เครือข่ายที่ปรับให้เข้ากันที่ 10 GHz สามารถเปลี่ยนแปลงได้หลังจากสิ่งเล็กน้อยเช่นการเปลี่ยนแปลงความยาวของสายไฟหรือมุมการติดตั้ง ที่ความถี่เหล่านี้ การเลือกตัวเหนี่ยวนำตามค่า nH ที่ระบุเพียงอย่างเดียวมีความเสี่ยง

ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการจับคู่ RF การกรอง และเครือข่ายเรโซแนนซ์ เนื่องจากให้ค่าความเหนี่ยวนำต่ำโดยไม่มีแกนแม่เหล็ก สิ่งนี้จะขจัดปัญหาแกนแม่เหล็กอิ่มตัวและการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับแกน แต่ก็ไม่ได้ขจัดข้อจำกัดความถี่สูง Q ความถี่เรโซแนนซ์ในตัวเอง (SRF) ความจุไฟฟ้าปรสิต และการจัดวาง PCB ยังคงกำหนดพฤติกรรมของขดลวดในวงจรจริง

อะไรจำกัดตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศที่ความถี่ RF?

ขดลวด RF ที่ใช้งานได้จริงจะแสดงได้ดีกว่าด้วยวงจรเทียบเท่าที่มี:

L — ความเหนี่ยวนำของขดลวด

Rs — การสูญเสียของขดลวดและตัวนำ

Cp — ความจุไฟฟ้าปรสิตระหว่างรอบและโครงสร้างโดยรอบ

เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น Cp จะมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ร่วมกับ L จะทำให้เกิดเรโซแนนซ์ในตัวเอง:

fSRF ≈ 1 / (2π√LCp)

นี่เป็นแบบจำลองที่ง่ายขึ้น ไม่ใช่การคาดการณ์ที่แม่นยำสำหรับขดลวดไมโครเวฟ ความยาวตะกั่ว แผ่นรอง PCB ความจุไฟฟ้าแบบกระจาย อุปกรณ์ทดสอบ และโครงสร้างนำไฟฟ้าที่อยู่ใกล้เคียง ทั้งหมดนี้สามารถเปลี่ยนแปลงเรโซแนนซ์ที่วัดได้

ต่ำกว่า SRF อุปกรณ์จะทำงานเป็นตัวเหนี่ยวนำเป็นหลัก ใกล้เรโซแนนซ์ อิมพีแดนซ์จะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เกินช่วงเรโซแนนซ์ อาจไม่ให้พฤติกรรมเหนี่ยวนำที่วงจรคาดหวังอีกต่อไป

นี่คือเหตุผลที่ SRF และอิมพีแดนซ์เทียบกับความถี่มีความสำคัญมากกว่าค่าความเหนี่ยวนำที่ระบุเพียงอย่างเดียวในการใช้งานไมโครเวฟ

ทำไม Q ถึงสำคัญ

โครงสร้างแกนอากาศช่วยขจัดความสูญเสียจากแกนแม่เหล็ก ทำให้ได้ค่า Q สูงในช่วงความถี่ RF ที่เหมาะสม แต่ Q ไม่ใช่ค่าคงที่

ความต้านทานของขดลวด ปรากฏการณ์ผิว ปรากฏการณ์ใกล้เคียง และการจับคู่ปรสิต ทั้งหมดเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ ดังนั้น ขดลวดที่อธิบายว่า “Q สูง” อาจไม่เหมาะสมหากค่า Q ลดลงไปแล้วในช่วงความถี่ที่ต้องการ

สำหรับเครือข่ายการจับคู่ 10 GHz ค่า Q รอบความถี่การทำงานจริงมีประโยชน์มากกว่าค่า Q สูงสุดที่วัดได้ต่ำกว่า 10 GHz มาก

แกนอากาศเทียบกับตัวเหนี่ยวนำ RF อื่นๆ

โครงสร้างที่แตกต่างกันแก้ปัญหาที่แตกต่างกัน

ดังนั้น ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศจึงไม่ใช่ตัวเหนี่ยวนำ RF ที่ดีที่สุดโดยอัตโนมัติ การเลือกขึ้นอยู่กับแบนด์วิดท์ ความเหนี่ยวนำ กระแส และพฤติกรรมอิมพีแดนซ์ที่ต้องการ

HALA0600503R: ตัวอย่าง RF 7 nH

ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ HALA0600503R ของ HOAN เป็นตัวอย่างที่ใช้งานได้จริงของขดลวดขนาดเล็กที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานไมโครเวฟ

การพัน 6 รอบและเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 0.3 มม. ยังแสดงให้เห็นว่าทำไมเรขาคณิตทางกลจึงไม่สามารถแยกออกจากข้อมูลจำเพาะทางไฟฟ้าได้ ที่ความถี่ไมโครเวฟ ระยะห่างระหว่างรอบ รูปทรงของตะกั่ว และการติดตั้ง PCB มีส่วนทำให้เกิดเครือข่ายปรสิตรอบๆ ค่าความเหนี่ยวนำที่ระบุ 7 nH

