브로드밴드 RF 및 마이크로파 회로에서 인덕터는 공칭 인덕턴스만으로 평가할 수 없습니다. 더 높은 주파수에서는 부품의 기생 커패시턴스, 도체 저항, 장착 형상, 리드 길이, 자체 공진 주파수 및 전송선과의 상호 작용이 데이터시트에 인쇄된 인덕턴스 값만큼 중요해질 수 있습니다.
이것이 RF 엔지니어가 브로드밴드 바이어스 네트워크, 마이크로파 증폭기, RF 테스트 모듈 및 RF 신호 경로를 크게 방해하지 않고 DC 전류를 전달해야 하는 기타 회로에서 원뿔형 인덕터를 자주 사용하는 이유입니다.
기존의 원통형 코일과 달리 원뿔형 인덕터는 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 점차적으로 변하는 권선 직경을 가집니다. 이 테이퍼진 형상은 단순한 이상적인 인덕턴스 대신 분산된 전기 구조를 생성합니다. 올바르게 설계되고 설치되면 많은 기존 단일 형상 인덕터보다 더 넓은 주파수 범위에서 유용한 RF 임피던스를 제공할 수 있습니다.
이 기사에서는 원뿔형 인덕터의 전자기 원리, 바이어스 티 및 RF 바이어스 네트워크에서의 역할, 자체 공진 주파수의 중요성, S-파라미터를 사용하여 고주파 성능을 평가하는 방법을 설명합니다. HALT20005 원뿔형 인덕터는 한 부품이 모든 RF 회로에 적합하다는 증거가 아니라 실용적인 제품 예로 참조됩니다.
원뿔형 인덕터는 테이퍼 또는 원뿔 모양 구조로 형성된 공심 권선입니다. 권선의 한쪽 끝은 직경이 작고 반대쪽 끝은 직경이 큽니다.
부품이 페라이트 또는 분말 자기 코어를 사용하지 않기 때문에 인덕턴스는 주로 도체를 둘러싼 자기장에 의해 생성됩니다. 이 공심 구조는 자기 코어 포화를 피하고 자기 재료와 관련된 히스테리시스 손실을 제거합니다.
그러나 RF 인덕터는 이상적인 집중 소자가 아닙니다. 전기적 동작에는 다음이 포함됩니다:
10MHz–500MHz 의도된 인덕턴스
10MHz–500MHz 직렬 도체 저항
10MHz–500MHz 턴간 커패시턴스
10MHz–500MHz PCB 또는 하우징에 대한 커패시턴스
10MHz–500MHz 리드 인덕턴스
10MHz–500MHz 표피 효과 및 근접 효과 손실
10MHz–500MHz 주변 구조로의 방사 및 결합
비교적 낮은 주파수에서는 인덕턴스 항이 지배적일 수 있습니다. 주파수가 증가함에 따라 이러한 기생 효과는 부품의 임피던스를 점차적으로 변경합니다.
HALT20005는 인덕턴스120 nH ±20%, 0.05mm 와이어 직경, 최대 전류 마이크로파 주파수에서는 기존의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 측정으로는 종종 불충분합니다. 엔지니어는 일반적으로 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 , 작동 주파수 범위 200MHz ~ 40GHz, 작동 온도 범위 −55°C ~ +125°C로 지정됩니다. 이러한 값은 제품의 공칭 설계 한계를 설명하지만, 200MHz에서 40GHz까지의 모든 주파수에서 부품이 완벽한 120nH 인덕터처럼 작동한다는 것을 의미하지는 않습니다.
마이크로파 주파수에서 기존 인덕터 모델이 부정확해지는 이유
XL=2πfL
이 방정식에 따르면 인덕턴스 리액턴스는 주파수가 상승함에 따라 증가합니다. 예를 들어, 120nH의 이상적인 인덕터는 이론적으로 몇 기가헤르츠에서 몇 백 메가헤르츠보다 더 큰 임피던스를 나타낼 것입니다.
실제 RF 인덕터는 이 이상적인 관계를 무한정 계속 따르지 않습니다.
간소화된 고주파 등가 회로에는 일반적으로 다음이 포함됩니다:
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10MHz–500MHz 기생 커패시턴스는 턴 사이, 권선과 장착 표면 사이, 부품과 주변 전도성 구조 사이에 존재합니다.
주파수가 증가함에 따라 커패시턴스 리액턴스가 감소합니다. 결국 인덕턴스 및 커패시턴스 효과가 충분히 강하게 상호 작용하여 공진 조건을 생성합니다.
RF 인덕터의 자체 공진 주파수란 무엇인가요?
자체 공진 주파수는 인덕터의 유효 인덕턴스 리액턴스와 기생 커패시턴스 리액턴스가 서로 균형을 이루는 주파수입니다.첫 번째 지배적인 SRF 아래에서는 부품이 일반적으로 주로 인덕터처럼 작동합니다.공진 근처에서는 임피던스가 최대치에 도달할 수 있으며, 부품은 다음 사항에 매우 민감해집니다:·PCB 레이아웃
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10MHz–500MHz 공진 위에서는 기존의 집중 소자 인덕터 모델이 더 이상 충분하지 않을 수 있습니다. 부품은 커패시턴스, 분산 또는 다중 공진 동작을 나타낼 수 있습니다.
