یک سلف RF به طور ناگهانی در یک فرکانس خاص کار نمی کند. آنچه تغییر می کند رفتار الکتریکی آن است.

در چند صد مگاهرتز، یک سیم پیچ هنوز ممکن است به طور منطقی توسط یک اندوکتانس با مقداری مقاومت سری تقریب یابد. به محدوده گیگاهرتز بروید و آن مدل کمتر کاربردی می شود. ظرفیت بین پیچ ها، از دست دادن هادی، هندسه سرب و PCB اطراف قطعه شروع به تأثیر بر امپدانس می کنند.

بنابراین حد فرکانس بالایی عملی تنها با مقدار اندوکتانس تعریف نمی شود. این نقطه ای است که جزء دیگر امپدانس، Q یا رفتار القایی مورد نیاز مدار را ارائه نمی دهد.

چگونه فرکانس خود تشدید یک سلف RF را محدود می کند

هر القای زخم حاوی ظرفیت انگلی است. پیچ های مجاور ساختارهای خازنی کوچکی را تشکیل می دهند، در حالی که لیدها و لنت های نصب پس از نصب بیشتر اضافه می کنند.

بنابراین یک مدل سلف RF ساده شده شامل:

اندوکتانس (L) + ظرفیت انگلی (Cp) + مقاومت از دست دادن (R)

فرکانس تقریبی خود رزونانس:

fSRF = 1 / (2π√LCp)

همانطور که فرکانس عملیاتی به SRF نزدیک می شود، تعامل بین L و Cp اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. در نزدیکی رزونانس اول، امپدانس می تواند به سرعت تغییر کند. بالاتر از آن، جزء ممکن است دیگر رفتار القایی مورد انتظار از مقدار nH اسمی خود را ارائه نکند.

به همین دلیل است که "48 nH" به تنهایی در مورد مناسب بودن یک سیم پیچ در فرکانس 10 یا 15 گیگاهرتز بسیار اندک صحبت می کند.

هندسه سیم پیچ نیز اهمیت دارد. تعداد دور، قطر سیم پیچ، گام، قطر سیم و هندسه سرب همگی بر ظرفیت خازنی و اندوکتانس توزیع شده تأثیر می گذارند.

یک مثال عملی HOAN استHALA2000303Rکویل هسته هوا این مدل از 20 چرخش برای ارائه 48 nH ± 20٪ استفاده می کند و برای 1-18 گیگاهرتز مشخص شده است، با SRF بالای 22 گیگاهرتز.

درس مفید این نیست که 48 nH با 18 گیگاهرتز مطابقت دارد. یک سیم پیچ دیگر 48 nH با هندسه سیم پیچ متفاوت می تواند پاسخ فرکانسی بسیار متفاوتی داشته باشد.

سلف RF SRF در مقابل فرکانس عملیاتی

SRF را نباید به عنوان یک شماره عبور یا شکست ساده در نظر گرفت.

یک جزء می تواند زیر اولین خود تشدید خود باقی بماند در حالی که Q یا امپدانس آن قبلاً خارج از مدار RF خاص قرار گرفته است.

بنابراین هیچ قانون جهانی مانند "همیشه زیر 80٪ SRF کار کنید" وجود ندارد.

یک شبکه تطبیق باند باریک، فیلتر و شبکه بایاس RF می تواند تقاضاهای بسیار متفاوتی را در یک سلف ایجاد کند.

چگونه افت فرکانس بالا بر عملکرد سلف RF تأثیر می گذارد

خود رزونانس تنها بخشی از حد فرکانس بالایی است.

با افزایش فرکانس، توزیع جریان در هادی به دلیل اثر پوستی تغییر می کند. مقاومت موثر AC افزایش می‌یابد، در حالی که اثرات مجاورت بین پیچ‌های با فاصله نزدیک می‌تواند باعث تلفات اضافی شود.

برای یک سلف:

Q ≈ XL / RAC

این یک تمایز مهم ایجاد می کند.

ممکن است یک جزء هنوز القایی باشد، اما این لزوماً به این معنا نیست که هنوز Q کافی برای برنامه دارد.

برای مثال، در یک شبکه تطبیق امپدانس، افزایش تلفات می‌تواند بر افت درج و پهنای باند شبکه قبل از رسیدن به اولین خود تشدید تأثیر بگذارد.

به همین دلیل است که محدودیت فرکانس عملی می تواند زیر SRF رخ دهد.

چرا چیدمان PCB عملکرد سلف RF را تغییر می دهد؟

یک دیتاشیت یک جزء را تحت شرایط اندازه گیری تعریف شده مشخص می کند. هنگامی که آن قطعه به PCB دیگری لحیم می شود، محیط الکتریکی تغییر می کند.

در فرکانس های مایکروویو، ساختار RF بهتر است به صورت زیر در نظر گرفته شود:

سلف + سرب + اتصالات لحیم + لنت + خط انتقال + هادی های نزدیک

طول سرب اضافی اندوکتانس را معرفی می کند. پدها به ظرفیت خازنی کمک می کنند. سازه های زمین و فلز مجاور می توانند میدان الکترومغناطیسی اطراف سیم پیچ را تغییر دهند.

با نزدیک شدن فرکانس عملیاتی به انتهای بالای محدوده مفید جزء، این اثرات اهمیت فزاینده ای پیدا می کنند.

اگر یک برد رزونانس غیرمنتظره ای نشان دهد، تعویض سلف نباید به طور خودکار اولین پاسخ باشد. طول سرب، هندسه پد، آرایش زمین و انتقال خط انتقال را نیز بررسی کنید.

یک تفاوت مکانیکی کوچک می تواند از نظر الکتریکی در چندین گیگاهرتز معنی دار شود.

