主要内容

无源平面螺旋电感器简介

这个例子向您展示了如何设计、可视化和分析不同类型的螺旋电感器。

现代无线通信系统要求低成本、小体积和高效率的电路设计。该电路需要相当数量的无源(电感和电容)元件来设计射频元件,如功率放大器、振荡器、微波开关、合成器和分路电路。

在射频集成电路(RFIC)中,螺旋电感控制着整个电路的性能,在现代射频集成电路的设计技术中,螺旋电感经常作为无源器件使用。

本文对无源平面螺旋电感器进行了建模和分析。本实例对不同类型的螺旋电感器进行了分析。

模型螺旋电感器

无源螺旋电感可以实现方形、圆形、六角形、八角形等多种结构,具有多个匝数。采用多匝电感器进行高电感值设计。

螺旋电感器是一种具有多个介质层的双端口多匝平面电感器。螺旋感应器的一圈是360度旋转的长度。

螺旋电感器中带材的宽度和间距是均匀的。你可以通过这样一种方式来馈送电感器,即内部端通过通孔或输入端口从电感器下面的层中路由出去,而外部端或输出端口被延伸到同一层的板的末端。

下图由四个螺旋电感及其物理参数组成,用以建模螺旋电感

基于均匀衬底的嵌入式微带平面螺旋电感

通过改变特性,创建并分析具有不同结构的多匝螺旋电感,如正方形、圆形、六角形和八角形SpiralShape.计算电感在600兆赫兹的测量。

方形螺旋电感器

创建并分析一个多匝方形螺旋电感器。

印第安纳州= spiralInductor (“SpiralShape”“广场”);图;显示(印第安纳州);

使用sparameters函数来计算s参数并使用rfplot函数

晶石= sparameters(印第安纳州,linspace (300 e6,800e6 21));图;rfplot(石膏);

s-参数图显示,在430mhz后,S11/S22单调增加到0 dB,而S12/S21则相应减小。这张图说明能量储存在感应器中而不是辐射出来的。S11和S21的行为满足能量守恒定律。

使用电感函数来绘制在600兆赫兹的方形螺旋电感的电感量,并查看网格。

Ls =电感(印第安纳州,600 e6)
Ls = 4.3114 e-08
图;网格(印第安纳州,“视图”“金属”);

圆形螺旋电感器

创建和分析多匝螺旋电感器。

印第安纳州= spiralInductor (“SpiralShape”“圆”);图;显示(印第安纳州);

利用电感函数计算600 MHz时圆形螺旋电感的电感量。

Lc =电感(印第安纳州,600 e6)
Lc = 3.8296 e-08

八角形的螺旋电感器

创建并分析一个多匝八角螺旋电感器。

印第安纳州= spiralInductor (“SpiralShape”“八角”);图;显示(印第安纳州);

利用电流函数绘制八角螺旋电感器表面的电流分布。

图;当前(印第安纳州600 e6,“规模”“log10”);

使用电感函数来绘制在600兆赫兹的八角螺旋电感的测量。

Lo =电感(印第安纳州,600 e6)
Lo = 3.7167 e-08

六角螺旋电感器

创建和分析多匝六边形螺旋电感。

印第安纳州= spiralInductor (“SpiralShape”“六角”);图;显示(印第安纳州);

利用电感函数计算600 MHz下六方螺旋电感的电感量。

Lh =电感(印第安纳州,600 e6)
Lh = 3.6280 e-08

利用电荷函数绘制八角螺旋电感器表面的电荷分布。

图;(印第安纳州600 e6,“规模”“log10”);

四圈螺旋电感器的不同配置的电感量如下表所示。观察到,方形螺旋电感器的电感比其他螺旋形状电感器的电感要多。

电感的大小随着电感长度和面积的增加而增加。从图中可以明显看出,螺旋电感器的电感值随电感器迹线长度和面积的增加而增大:正方形>圆形>八角形>六角形。圆形和方形结构是螺旋电感中最常用的结构,因为其分析设计不复杂,且易于制作。然而,其他的多边形螺旋也被用于电路设计。为了提高螺旋电感器的质量因数,有些设计人员更倾向于采用四边以上的多边形。

参考

  1. Sunderarajan S. Mohan, Maria del Mar Hershenson, Stephen P. Boyd和Thomas H. Lee,“平面螺旋电感的简单精确表达式”,IEEE固态电路杂志,第34卷,第10期,1419-1424页,1999年10月。