10MHz–500MHz “40GHz까지의 작동 주파수”
라는 문구는 자동으로 다음과 같이 해석되어서는 안 됩니다:
·전체 대역에서 인덕턴스가 정확히 120nH로 유지됨·
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10MHz–500MHz 더 정확한 해석은 부품이 명시된 고주파 범위 내에서 사용하도록 설계 및 평가되었으며, 최종 적합성은 고객의 실제 회로 및 장착 구성에서 확인해야 한다는 것입니다.
10MHz–500MHz 원뿔형 모양의 주요 장점은 길이 방향으로 직경, 턴 형상 및 분산된 기생 파라미터가 변하는 권선을 생성한다는 것입니다.
기존의 원통형 공심 인덕터는 비교적 균일한 직경을 가집니다. 따라서 턴은 더 균일한 인덕턴스 및 커패시턴스 관계를 갖는 경향이 있습니다.
이것은 공진을 제거하지 않습니다. 대신, 변하는 형상은 모든 기생 효과를 하나의 좁은 공진 주위에 집중시키는 대신 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 공진 동작을 분산시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
실질적으로 부품은 단일의 완벽한 집중 소자보다
분산 RF 구조
처럼 작동합니다.
이것이 엔지니어가 더 넓은 주파수 범위에서 유용한 RF 격리를 필요로 하는 브로드밴드 회로에 원뿔형 인덕터를 고려하는 이유 중 하나입니다.실제 성능은 여전히 다음 사항에 따라 달라집니다:·
턴 수
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10MHz–500MHz 따라서 “원뿔형”이라고 해서 자동으로 “더 나은” 것을 의미하지는 않습니다. 부품 형상은 필요한 대역폭, 전류, 임피던스 및 기계적 레이아웃과 일치해야 합니다.
10MHz–500MHz 브로드밴드 원뿔형 인덕터의 가장 중요한 응용 분야 중 하나는
바이어스 티
바이어스 티는 다음을 결합하거나 분리하는 3포트 네트워크입니다:·S11: 입력 반사 계수
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10MHz–500MHz 간소화된 바이어스 티는 일반적으로 다음을 포함합니다:
10MHz–500MHz DC를 차단하기 위한 RF 분기단의 커패시터
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10MHz–500MHz 인덕터는 DC 전류를 통과시키면서 RF 신호에 충분히 높은 임피던스를 제공해야 합니다. 이는 RF 에너지가 전원 공급 장치 네트워크로 이동하는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.
10MHz–500MHz 더 높은 공칭 인덕턴스는 낮은 주파수에서 임피던스를 개선할 수 있지만, 다음을 유발할 수도 있습니다:
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더 높은 기생 커패시턴스
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10MHz–500MHz 따라서 브로드밴드 원뿔형 인덕터는 분산된 형상이 DC 전류 경로를 제공하면서도 광대역에 걸쳐 RF 초킹을 지원할 수 있기 때문에 유용합니다.
10MHz–500MHz 200mA
입니다. 이 값은 모든 작동 조건에 대한 권장 전류가 아니라 최대 제품 등급으로 취급해야 합니다. 열 상승, 주변 온도, 장착 방법 및 회로 신뢰성 요구 사항도 고려해야 합니다.
S-파라미터가 원뿔형 인덕터 평가에 도움이 되는 방법마이크로파 주파수에서는 기존의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 측정으로는 종종 불충분합니다. 엔지니어는 일반적으로 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 S-파라미터
S-파라미터는 RF 에너지가 네트워크를 통해 어떻게 반사되고 전송되는지를 설명합니다.가장 관련성이 높은 측정에는 일반적으로 다음이 포함됩니다:S11: 입력 반사 계수
S11은 입력 포트에서 얼마나 많은 에너지가 반사되는지를 나타냅니다.
S11의 변화는 다음을 드러낼 수 있습니다:
임피던스 불일치
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10MHz–500MHz S11만으로는 부품이 “좋다” 또는 “나쁘다”는 것을 직접적으로 증명할 수 없습니다. 그 의미는 측정 토폴로지와 인덕터의 의도된 기능에 따라 달라집니다.
10MHz–500MHz S21은 포트 1에서 포트 2로 얼마나 많은 신호가 통과하는지를 나타냅니다.
직렬 또는 픽스처 기반 테스트에서 S21은 전송 손실 또는 신호 감쇠를 관찰하는 데 사용될 수 있습니다. RF 초크 평가에서 원치 않는 분기로의 전송이 낮을수록 더 강한 RF 격리를 나타낼 수 있지만, 정확한 해석은 테스트 중에 부품이 연결된 방식에 따라 달라집니다.
몇 기가헤르츠에서는 픽스처가 측정된 전기 시스템의 일부입니다.
결과는 다음 사항에 영향을 받을 수 있습니다:
커넥터 런치 형상
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10MHz–500MHz HALT20005 사양에는
10MHz–500MHz ,
10MHz–20GHz, 및 10MHz–40GHz에 대한 일반적인 테스트 데이터가 포함되어 있습니다. 또한 40GHz 결과는 픽스처 요인의 영향을 받으며 참조용으로만 제공된다고 명시되어 있습니다. 이 자격은 기술적으로 중요합니다. 이는 40GHz 그래프가 동일한 회로 내 성능에 대한 무조건적인 보증으로 제시되는 것을 방지합니다.원뿔형 vs 원통형 공심 vs 페라이트 인덕터
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