Dalam sirkuit RF broadband dan gelombang mikro, induktor tidak dapat dievaluasi hanya dengan induktansi nominalnya.Geometri pemasangan, panjang timbal, frekuensi resonansi diri, dan interaksi dengan jalur transmisi dapat menjadi sama pentingnya dengan nilai induktansi yang dicetak pada lembar data.

Inilah sebabnya mengapa insinyur RF sering menggunakan induktor kerucut dalam jaringan bias broadband, amplifier gelombang mikro, modul uji RF,dan sirkuit lain yang harus membawa arus DC tanpa mengganggu secara signifikan jalur sinyal RF.

Tidak seperti kumparan silinder konvensional, induktor kerucut memiliki diameter penggulung yang secara bertahap berubah dari satu ujung ke ujung lainnya.Geometri kerucut ini menghasilkan struktur listrik terdistribusi daripada induktansi ideal sederhanaKetika dirancang dan dipasang dengan benar, dapat memberikan impedansi RF yang berguna pada rentang frekuensi yang lebih luas daripada banyak induktor geometris tunggal konvensional.

Artikel ini menjelaskan prinsip elektromagnetik di balik induktor kerucut, peran mereka dalam jaringan bias Bias Tee dan RF, pentingnya frekuensi resonansi diri,dan bagaimana parameter S dapat digunakan untuk mengevaluasi kinerja frekuensi tinggiInduktor kerucut HALT20005 dirujuk sebagai contoh produk praktis daripada sebagai bukti bahwa satu komponen cocok untuk setiap sirkuit RF.

Apa Itu Induktor Konik?

Induktor kerucut adalah lilitan inti udara yang terbentuk menjadi struktur kerucut atau berbentuk kerucut.

Karena komponennya tidak menggunakan ferrit atau inti magnet bubuk, induktansi diproduksi terutama oleh medan magnet yang mengelilingi konduktor.Konstruksi inti udara ini menghindari saturasi inti magnetik dan menghilangkan kerugian histeresis yang terkait dengan bahan magnetik.

Namun, induktor RF bukanlah komponen yang ideal.

· Induktansi yang direncanakan

· Resistensi konduktor seri

· Kapasitas antar putaran

· Kapasitas ke PCB atau rumah

· Induktansi timbal

· Kerugian akibat kulit dan akibat kedekatan

· Radiasi dan kopling ke struktur terdekat

Pada frekuensi yang relatif rendah, istilah induktif dapat mendominasi. Ketika frekuensi meningkat, efek parasit ini secara bertahap mengubah impedansi komponen.

HALT20005 ditentukan dengan induktansi120 nH ± 20%, a0Diameter kawat 0,05 mm, arus maksimum200 mA, rentang frekuensi operasi200 MHz sampai 40 GHz, dan kisaran suhu operasi-55°C sampai +125°C.

Nilai-nilai ini menggambarkan batas desain nominal produk, tetapi mereka tidak berarti bahwa komponen berperilaku sebagai induktor 120 nH yang sempurna pada setiap frekuensi dari 200 MHz hingga 40 GHz.

Mengapa Model Induktor Konvensional Menjadi Tidak Tepat pada Frekuensi Mikrowave

Untuk induktor ideal, reaktan biasanya dinyatakan sebagai:

XL=2πfLX_L=2\pi fLXL =2πfL

Menurut persamaan ini, reaktansi induktif meningkat seiring meningkatnya frekuensi.Induktor ideal 120 nH secara teoritis akan menunjukkan impedansi yang lebih besar pada beberapa gigahertz daripada pada beberapa ratus megahertz.

Induktor RF nyata tidak terus mengikuti hubungan ideal ini tanpa batas.

Sirkuit setara frekuensi tinggi yang disederhanakan umumnya mencakup:

· Induktansi LLL

· Resistensi seri RsR_sRs

· Kapasitas parasit CpC_pCp

Kapasitas parasit ada antara putaran, antara penggulung dan permukaan pemasangan, dan antara komponen dan struktur konduktif sekitarnya.

