Cuộn cảm băng thông rộng 2000nH, Cuộn cảm vi sóng siêu băng thông rộng 10MHz - 40GHz

Tổng quan sản phẩm

HALT68005 là một cuộn cảm hình nón băng thông rộng cho mạng phân cực RF sóng milimet và quang điện tử tốc độ cao hoạt động từ 10 MHz đến 40 GHz. Nó cung cấp độ tự cảm danh định 2000 nH (2,0 µH) — cao nhất trong dòng sản phẩm cuộn cảm hình nón băng thông rộng — với dung sai ±20% ở 10 MHz. Linh kiện được quấn bằng dây đồng siêu mịn không oxy dày 0,05 mm (50 µm) theo hình dạng hình nón thuôn liên tục, được định mức cho dòng điện DC liên tục 200 mA trong khoảng nhiệt độ -55°C đến +125°C.

Một cuộn cảm solenoid tiêu chuẩn với độ tự cảm 2000 nH sẽ tự cộng hưởng dưới 500 MHz do điện dung ký sinh tập trung giữa các vòng dây. HALT68005 khắc phục điều này thông qua kiến trúc hình nón thuôn của nó: đường kính vòng dây tăng liên tục từ đường kính ngoài ~0,40 mm hẹp ở đỉnh đến đế rộng hơn, phân phối điện dung ký sinh trên một gradient cơ học thay vì tập trung nó tại một sản phẩm LC duy nhất. Kết quả là một đáp ứng trở kháng cao, phẳng, không cộng hưởng trải dài từ 10 MHz đến 40 GHz — tỷ lệ tần số 4000:1 trong một linh kiện 3,0 mm duy nhất.

Cấu hình dây 0,08 mm tùy chọn có sẵn theo đơn đặt hàng tùy chỉnh cho các ứng dụng yêu cầu dòng điện DC cao hơn với băng thông trên bị giảm. Cấu trúc lõi không khí loại bỏ hiện tượng bão hòa từ, duy trì độ tự cảm 2000 nH đầy đủ trên phạm vi DC 0–200 mA. Mỗi đơn vị được đặc trưng bằng thiết bị cố định: dữ liệu Touchstone .s2p (10 MHz–40 GHz, 201 điểm, TRL-de-embedded đến mặt phẳng tham chiếu chân linh kiện) có sẵn để nhập trực tiếp vào các bộ mô phỏng mạch RF.

Thông số kỹ thuật đầy đủ

Hình học hình nón giúp đạt được băng thông 4000:1 như thế nào

Việc đạt được hoạt động liên tục từ 10 MHz đến 40 GHz đòi hỏi phải giải quyết đồng thời hai ràng buộc vật lý đối lập. Độ tự cảm 2000 nH cần thiết để chặn 10 MHz đòi hỏi số vòng dây cao, điều này tự nhiên làm tăng điện dung ký sinh giữa các vòng dây và giảm tần số tự cộng hưởng. Giới hạn trên 40 GHz đòi hỏi điện dung tối thiểu, điều này ưu tiên số vòng dây ít hơn và độ tự cảm thấp hơn.

Cuộn dây hình nón giải quyết sự đánh đổi này thông qua việc phân tách không gian của các chức năng tần số thấp và tần số cao:

• Đỉnh (Đầu hẹp, đường kính ngoài ~0,40 mm): Các vòng dây đầu tiên, có đường kính nhỏ nhất, kết nối với đường microstrip 50 Ω. Diện tích bề mặt tiếp xúc tối thiểu giữa các vòng dây liền kề tạo ra điện dung shunt không đáng kể tại điểm nối tín hiệu. Điều này bảo toàn đường truyền sóng milimet lên đến 40 GHz.
• Phần thân thuôn: Đường kính vòng dây tăng dần dọc theo chiều dài quấn 3,0 mm. Mỗi vòng dây đóng góp điện dung tỷ lệ với đường kính của nó, nhưng các giá trị được phân phối thay vì cộng lại tại một nút điện duy nhất.
• Đáy (Đầu rộng): Các vòng dây cuối cùng, có đường kính lớn nhất, tích lũy phần lớn độ tự cảm 2000 nH để chặn tần số thấp. Sự đóng góp của chúng vào điện dung ký sinh cách xa về mặt vật lý so với điểm nối RF, được cô lập bởi quá trình chuyển đổi trở kháng thuôn.

Kết quả là một linh kiện có SRF hiệu dụng vượt quá 40,0 GHz — bị giới hạn bởi các ký sinh của thiết bị cố định, không phải bản thân cuộn dây — đồng thời duy trì 2000 nH độ tự cảm chặn ở đầu tần số thấp.

