Как выбрать конический индуктор для широкополосных радиочастотных приложений 

Конический индуктор может казаться подходящим по значению индуктивности, но после монтажа на РЧ-плате вести себя иначе. В широкополосных Т-образных цепях смещения и микроволновых сетях смещения на высокочастотные характеристики влияют паразитная ёмкость, длина выводов, геометрия печатной платы и ориентация при монтаже.

Для практического подбора начните с требуемого диапазона частот и постоянного тока, а затем проверьте установленный компонент с помощью измеренных данных по радиочастоте.

1. Начнем с диапазона частот и индуктивности

В нижней части рабочего диапазона индуктивное сопротивление позволяет провести полезную первичную проверку:
XL = 2πfL

Для индуктора емкостью 120 нГн идеальный реактивный сопротивление на частоте 200 МГц составляет примерно 151 Ом.

Этот расчёт полезен при низких частотах, но его не следует использовать для непосредственного прогнозирования поведения на частотах 20 или 40 ГГц.

С ростом частоты всё большее значение приобретают межизвивовая ёмкость, сопротивление проводников, геометрия выводов и взаимодействие с печатной платой. Компонент перестаёт вести себя как идеальная сосредоточенная индуктивность.

Поэтому для широкополосного дросселя измеренная характеристика во всем рабочем диапазоне частот является более полезной, чем только номинальная индуктивность.

2. Проверить S11 и S21 с помощью вектороскопа

При использовании в широкополосных радиочастотных системах перед окончательным утверждением компонента следует проанализировать данные анализатора VNA.

Спецификация HALT20005 содержит типовые испытательные данные, охватывающие:

10 МГц–500 МГц

10 МГц–20 ГГц

10 МГц–40 ГГц

Не имеет себе равных

В зависимости от топологии измерений S21 может помочь оценить характеристики передачи или радиочастотной изоляции.

Проанализируйте весь диапазон частот на наличие неожиданных пиков, резонансных участков или ухудшения характеристик вблизи верхней границы требуемого диапазона.

S11

S11 отражает характеристику, наблюдаемую на РЧ-порте. Изменения показателя S11 могут быть вызваны индуктивностью, переходом на печатной плате, испытательным приспособлением или сочетанием этих факторов.

Поэтому при оценке широкополосных характеристик параметры S11 и S21 следует рассматривать в совокупности с конфигурацией испытательной установки.

Рекомендуемый рисунок: HALT20005 — результаты измерения отклика S11/S21, полученные в ходе реального тестирования с помощью вектороанализатора (VNA).

В документации по HALT20005 также приведены данные испытаний в диапазоне до 40 ГГц, однако в исходной записи отмечается, что влияние измерительного приспособления снижает точность измерений в этом диапазоне. Поэтому результат, полученный на частоте 40 ГГц, следует рассматривать как справочные данные, а не как идеальную характеристику компонента.

3. Не стоит оценивать широкополосный конический индуктор только по показателю SRF

Частота саморезонанса (SRF) обычно используется при выборе стандартных микросхемных индукторов РЧ-диапазона.

В случае широкополосного конического индуктора одно значение SRF не позволяет полностью охарактеризовать его радиочастотные характеристики.

Коническая обмотка, распределённая ёмкость, геометрия выводов и условия монтажа — все эти факторы влияют на частотно-зависимое поведение. При проектировании устройств, охватывающих несколько октав, данные измерений импеданса и S-параметров во всём предполагаемом диапазоне частот являются более полезными, чем использование одного только значения резонансной частоты.

Это особенно важно в широкополосных «Bias Tee»-контурах и микроволновых схемах с постояннотоковым питанием.

4. Компоновка печатной платы влияет на радиочастотные характеристики

На микроволновых частотах печатная плата и крепление компонентов становятся частью радиочастотной структуры.

В случае модели HALT20005 при установке узкий конец конуса должен быть направлен к линии передачи РЧ-сигнала и располагаться перпендикулярно ей. Провод со стороны РЧ должен быть максимально коротким, а компонент следует закрепить с помощью клея.

Рекомендуемый способ установки

Постоянное смещение → Конический индуктор → Короткий вывод → РЧ-микрополосковая линия

Сохранить:

Конусный наконечник, расположенный рядом с радиочастотной линией

Короткое замыкание вывода на стороне РЧ

Индуктор, расположенный перпендикулярно микрополосковой линии

Компонент, обладающий механической устойчивостью

Следует избегать длинных выводов, чрезмерной площади контуров, неконтролируемых углов установки или излишнего расстояния от печатной платы.

В диапазоне частот 20–40 ГГц даже короткое соединение оказывает влияние на характеристики радиочастотной структуры. Поэтому компонент, измеренный на одном измерительном приспособлении, может демонстрировать иные характеристики после установки на печатную плату с иной геометрией микрополосковой линии или длиной выводов.

5. Проверьте номинальный ток постоянного тока

Конический индуктор, используемый в Т-образном разветвителе с смещением, обычно пропускает постоянный ток, обеспечивая при этом радиочастотную изоляцию от цепи смещения.

Для HALT20005 указанный максимальный ток составляет 200 мА.

Если в цепи требуется более высокий ток, не следует выбирать компонент исключительно на том основании, что его частотный диапазон подходит.

Поэтому при выборе оборудования следует учитывать следующие факторы:

Диапазон частот + индуктивность + постоянный ток + характеристики при установке в условиях радиочастотного излучения

6. Конический индуктор или микросхемный индуктор?

Конический индуктор не всегда является лучшим выбором для любой радиочастотной конструкции.

Для компактных или узкополосных схем микросхемный индуктор может оказаться более простым решением. По мере увеличения требуемой полосы пропускания измеряемая широкополосная характеристика становится более важным критерием выбора.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли выбрать конический индуктор, ориентируясь исключительно на величину индуктивности?

Нет. При проектировании широкополосных радиочастотных устройств необходимо также учитывать постоянный ток, паразитные эффекты, компоновку печатной платы, геометрию крепления и измеренные S-параметры во всем требуемом диапазоне частот.

Почему узкий конец конического индуктора должен быть обращен к РЧ-линии?

Для модели HALT20005 рекомендуется устанавливать устройство таким образом, чтобы «малый конец» был направлен к линии передачи РЧ-сигнала и располагался перпендикулярно ей, при этом вывод со стороны РЧ должен быть коротким. Это позволяет контролировать геометрию соединения в зоне перехода в РЧ-диапазон.

В каких случаях следует рассмотреть возможность использования конического индуктора вместо микросхемного?

Конический индуктор стоит рассмотреть в тех случаях, когда Т-образный разветвитель или РЧ-дроссель должны работать в очень широком диапазоне частот, особенно если верхняя граница частотного диапазона простирается далеко в микроволновую область. Для конструкций с более узким диапазоном частот или сверхкомпактных конструкций более целесообразно использовать микросхемный индуктор.