Seiring frekuensi meningkat, reaktansi kapasitif menurun. Akhirnya, efek induktif dan kapasitif berinteraksi cukup kuat untuk menciptakan kondisi resonansi.

Apa Frekuensi Self-Resonant dari RF Induktor?

Peraturanfrekuensi resonansi diri, biasanya disingkat sebagaiSRF, adalah frekuensi di mana induktor reaktansi induktif efektif dan reaktansi kapasitif parasit saling menyeimbangkan.Di bawah SRF dominan pertama, komponen umumnya berperilaku terutama sebagai induktor.

Dekat resonansi, impedansi dapat mencapai puncak, dan komponen menjadi sangat sensitif terhadap:

· Tata letak PCB

· Perlengkapan uji

· Panjang timbal

· Jarak dari tanah

· Logam dekat

· Bahan perekat dan bahan pendukung

· Pesawat referensi kalibrasi

Di atas resonansi, model induktor terbungkus konvensional mungkin tidak lagi cukup. Komponen dapat menunjukkan perilaku kapasitif, terdistribusi, atau multi-resonan.

Untuk alasan ini, ungkapan∼Frekwensi operasi hingga 40 GHz ∼tidak harus secara otomatis ditafsirkan sebagai:

· Induktansi tetap tepat 120 nH di seluruh pita;

· Impedansi meningkat terus-menerus hingga 40 GHz;

· SRF yang sama berlaku di setiap instalasi;

· Kinerja sirkuit independen dari tata letak;

· induktor cocok untuk setiap desain 40 GHz.

Interpretasi yang lebih akurat adalah bahwa komponen telah dirancang dan dievaluasi untuk digunakan dalam rentang frekuensi tinggi yang dinyatakan,sementara kesesuaian akhir harus diverifikasi dalam sirkuit pelanggan yang sebenarnya dan konfigurasi pemasangan.

Bagaimana Geometri Konik Mendukung Kinerja RF Broadband

Keuntungan utama dari bentuk kerucut adalah bahwa ia menciptakan gulungan dengan mengubah diameter, geometry putar, dan parameter parasit didistribusikan sepanjang panjangnya.

Induktor inti udara silinder konvensional memiliki diameter yang relatif seragam.

Sebuah lilitan kerucut berbeda karena geometri berubah secara bertahap dari ujung sempit ke ujung lebar,Bagian yang berbeda dari kumparan memberikan karakteristik induktif lokal dan kapasitif yang berbeda.

Ini tidak menghilangkan resonansi.Geometri yang berubah dapat membantu mendistribusikan perilaku resonansi di rentang frekuensi yang lebih luas daripada memusatkan semua efek parasit di sekitar satu resonansi sempit.

Dalam hal praktis, komponen berperilaku lebih sepertistruktur RF terdistribusidaripada satu elemen yang sempurna.

Ini adalah salah satu alasan induktor kerucut dipertimbangkan untuk sirkuit broadband di mana insinyur membutuhkan isolasi RF yang berguna pada rentang frekuensi yang lebih luas.

Kinerja yang sebenarnya masih tergantung pada:

· Menghitung belokan

· Sudut kerucut

· Diameter minimum dan maksimum

· Diameter kawat

· Jarak putar

· Geometri timah

· Orientasi pemasangan

· Struktur saluran transmisi sekitarnya

Oleh karena itu, konik tidak secara otomatis berarti lebih baik. Geometri komponen harus sesuai dengan bandwidth, arus, impedansi, dan tata letak mekanik yang diperlukan.

Mengapa Induktor Konik Digunakan dalam Sirkuit Bias Tee

Salah satu aplikasi yang paling penting dari induktor kerucut broadband adalahBias Tee.