Hiệu suất hoạt động đa tần số

Mỗi đơn vị được đặc trưng bằng VNA trên thiết bị cố định microstrip sóng milimet đã hiệu chuẩn với TRL de-embedding:

Ưu điểm hiệu suất chính

• Phạm vi băng thông cực rộng (10 MHz – 40 GHz): Cung cấp khả năng cách ly RF liên tục, phẳng từ tần số MHz thấp đến sóng milimet, thay thế nhiều cuộn cảm xếp chồng lên nhau trong một linh kiện duy nhất.
• Cuộn dây siêu mịn 0,05 mm: Quấn bằng dây đồng 50 µm để đạt được 2000 nH trong khi vẫn duy trì kích thước siêu nhỏ gọn 3,0 mm với điện dung ký sinh tối thiểu cho hoạt động 40 GHz.
• Loại bỏ cộng hưởng xếp chồng: Giải pháp một linh kiện triệt tiêu các điểm sụt giảm tín hiệu và biến dạng pha do phân cực cuộn cảm đa tầng gây ra.
• Bảo vệ chống bão hòa lõi không khí: Ngăn chặn bão hòa từ ở mức dòng điện cao, đảm bảo độ ổn định độ tự cảm và hiệu suất Q cao dưới nhiệt độ và phân cực DC thay đổi.
• Dây dẫn bay có thể hàn: Dây dẫn bay bằng đồng mạ vàng/thiếc tiêu chuẩn ở cả hai đầu để tích hợp vào mạch microstrip vi sóng và sóng milimet.

Phân tích so sánh: HALT68005 so với HALT60005

Hướng dẫn lắp ráp

1. Định hướng: Đầu nhỏ (đỉnh hình nón) vuông góc (≈90°) với đường microstrip truyền RF. Lắp đặt không vuông góc làm suy giảm S11 trên 20 GHz.
2. Cắt dây dẫn: Giữ dây dẫn bay ở đỉnh giữa mối hàn và vòng dây đầu tiên ≤0,3 mm. Ở 40 GHz, ngay cả dây dẫn dài 0,5 mm cũng hoạt động như một cuộn cảm ký sinh đáng kể, gây ra phản xạ không mong muốn và suy giảm tín hiệu.
3. Kết nối đáy: Hàn đầu rộng vào pad phân cực DC. Đặt các tụ điện bypass trong vòng 1 mm để giảm thiểu vòng cảm giữa bộ lọc và đất.
4. Cố định bằng epoxy (bắt buộc): Chấm một vi hạt keo epoxy không dẫn điện, ít bay hơi (Epotek H70E hoặc H65) ở mặt bên của cuộn dây. Điều này ngăn ngừa rung động vi âm thanh cộng hưởng dưới tác động cơ học.
5. Hàn: Nhiệt độ đầu hàn vi được kiểm soát 280–320°C trong ≤2 giây mỗi mối hàn. Dây 0,05 mm đạt nhiệt độ hàn gần như ngay lập tức; gia nhiệt kéo dài sẽ làm ủ đồng và làm thay đổi độ côn chính xác. Tương thích với các hợp kim hàn SAC305, eutectic AuSn và PbSn.

Ứng dụng

• Tee phân cực bộ thu phát quang 40 Gbps / 100 Gbps (TOSA/ROSA)
• Phân phối DC phần tử mảng pha ăng-ten 5G NR FR2 (28 GHz / 39 GHz)
• Mạng phân cực bộ chuyển đổi vệ tinh băng tần Ka
• Tee phân cực bộ mở rộng tần số VNA sóng milimet
• Lọc tách mạng phân cực radar ô tô (77 GHz)
• Lọc tách phân cực ngược cho diode quang tốc độ cao trong bộ thu đồng bộ

Câu hỏi thường gặp

H: Tại sao một cuộn cảm hình nón 2000 nH duy nhất lại được ưa chuộng hơn việc xếp chồng nhiều cuộn cảm?
Đ: Việc xếp chồng một cuộn cảm có giá trị lớn với một cuộn cảm có giá trị nhỏ tạo ra một mạch LC ký sinh tại điểm nối của chúng, gây ra một điểm cộng hưởng sắc nét trong dải vi sóng. HALT68005 kết hợp độ tự cảm 2000 nH với kiến trúc hình nón thuôn, đạt được khả năng cách ly liên tục, không cộng hưởng từ 10 MHz đến 40 GHz trong một linh kiện duy nhất mà không có ký sinh tại điểm nối.

H: Dây 0,05 mm có đủ bền cho môi trường rung động cao cấp chiến lược không?
Đ: Mặc dù dây 0,05 mm cực kỳ mỏng manh, khối lượng thấp của cuộn dây hình nón lõi không khí làm giảm khả năng bị sốc cơ học. Khi được cố định đúng cách bằng một vi hạt keo epoxy ít bay hơi ở mặt bên của cuộn dây, cụm lắp ráp sẽ vượt qua các bài kiểm tra rung động và sốc cơ học cấp chiến lược (MIL-STD-202, Phương pháp 204 & 213). Không có lõi ferit nào bị nứt do sai lệch CTE.

H: Tại sao giới hạn tần số trên được định mức ở 40 GHz?
Đ: Định mức 40 GHz đạt được thông qua dây siêu mịn 0,05 mm, giúp giảm thiểu tối đa ghép điện dung giữa các vòng dây. Điều này cho phép cuộn cảm duy trì trạng thái trở kháng cao cảm ứng của nó mà không bị cộng hưởng song song, đảm bảo che chắn liên tục đến 40,0 GHz. Trên tần số này, các ký sinh pad và giới hạn thiết bị cố định chiếm ưu thế trong đáp ứng biểu kiến ​​thay vì bản thân cuộn dây.