达100GHz的超宽带偏置三通。在宽频带偏置应用中，单个锥形电感可以代替多个级联的窄带电感。
宽带锥形射频电感适合应用范围从测试仪器到微波电路设计。这些宽频电感在偏压三通管中工作良好，可用于通信平台和100 GHz的射频测试设置
RFID和NFC转发器感应器是在转发器标签和NFC/RFID天线中提供高灵敏度和长读取距离的专用设备。它们可以优化应用，如在严酷的机械环境和高温操作环境中要求高性能的轮胎压力监测。
电感器是射频/微波信号链中的重要组成部分。把它们进行分类可能很难，需要理解各种性能。一旦制定了一个规范，在为特定的应用达到最佳组件之前，必须对大量的构造选项进行分类。
[1] 集肤效应一般指趋肤效应。当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。
史海拾趣
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