Ein passendes Netzwerk, das auf 10 GHz abgestimmt ist, kann sich nach einer so geringen Veränderung der Spulenlänge oder des Montagewinkels verschieben.Die Auswahl eines Induktors allein nach seinem Nennwert von nH ist riskant..

Luftkern-Induktoren werden in HF-Matching-, Filter- und Resonanznetzen weit verbreitet, da sie kleine Induktivitätswerte ohne Magnetkern liefern.Dies beseitigt die Magnetkernsättigung und den KernverlustQ, Selbstresonanzfrequenz (SRF), parasitäre Kapazität und PCB-Layout bestimmen immer noch, wie sich die Spule im eigentlichen Stromkreis verhält.

Was begrenzt einen Luftkern-Induktor bei HF-Frequenzen?

Eine praktische HF-Spule wird besser durch eine gleichwertige Schaltung dargestellt, die

Induktivität der Spule

Rs

Cp ?? parasitäre Kapazität zwischen Kurven und umgebenden Strukturen

Mit zunehmender Frequenz wird Cp immer wichtiger und erzeugt zusammen mit L eine Selbstresonanz:

fSRF ≈ 1 / (2π√LCp)

Das ist ein vereinfachtes Modell, keine genaue Vorhersage für eine Mikrowellen-Spule.Prüfvorrichtungen und nahegeleitete leitfähige Strukturen können alle die gemessene Resonanz verschieben.

Unterhalb der SRF verhält sich das Gerät überwiegend wie ein Induktor.es kann nicht mehr das von der Schaltung erwartete induktive Verhalten bieten.

Deshalb sind SRF und Impedanz gegenüber Frequenz in Mikrowellenanwendungen wichtiger als die Nenninduktivität allein.

Warum Q wichtig ist

Die Konstruktion des Luftkerns eliminiert den Magnetkernverlust, wodurch ein hohes Q über einen geeigneten HF-Bereich möglich ist.

Wickelwiderstand, Hautwirkung, Nähewirkung und parasitäre Kopplung ändern sich mit der Häufigkeit.Eine Spirale, die als "hohe Q" bezeichnet wird, kann daher ungeeignet sein, wenn ihr Q bereits um das beabsichtigte Betriebsband gefallen ist..

Für ein 10 GHz-Matching-Netz ist Q um die tatsächliche Betriebsfrequenz nützlicher als ein Spitzenwert Q, der weit unter 10 GHz gemessen wird.

Luftkern gegen andere HF-Induktoren

Verschiedene Strukturen lösen unterschiedliche Probleme.

Ein Luftkern-Induktor ist daher nicht automatisch der beste HF-Induktor. Die Wahl hängt von Bandbreite, Induktivität, Strom und dem erforderlichen Impedanzverhalten ab.

HALA0600503R:Ein 7 nH RF Beispiel

Der HALA0600503R Air Core Inductor von HOAN ist ein praktisches Beispiel für eine kleine Spirale, die für Mikrowellenanwendungen bestimmt ist.

Die sechs Runden Wicklung und der 0,3 mm innere Durchmesser zeigen auch, warum die mechanische Geometrie nicht von der elektrischen Spezifikation getrennt werden kann.Bleigeometrie und PCB-Montage tragen zum parasitären Netzwerk um die nominale 7 nH-Induktivität bei.

Der Wert 5 ̊20 GHz ist der empfohlene Anwendungsfrequenzbereich, der nicht so ausgelegt werden sollte, dass Q-, Impedanz- oder Einsetzungsmerkmale in diesem Bereich konstant bleiben.

PCB-Layout ist Teil des HF-Schaltkreises

Bei mehreren Gigahertz funktionieren PCB und Bauteil effektiv als eine HF-Struktur.

Ein paar praktische Regeln sind wichtig:

Der zusätzliche Leiter fügt parasitäre Induktivität hinzu.

Vermeiden Sie unnötig große Pads, da eine zusätzliche Pad-Fläche die Parasitenkapazität erhöhen kann.

Eine Luftkernspule hat ein freigesetztes elektromagnetisches Feld, so dass die Änderung ihrer Position im Verhältnis zu ÜbertragungsleitungenBodenstrukturen oder nahegelegene Komponenten können die Kupplung verändern.

Schilddeckel und das nahegelegene Metall können die elektromagnetische Umgebung um die Wicklung verändern.

Für HALA0600503R empfiehlt HOAN, die Spule so vertikal wie möglich im Verhältnis zur HF-Übertragungsleitung zu halten.

Überprüfen Sie die installierte Spirale, nicht nur den Datenblattwert

Für Mikrowellenanwendungen kann ein Vektornetzanalysator (VNA) verwendet werden, um die installierte Komponente in einer repräsentativen Leiterplattenleiste zu bewerten.

Abhängig von der Testkonfiguration kann S11 helfen, das Reflexions- und Impedanzverhalten zu bewerten, während S21 Übertragungs- oder Isolationsmerkmale durch das Testnetz zeigen kann.

Die Messung wird erst dann sinnvoll, wenn die Befestigung definiert ist. PCB-Material, Übertragungsleitungsgeometrie, Kalibrierungsreferenzebene, Löt- und Spulenposition können alle das Ergebnis beeinflussen.

Bei der Validierung des Prototyps wird zunächst der beabsichtigte Montageszustand gemessen, und nach Änderung der Schleudelange oder Einführung der endgültigen Schildstruktur wird die Messung wiederholt.Eine signifikante Reaktionsverschiebung deutet darauf hin, dass die Installationsparasiten wesentlich zum Verhalten der Schaltung beitragen.

Häufig gestellte Fragen

Warum werden Luftkern-Induktoren in Hochfrequenz-HF-Schaltungen verwendet?

Sie liefern kleine Induktivitätswerte ohne Magnetkernsättigung oder Kernverlust.Filter- und Resonanznetzwerke, bei denen Q und Hochfrequenzverhalten wichtig sind.

Haben Luftkern-Induktoren eine selbstresonante Frequenz?

Die parasitäre Kapazität zwischen den Wicklungen und den umliegenden Strukturen interagiert mit der Induktivität der Spule und erzeugt eine Selbstresonanz.

Luftkern oder konischer Induktor: Welchen sollte ich verwenden?

Verwenden Sie einen Luftkern-Induktor, wenn eine geringe Induktivität und ein kontrolliertes Verhalten über ein definiertes HF-Band erforderlich sind.

Auswahl eines Luftkern-Induktors für Ihr HF-Design

Für Mikrowellenkreise sollte man mit mehr als einem Induktivitätswert beginnen.

HOAN mit der Betriebsfrequenz, der erforderlichen Induktivität, dem Strom, dem verfügbaren PCB-Raum und den Anforderungen an die Montage zu versehen.PCB-Layout-Informationen können auch dazu beitragen, zu bewerten, ob ein vorhandener Luftkern-Induktor oder eine angepasste Spulengeometrie für die Anwendung geeigneter ist.