Bias Tee adalah jaringan tiga port yang menggabungkan atau memisahkan:

· Sinyal RF

· Pasokan bias DC

· Jalur gabungan RF-plus-DC

Bias Tee yang disederhanakan biasanya berisi:

· Kondensator di cabang RF untuk memblokir DC;

· sebuah induktor atau RF choke di cabang DC untuk memblokir RF;

· sebuah port umum yang terhubung ke perangkat aktif atau jalur transmisi.

Induktor harus memungkinkan arus DC untuk melewati sambil menyajikan impedansi yang cukup tinggi untuk sinyal RF. Ini membantu mencegah energi RF dari perjalanan ke jaringan catu daya.

Dalam prakteknya, tantangan desain lebih rumit daripada memilih nilai induktansi yang tinggi.

Induktansi nominal yang lebih tinggi dapat meningkatkan impedansi pada frekuensi yang lebih rendah, tetapi juga dapat memperkenalkan:

· Kapasitas parasit yang lebih tinggi

· SRF pertama yang rendah

· Lebih banyak kehilangan sisipan

· Dimensi fisik yang lebih besar

· Interaksi yang lebih kuat dengan konduktor terdekat

Oleh karena itu, induktor kerucut broadband berguna karena geometri terdistribusi dapat mendukung pencekaman RF di seluruh band lebar sambil tetap menyediakan jalur arus DC.

Untuk HALT20005, arus maksimum yang ditentukan adalah200 mANilai ini harus diperlakukan sebagai nilai maksimum produk dan bukan arus yang direkomendasikan untuk setiap kondisi operasi.dan persyaratan keandalan sirkuit juga harus dipertimbangkan.

Bagaimana S-parameter membantu mengevaluasi induktor kerucut

Pada frekuensi gelombang mikro, resistansi konvensional, induktansi, dan pengukuran kapasitansi seringkali tidak cukup.S-parameter.

S-parameter menggambarkan bagaimana energi RF dipantulkan dan ditransmisikan melalui jaringan.

Pengukuran yang paling relevan biasanya meliputi:

S11: Koefisien Refleksi Masuk

S11 menunjukkan berapa banyak energi yang dipantulkan di port input.

Perubahan pada S11 dapat mengungkapkan:

· Ketidaksesuaian impedansi

· Perilaku resonansi

· Interaksi perlengkapan

· Perubahan yang disebabkan oleh orientasi pemasangan

S11 saja tidak secara langsung membuktikan bahwa komponen adalah “baik” atau “buruk”. “ Maknanya tergantung pada topologi pengukuran dan fungsi induktor yang dimaksudkan.

S21: Transmisi ke depan

S21 menunjukkan berapa banyak sinyal yang melewati dari port 1 ke port 2.

Dalam tes berbasis seri atau perlengkapan, S21 dapat digunakan untuk mengamati kehilangan transmisi atau attenuasi sinyal.Transmisi yang lebih rendah ke cabang yang tidak diinginkan dapat menunjukkan isolasi RF yang lebih kuat, tetapi interpretasi yang tepat tergantung pada bagaimana komponen terhubung selama pengujian.

Mengapa Peraturan Uji Penting

Pada beberapa gigahertz, perlengkapan adalah bagian dari sistem listrik yang diukur.

Hasilnya dapat dipengaruhi oleh:

· Geometri peluncuran konektor

· Dimensi pita mikro

· Kontinuitas tanah

· Panjang sendi solder

· Kualitas kalibrasi

· Posisi bidang acuan

· Resonansi perlengkapan

· Penempatan timbal

Spesifikasi HALT20005 mencakup data uji khas untuk10 MHz 500 MHz,10 MHz 20 GHz, dan10 MHz ∼40 GHzDokumen ini juga menyatakan bahwa hasil 40 GHz dipengaruhi oleh faktor perlengkapan dan hanya diberikan untuk referensi.

Kualifikasi ini penting secara teknis. Hal ini mencegah grafik 40 GHz disajikan sebagai jaminan tanpa syarat dari kinerja identik dalam sirkuit.

Konik vs Silinder Air-Core vs Ferrite Induktor