RF 인덕터는 특정 주파수에서 갑자기 작동을 멈추지 않습니다. 변화하는 것은 전기적 동작입니다.

수백 메가헤르츠에서 코일은 여전히 ​​일부 직렬 저항을 갖는 인덕턴스에 의해 합리적으로 근사될 수 있습니다. GHz 범위로 이동하면 해당 모델의 유용성이 떨어집니다. 권선 간 정전 용량, 도체 손실, 리드 형상 및 구성 요소 주변의 PCB가 임피던스에 영향을 미치기 시작합니다.

따라서 실제 주파수 상한은 인덕턴스 값만으로는 정의되지 않습니다. 이는 구성 요소가 회로에 필요한 임피던스, Q 또는 유도 동작을 더 이상 제공하지 않는 지점입니다.

자기 공진 주파수가 RF 인덕터를 제한하는 방법

모든 권선 인덕터에는 기생 용량이 포함되어 있습니다. 인접한 회전은 작은 용량성 구조를 형성하는 반면, 리드와 장착 패드는 설치 후에 더 많은 것을 추가합니다.

따라서 단순화된 RF 인덕터 모델에는 다음이 포함됩니다.

인덕턴스(L) + 기생 용량(Cp) + 손실 저항(R)

대략적인 자기 공진 주파수는 다음과 같습니다.

fSRF = 1 / (2π√LCp)

작동 주파수가 SRF에 가까워질수록 L과 Cp 간의 상호 작용이 점점 더 중요해집니다. 첫 번째 공진 근처에서 임피던스는 빠르게 변할 수 있습니다. 그 이상에서는 구성 요소가 공칭 nH 값에서 예상되는 유도 동작을 더 이상 제공하지 못할 수 있습니다.

이것이 바로 "48nH"만으로는 코일이 10GHz 또는 15GHz에 적합한지 여부를 거의 알 수 없는 이유입니다.

코일 기하학도 중요합니다. 회전 수, 권선 직경, 피치, 와이어 직경 및 리드 형상은 모두 분산 정전 용량 및 인덕턴스에 영향을 미칩니다.

실제적인 예는 HOAN의 것입니다.HALA2000303R공심 코일. 이 모델은 20회전을 사용하여 48nH ±20%를 제공하고 1~18GHz에 대해 지정되었으며 SRF는 22GHz 이상으로 명시되어 있습니다.

유용한 교훈은 48nH가 18GHz에 해당한다는 것이 아닙니다. 권선 형상이 다른 또 다른 48nH 코일은 매우 다른 주파수 응답을 가질 수 있습니다.

RF 인덕터 SRF와 작동 주파수 비교

SRF는 단순한 합격/불합격 숫자로 취급되어서는 안 됩니다.

구성 요소의 Q 또는 임피던스가 이미 특정 RF 회로에 필요한 범위를 벗어나 이동한 동안 구성 요소는 첫 번째 자체 공명 미만으로 유지될 수 있습니다.

따라서 “항상 SRF의 80% 미만으로 작동한다”는 보편적인 규칙은 없습니다.

협대역 매칭 네트워크, 필터 및 RF 바이어스 네트워크는 동일한 인덕터에 대해 매우 다른 요구 사항을 제시할 수 있습니다.

고주파 손실이 RF 인덕터 성능에 미치는 영향

자기 공명은 상위 주파수 한계의 일부일 뿐입니다.

주파수가 증가함에 따라 표피 효과로 인해 도체의 전류 분포가 변경됩니다. 유효 AC 저항은 증가하지만, 밀접하게 배치된 회전 사이의 근접 효과로 인해 추가 손실이 발생할 수 있습니다.

인덕터의 경우:

Q ≒ XL / RAC

이는 중요한 차이점을 만들어냅니다.

구성 요소가 여전히 유도성을 가질 수 있지만 이것이 반드시 응용 분야에 충분한 Q를 갖고 있음을 의미하는 것은 아닙니다.

예를 들어, 임피던스 정합 네트워크에서 손실이 증가하면 첫 번째 자체 공진에 도달하기 전에 삽입 손실과 네트워크 대역폭에 영향을 미칠 수 있습니다.

이것이 실제 주파수 제한이 SRF 이하에서 발생할 수 있는 이유입니다.

PCB 레이아웃이 RF 인덕터 성능을 변화시키는 이유

데이터시트는 정의된 측정 조건에서 구성요소의 특성을 설명합니다. 해당 구성 요소가 다른 PCB에 납땜되면 전기 환경이 변경됩니다.

마이크로파 주파수에서 RF 구조는 다음과 같이 더 잘 고려됩니다.

인덕터 + 리드 + 솔더 조인트 + 패드 + 전송선 + 인근 도체

추가 리드 길이로 인해 인덕턴스가 발생합니다. 패드는 정전 용량에 기여합니다. 접지 구조물과 인근 금속은 권선 주변의 전자기장을 변경할 수 있습니다.

이러한 효과는 작동 주파수가 구성 요소의 유효 범위 상한에 접근함에 따라 점점 더 중요해집니다.

보드에 예상치 못한 공진이 나타나는 경우 인덕터 교체가 자동으로 첫 번째 응답이 되어서는 안 됩니다. 리드 길이, 패드 형상, 접지 배열 및 전송선 전환도 확인하십시오.

기계적으로 작은 레이아웃 차이는 수 기가헤르츠에서 전기적으로 의미가 있을 수 있습니다.