اندازه گیری پارامترهای S سلف RF با VNA

اندازه گیری های VNA زمانی مفید هستند که اندوکتانس اسمی و Q فرکانس پایین دیگر به اندازه کافی رفتار جزء را توصیف نکنند.

اما دستگاه اندازه گیری مهم است.

فرض کنید صفحه مرجع کالیبراسیون VNA به یک کانکتور کواکسیال ختم می شود در حالی که سلف دورتر از یک رد PCB قرار دارد. اندازه گیری حاصل شامل DUT به علاوه بخشی از فیکسچر و اتصال است.

آن ساختار اضافی ممکن است رزونانس ظاهری را تغییر دهد یا S11 و S21 را تغییر دهد.

هنگام اندازه گیری یک سلف RF:

· کالیبراسیون یا صفحه مرجع را تا حد عملی به DUT نزدیک کنید.

· کوتاه نگه داشتن انتقال ثابت و اتصالات داخلی؛

· در صورت امکان از هندسه پد PCB نماینده استفاده کنید.

· هنگامی که اثرات ثابت قابل توجه است، کالیبراسیون یا جاسازی مناسب را اعمال کنید.

هنگامی که شبیه سازی و اندازه گیری با رزونانس نزدیک مخالف هستند، ارزش دارد قبل از تغییر مقدار اندوکتانس اسمی صفحه مرجع، فیکسچر، ظرفیت پد و طول سرب نصب شده را بررسی کنید.

مدل L ایده آل در مقابل مدل S2P

یک سلف توده ای ایده آل در محاسبات مدار اولیه مفید است.

به عنوان مثال، یک شبیه ساز ممکن است در ابتدا یک جزء را به سادگی به صورت زیر نمایش دهد:

L = 48 nH

آن مدل رفتار کامل وابسته به فرکانس سیم پیچ واقعی را شامل نمی شود.

یک مدل S2P اندازه گیری شده می تواند شامل اثراتی باشد که در محدوده فرکانس مشخص شده ظاهر می شوند. این باعث می شود هنگام ارزیابی یک جزء نزدیک به تشدید یا در فرکانس های مایکروویو مفیدتر باشد.

یک مقایسه مهندسی مفید این است:

مدل L ایده آل → مدل S2P جزء → پاسخ PCB اندازه گیری شده

این سه پاسخ لزوماً یکسان نخواهند بود.

تفاوت بین مدل S2P و پاسخ PCB مونتاژ شده همچنین می تواند نشان دهد که ساختار نصب چقدر بر مدار تأثیر می گذارد.

چه چیزی در واقع محدودیت فرکانس سلف RF را تعیین می کند؟

به ندرت یک حد مجزا وجود دارد.

برای یک القاگر RF زخمی، مرز فرکانس بالایی عملی معمولاً توسط چندین اثر با هم تعیین می شود:

SRF + خازن انگلی + از دست دادن هادی + هندسه سیم پیچ + نصب PCB

اینکه کدام اثر ابتدا مهم می شود به مدار بستگی دارد.

یک سیم پیچ تطبیق کم nH ممکن است به انگلی های نصب شده حساس شود.

به همین دلیل است که دو جزء که دارای اندوکتانس اسمی یکسانی هستند، لزوماً در فرکانس‌های مایکروویو رفتار یکسانی ندارند.

چک لیست طراحی با فرکانس بالا سلف RF

قبل از انتخاب یک سلف RF نزدیک به انتهای بالای محدوده عملکرد آن، بررسی کنید:

· باند عملیاتی در مقابل SRF - آیا محدوده فرکانس مورد نیاز به اندازه کافی از رزونانس های مشکل دار جدا شده است؟

·پرسش و پاسخ - آیا قطعه همچنان در فرکانس کاری واقعی مناسب است؟

· داده های پارامتر S - آیا داده های RF اندازه گیری شده در باند مورد نیاز موجود است؟

· نیاز فعلی - آیا جریان DC/RF در حد امتیاز قطعه است؟

· هندسه PCB - آیا طول سرب و خازن لنت می تواند پاسخ را تغییر دهد؟

· شرایط اندازه گیری - آیا صفحه مرجع VNA نشان دهنده جزء یا جزء به علاوه فیکسچر است؟

اگر تعدادی از این عوامل از قبل به حد خود نزدیک شده باشند، انتخاب قطعه به تنهایی با اندوکتانس اسمی خطرناک است.

سوالات متداول

یک سلف RF چقدر زیر SRF باید کار کند؟

هیچ درصد ثابتی وجود ندارد که برای هر مدار RF اعمال شود. حاشیه مورد نیاز به Q، امپدانس و عملکرد قطعه بستگی دارد. داده‌های پاسخ فرکانسی واقعی را در باند عملیاتی مورد نظر به جای تکیه بر حاشیه جهانی SRF بررسی کنید.

آیا اندوکتانس کمتر همیشه به معنای SRF بالاتر است؟

نه. اندوکتانس کمتر می تواند به SRF بالاتر کمک کند، اما هندسه سیم پیچی و ظرفیت انگلی نیز مهم هستند. دو سلف با مقدار اسمی nH یکسان می توانند فرکانس های خود رزونانس متفاوتی داشته باشند.

چرا سلف RF بعد از نصب PCB رفتار متفاوتی دارد؟

PCB عناصر الکتریکی را اضافه می کند که بخشی از یک مدل سلف ایده آل نیستند. لیدها و ردپاها اندوکتانس را اضافه می کنند، در حالی که پدها و ساختارهای اطراف ظرفیت خازنی را اضافه می کنند. در فرکانس های مایکروویو، این انگل ها می توانند امپدانس را تغییر داده و رفتار تشدید را تغییر دهند.