ค่า 5–20 GHz คือช่วงความถี่การใช้งานที่แนะนำ ไม่ควรถือว่าค่า Q อิมพีแดนซ์ หรือลักษณะการแทรกยังคงที่ตลอดช่วงนั้น

การจัดวาง PCB เป็นส่วนหนึ่งของวงจร RF

ที่หลายกิกะเฮิรตซ์ PCB และส่วนประกอบทำงานเหมือนโครงสร้าง RF เดียวกัน

กฎปฏิบัติบางประการมีความสำคัญ:

เก็บตะกั่วให้สั้นที่สุด ตัวนำเพิ่มเติมจะเพิ่มความเหนี่ยวนำปรสิต

หลีกเลี่ยงแผ่นรองขนาดใหญ่โดยไม่จำเป็น พื้นที่แผ่นรองเพิ่มเติมสามารถเพิ่มความจุไฟฟ้าปรสิต

รักษาทิศทางของขดลวดให้สอดคล้องกัน ขดลวดแกนอากาศมีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สัมผัสได้ ดังนั้นการเปลี่ยนตำแหน่งเทียบกับสายส่ง โครงสร้างกราวด์ หรือส่วนประกอบที่อยู่ใกล้เคียง สามารถเปลี่ยนแปลงการจับคู่ได้

ตรวจสอบตัวหุ้มสุดท้าย ฝาครอบป้องกันและโลหะที่อยู่ใกล้เคียงสามารถเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าโดยรอบขดลวดได้

สำหรับ HALA0600503R HOAN แนะนำให้วางขดลวดให้ตั้งตรงที่สุดเท่าที่จะทำได้เมื่อเทียบกับสายส่ง RF

ตรวจสอบขดลวดที่ติดตั้งแล้ว ไม่ใช่แค่ค่าในเอกสารข้อมูล

สำหรับการใช้งานไมโครเวฟ สามารถใช้เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ (VNA) เพื่อประเมินส่วนประกอบที่ติดตั้งในฟิกซ์เจอร์ PCB ที่เป็นตัวแทนได้

ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าการทดสอบ S11 สามารถช่วยประเมินพฤติกรรมการสะท้อนและอิมพีแดนซ์ได้ ในขณะที่ S21 สามารถแสดงลักษณะการส่งผ่านหรือการแยกผ่านเครือข่ายทดสอบได้

การวัดจะมีความหมายก็ต่อเมื่อกำหนดฟิกซ์เจอร์แล้วเท่านั้น วัสดุ PCB รูปทรงสายส่ง ระนาบอ้างอิงการสอบเทียบ การบัดกรี และตำแหน่งของขดลวด ทั้งหมดนี้สามารถส่งผลต่อผลลัพธ์ได้

ในระหว่างการตรวจสอบต้นแบบ ให้วัดเงื่อนไขการติดตั้งที่ต้องการก่อน จากนั้นทำการวัดซ้ำหลังจากเปลี่ยนความยาวตะกั่วหรือแนะนำโครงสร้างป้องกันสุดท้าย การเปลี่ยนแปลงการตอบสนองอย่างมีนัยสำคัญบ่งชี้ว่าปรสิตในการติดตั้งมีส่วนสำคัญต่อพฤติกรรมของวงจร

คำถามที่พบบ่อย

เหตุใดจึงใช้ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศในวงจร RF ความถี่สูง?

ให้ค่าความเหนี่ยวนำต่ำโดยไม่มีแกนแม่เหล็กอิ่มตัวหรือความสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับแกน ทำให้มีประโยชน์ในการจับคู่ RF การกรอง และเครือข่ายเรโซแนนซ์ที่ค่า Q และพฤติกรรมความถี่สูงมีความสำคัญ

ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศมีคลื่นความถี่เรโซแนนซ์ในตัวเองหรือไม่?

ใช่ ความจุไฟฟ้าปรสิตระหว่างรอบของขดลวดและโครงสร้างโดยรอบมีปฏิสัมพันธ์กับความเหนี่ยวนำของขดลวดและทำให้เกิดเรโซแนนซ์ในตัวเอง

ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศหรือทรงกรวย: ควรใช้อันไหน?

ใช้ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศเมื่อต้องการความเหนี่ยวนำต่ำและพฤติกรรมที่ควบคุมได้ในช่วงความถี่ RF ที่กำหนด ตัวเหนี่ยวนำทรงกรวยโดยทั่วไปจะเหมาะสมกว่าสำหรับการปิดกั้น RF แบบบรอดแบนด์ในเครือข่ายไบแอส

การเลือกตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศสำหรับการออกแบบ RF ของคุณ

สำหรับวงจรไมโครเวฟ ให้เริ่มต้นด้วยค่าความเหนี่ยวนำมากกว่าหนึ่งค่า

ให้ข้อมูล HOAN เกี่ยวกับความถี่การทำงาน ความเหนี่ยวนำที่ต้องการ กระแส พื้นที่ PCB ที่มีอยู่ และข้อกำหนดการติดตั้ง ข้อมูลการจัดวาง PCB ยังสามารถช่วยประเมินได้ว่าตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศที่มีอยู่หรือรูปทรงขดลวดที่ปรับแต่งเองนั้นเหมาะสมกับการใช้งานมากกว่าหรือไม่