胡志山（ 常州科然電子有限公司，江蘇 東臺 224249）

射頻電路中印刷電感替代空心電感

胡志山
（ 常州科然電子有限公司，江蘇 東臺 224249）

射頻電路信號頻率較高，正常在5～2000MHz范圍內，較多使用低值電感，電感量通常在1 nH ～ 100 nH之間。過去我們多采用空心電感制作濾波器、分頻器等產品。如圖1所示，該產品為一款簡易型的衛(wèi)星電視信號和有線電視信號分頻器，過去一直用空心電感作為濾波元件，但是空心電感需要經過繞制、引腳浸錫、插焊裝等人工工序，人工成本高關系到產品的價格競爭力。筆者經過多年的探索，逐步開始應用印刷電感替代低值空心電感。

圖1 信號分頻器

圖2 印刷螺旋電感

圖2中的印制板就是圖1產品的改進型，在保證原產品性能參數(shù)的前提下，采用印刷螺旋電感替代空心電感后生產工序得到了根本的簡化，成倍的提高了生產效率，更具備了充足的市場競爭力。有很多諸如此類的射頻產品，同樣面臨著采用空心電感的改良。

印刷電感替代空心電感有絕對的優(yōu)勢，然而面臨的一個難題是如何設計印刷電感,？這方面未見有現(xiàn)成的教材資料可以借鑒，為此筆者將自己過去幾年來探索的方法和經驗提供給同道們參考。

印刷電感根據形狀主要有正方形、六邊形、八邊形、螺旋形四種（圖3），而這其中尤以螺旋形性能最佳，下文就以螺旋形為例介紹制作方法。通常印刷螺旋電感的電感量近似計算公式如下：

L=μn2dac1[ln(c2/ρ)+c3ρ+c4ρ2]/2

式中：μ為磁導率；n為圈數(shù)；da為內外直徑的算術平均值；ρ=dout-din/(dout+din)表示電感的“空心”程度；c1～c4為形狀系數(shù)，通常取值為c1=1，c2=2.46，c3=0，c4=0.2，由該公式得出的電感量通常約有0.03誤差系數(shù)。

圖3 印刷電感形狀

制作印刷電感的設計通常方法，一種是根據傳統(tǒng)的近似公式計算后，設計線路板時對號入座，但是這種方法很慢而且容易出錯。目前最可靠的方法是采用軟件仿真設計，這樣既準確又快捷，在精確度要求不是很高的產品中可以采用國產小軟件，精確度要求很高時建議采用ADS2008仿真設計。

第一種方法是采用國產小軟件”電容電感設計師”來實現(xiàn)（如找不到該軟件，可聯(lián)系筆者），打開軟件后主頁面如圖4所示，點擊電感計算目錄下的射頻電路電感。

圖4 電容電感設計師主頁面

出現(xiàn)圖5頁面，選擇下邊的圓形，然后左上角出現(xiàn)螺旋形圖樣，對照圖樣中的參數(shù)標識，在下邊對應的參數(shù)框內填上你需要的參數(shù)數(shù)值，包括圈數(shù)、內徑、外徑，數(shù)值輸入完畢后右下角就會自動顯示出對應的電感量。如果此電感量不符合你所需要，可以對剛剛輸入的三個參數(shù)進行修改，直到出現(xiàn)你需要的電感量為止。但是需要提醒的是內徑和外徑不是隨便設置的，要以實際線路板尺寸以及PCB工廠能加工的最窄線寬為依據。當然軟件計算下來也許會有一點誤差，這就需要設計人員親自試驗幾次，就會掌握這個誤差并可以在設計時給予恰當?shù)男拚?/p>

圖5 軟件計算印刷電感

得到所需的印刷電感參數(shù)后，接下來就采用PROTEL99或者其它PCB制作軟件，根據參數(shù)設置線寬、圓弧半徑、線條間隔、圈數(shù)，制作螺旋電感，電感的圓心一端可以通過雙面板金屬化孔的方式連接到其它電路，倘若是單面板就需要用過橋線連接。外圈一端則可以直接和PCB線條相連接。需要說明的是，這種方法不牽涉板材和厚度。

第二種方法就是采用Agilent公司的ADS2008實現(xiàn)，只是ADS中的參數(shù)形式有所不同（如表1），去掉了外徑，增加了安全間距（S）這項參數(shù)，在其它條件不變的情況下，安全間距越大外徑就會隨之增大，也就是說和電容電感設計大師的根本原理相同。在使用ADS2008輔助設計印刷電感之前最好先了解下相關參數(shù)，按順序先后點擊Help、Topics and Index、DesignGuides、Passive Circuit、MSInd，這樣就打開了印刷螺旋電感的相關說明，仔細閱讀并對每項參數(shù)都熟悉后再開始后面的設計工作。打開ADS2008，創(chuàng)建項目頁面。

表1 ADS2008中的參數(shù)形式

打開ADS2008，創(chuàng)建項目頁面。再點擊菜單欄“DesignGuid”后出現(xiàn)新頁面。點擊Passive Circuit，出現(xiàn)新的窗口后點擊Microstrip Control Windows后又出現(xiàn)新頁面。點擊工具欄圈內按鈕，出現(xiàn)圖6頁面。

圖6 ADS2008軟件印刷電感設計

選擇左側圖形中的螺旋形電感放入電路窗口內，然后就可以根據你的要求設置參數(shù)并獲得你所需要的電感量，如果對電感量要求比較高，設計好后再利用ADS2008進行仿真優(yōu)化。在ADS2008中輔助設計印刷電感時需要設置PCB板材、厚度以及銅膜的厚度等參數(shù)信息。最后同樣利用PCB制圖工具軟件畫圖制作印刷電感。需要說明的是無論軟件多精確，都不要過分依賴軟件，仍然要以實際出來的樣品測試結果為準，并逐步積累經驗修正誤差，以便今后能一步到位的制作出所需的電感。

胡志山，電子工程師，高級技師，主要專業(yè)方向射頻寬帶電子產品設計、試制。

Printed inductor alternative hollow inductor in RF circuit

HU Zhi-shan