VNA를 사용하여 RF 인덕터 S-파라미터 측정

VNA 측정은 공칭 인덕턴스와 저주파 Q가 더 이상 부품 동작을 충분히 설명하지 못하는 경우에 유용합니다.

그러나 측정 장치가 중요합니다.

VNA 교정 참조 평면이 동축 커넥터에서 끝나고 인덕터가 PCB 트레이스 아래에 더 멀리 위치한다고 가정해 보겠습니다. 결과 측정에는 DUT와 고정 장치 및 상호 연결 부분이 포함됩니다.

이러한 추가 구조는 겉보기 공진을 이동시키거나 S11 및 S21을 변경할 수 있습니다.

RF 인덕터를 측정하는 경우:

· 교정 또는 기준 평면을 가능한 한 DUT에 가깝게 이동합니다.

· 설비 전환 및 상호 연결을 짧게 유지하십시오.

· 가능한 경우 대표적인 PCB 패드 형상을 사용하십시오.

· 고정 장치 효과가 중요한 경우 적절한 교정 또는 제외를 적용합니다.

시뮬레이션과 측정이 공진 근처에서 일치하지 않는 경우 공칭 인덕턴스 값을 변경하기 전에 기준면, 고정 장치, 패드 커패시턴스 및 설치된 리드 길이를 확인하는 것이 좋습니다.

이상적인 L 모델과 S2P 모델

이상적인 집중 인덕터는 초기 회로 계산에 유용합니다.

예를 들어 시뮬레이터는 처음에 다음과 같이 간단하게 구성 요소를 나타낼 수 있습니다.

L = 48nH

해당 모델에는 실제 권선의 전체 주파수 종속 동작이 포함되지 않습니다.

측정된 S2P 모델에는 특성화된 주파수 범위에 걸쳐 나타나는 효과가 포함될 수 있습니다. 이는 공진 근처나 마이크로파 주파수에서 구성 요소를 평가할 때 더 유용합니다.

유용한 엔지니어링 비교는 다음과 같습니다.

이상적인 L 모델 → 컴포넌트 S2P 모델 → 측정된 PCB 응답

이 세 가지 응답이 반드시 동일하지는 않습니다.

S2P 모델과 조립된 PCB 응답 간의 차이를 통해 실장 구조가 회로에 얼마나 많은 영향을 미치는지도 알 수 있습니다.

RF 인덕터 주파수 제한을 실제로 설정하는 것은 무엇입니까?

고립된 한계가 하나인 경우는 거의 없습니다.

권선형 RF 인덕터의 경우 실제 상위 주파수 경계는 일반적으로 함께 작동하는 여러 효과에 의해 결정됩니다.

SRF + 기생 용량 + 도체 손실 + 권선 형상 + PCB 설치

어떤 효과가 먼저 중요해지는지는 회로에 따라 다릅니다.

nH가 낮은 매칭 코일은 설치된 기생 성분과 Q에 민감해질 수 있습니다. 인덕턴스가 높은 코일은 턴 간 커패시턴스와 자체 공진이 더 빨리 발생할 수 있습니다.

이것이 동일한 공칭 인덕턴스를 전달하는 두 구성 요소가 마이크로파 주파수에서 반드시 동일한 방식으로 동작하지 않는 이유입니다.

RF 인덕터 고주파수 설계 체크리스트

작동 범위의 상단 근처에 있는 RF 인덕터를 선택하기 전에 다음을 확인하십시오.

· 작동 대역과 SRF — 필요한 주파수 범위가 문제가 있는 공진으로부터 충분히 분리되어 있습니까?

·Q 및 손실 - 구성 요소가 실제 작동 주파수에서 여전히 적합한가요?

· S-파라미터 데이터 — 측정된 RF 데이터를 필요한 대역에서 사용할 수 있습니까?

· 전류 요구 사항 - DC/RF 전류가 구성 요소 정격 내에 있습니까?

· PCB 형상 - 리드 길이와 패드 커패시턴스가 응답을 실질적으로 변화시킬 수 있습니까?

· 측정 조건 - VNA 기준 평면은 구성 요소 또는 구성 요소와 고정 장치를 나타냅니까?

이러한 요인 중 여러 가지가 이미 한계에 근접한 경우 공칭 인덕턴스만으로 부품을 선택하는 것은 위험합니다.

FAQ

RF 인덕터는 SRF보다 얼마나 낮은 수준에서 작동해야 합니까?

모든 RF 회로에 적용되는 고정된 비율은 없습니다. 필요한 마진은 Q, 임피던스 및 부품의 기능에 따라 달라집니다. 범용 SRF 마진에 의존하기보다는 의도한 작동 대역 전체에서 실제 주파수-응답 데이터를 확인하십시오.

인덕턴스가 낮다는 것은 항상 SRF가 높다는 것을 의미합니까?

아니요. 인덕턴스가 낮으면 SRF가 높아질 수 있지만 권선 구조와 기생 용량도 중요합니다. 동일한 공칭 nH 값을 갖는 두 인덕터는 서로 다른 자체 공진 주파수를 가질 수 있습니다.

PCB 설치 후 RF 인덕터가 다르게 동작하는 이유는 무엇입니까?

PCB는 이상적인 인덕터 모델의 일부가 아닌 전기 요소를 추가합니다. 리드와 트레이스는 인덕턴스를 추가하고, 패드와 주변 구조는 정전용량을 추가합니다. 마이크로파 주파수에서 이러한 기생 물질은 임피던스를 변경하고 공진 동작을 변화시킬 수 있습니다.