射频电路中的电感

射频电路中的电感

扬州海菱电讯 方涌

关键词：射频、电感

1．前言：

在频率2G以下的射频电路中，电感元件有广泛的应用。然而电感元件是非标准的元件，很难找到电感元件的器件手册。如何制作高质量电感元件是射频电路的一个重要问题。

2．射频电路中电感元件的实现

1．直金属带电感

电感值在2nH以下，见图1。

金属带的电感可由下式计算:

L(nH) 2l[ln(l/(w t)) 0.5 (w t)/(3l)]

其中，l为导体长度，单位cm，w为导体宽度，单位cm，t为导体厚度，单位cm。

Q值计算公式：

Q 2 fL/R

R kRsl/(2(w t))

K 1.4 0.127ln(w/5t)

这里f是工作频率, RS是导电材料的表面电阻，K为修正因

子。

2． 单圏电感

单圏电感值一般小于10nH。

形状如图。电感计算公式如下：

L 1.257 a

[ln(a/(w t)) 0.078]

a为半径，w为线宽，t为导体厚度。

Q值计算公式同上.但

R=K Rs a/(w+t);

3.平面螺旋电感

平面螺旋电感值的计算

L= n2 davg c1[ln(c2/ρ)+c3 ρ+c4 ρ2]/2

其中μ为磁导率，n为螺旋圈数，davg为内外直径的算术平均， ρ＝dout-din/(dout+din)表示电感的“空心”程度，c1到c4是电感的几何形状系数，由下表定义

该公式据称可以达到2%-3%的准确度

Q值计算公式同上，R＝K Rs l/w, l是导线长度。这里的K由下式计算：

K=1+0.333(1+s/w)(-1.7)

以上三种电感如果考虑到金属带和地板之间的电容，上述计算 电感公式还需乘上一个修正因子Kg

kg 0.57 0.145ln(w/h)........(w/h) 0.05h为衬底厚度。

3． 圆形金属线电感：

一般集成电路的引线多为圆形金属线，其电感值由下式估算： L=5.08 10-3 l [ln(l/d)+0.386] nH/mil (1mil=0.0254mm)

l为圆形金属线的长，d为圆形金属线的直径。

4． 螺管电感

空心螺管电感有着较好的Q值，可以工作到2G的频率。但需手工绕制，其电感值由以下方法计算：

螺距PITCH LENGTH(螺线管长度)/N(圈数)

导线直径WIREDIAM 0.7*PITCH

螺管外径TURNDIAM FORMAL(螺管内径) WIREDIAM

X TURNDIAM/LENGTH

KN 1/(1 0.45X 0.005X2)

A 2.3*lg(1.73 WIREDIAM/PITCH)

2.53.8B 0.366*(1 2)NN

S 1 2*LENGTH*(A B)/( *TURNDIAM*N*KN)

LO ( *TURNDIAM*N)2*2.54*10 9/LENGTH

螺管的电感L LO*KN*S

对于已知电感，我们可以选定导线的直径和螺管的内径，用迭代法解一个关于N的一元方程组来决定N。

自电容的计算：

Z LEGTH/TUNDIAM

(0.301468*X 0.493075)* 0.227858Y X

C Y*TURNDIAM

1Fr 2 LC

Q值的计算：

0.2 Z 1

M ((58.6355*Z 171.154)*X 200.674)*X 0.089708

1 Z 5

M ((0.751186*X 9.49018)*X 42.506)*X 68.1191

Q0 M*TURNDIAM*F(F(MHz),TURNDIAM(inch))

W F/Fr

Q Q0*(1 W2)

5.传输线电感：

在2G以上的频率，集总元件电感很难实现，可用微带传输线来近似。见下图：

(a) (b)

图b可用图a来近似，通过对两个电路的S参量分析可以得到： 当Θ很小时(sinΘ≈Θ)时Θ=2 fL/z0

z0 z01 z02

/8

事实上传输线电感在800MHz至数G的频率上有着广泛的应有。