作者： tyw 于 2006/8/15 19:48:00 發(fā)布：
參考一下
| 作者： | -->bjx Normal bjx 7 33 2004-02-06T01:52:00Z 2004-02-06T02:25:00Z 3 2498 3219 bjx 131 37 3338 9.2812 7.8 磅 0 2 /* Font Definitions */ @font-face {font-family:宋體; panose-1:2 1 6 0 3 1 1 1 1 1; mso-font-alt:SimSun; mso-font-charset:134; mso-generic-font-family:auto; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:3 135135232 16 0 262145 0;} @font-face {font-family:"\@宋體"; panose-1:2 1 6 0 3 1 1 1 1 1; mso-font-charset:134; mso-generic-font-family:auto; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:3 135135232 16 0 262145 0;} /* Style Definitions */ p.MsoNormal, li.MsoNormal, div.MsoNormal {mso-style-parent:""; margin:0cm; margin-bottom:.0001pt; text-align:justify; text-justify:inter-ideograph; mso-pagination:none; font-size:10.5pt; mso-bidi-font-size:12.0pt; font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-font-family:宋體; mso-font-kerning:1.0pt;} /* Page Definitions */ @page {mso-page-border-surround-header:no; mso-page-border-surround-footer:no;} @page Section1 {size:595.3pt 841.9pt; margin:72.0pt 90.0pt 72.0pt 90.0pt; mso-header-margin:42.55pt; mso-footer-margin:49.6pt; mso-paper-source:0; layout-grid:15.6pt;} div.Section1 {page:Section1;}
一種新型無芯PCB平面電感器研究
唐曉莉，蘇樺，張懷武
（電子科技大學微電子與固體電子學院 成都 610054）
摘 要：本文主要介紹了在印制板上制作無芯電感的方法，分析了其結(jié)構(gòu)和性能，并采用數(shù)值計算方法建立了平面電感計算模型，為設計電感提供了一條切實可行的途徑。采用現(xiàn)代化的印制板技術(shù)，可以精確地控制電感器繞線寬度、線間距，克服了機器繞線一致性差的缺點，并使電感從三維向兩維發(fā)展，為器件的表面貼裝打下了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：無芯PCB電感器；耦合電感；螺旋電感
1 引言
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，特別是為滿足電子系統(tǒng)的表面貼裝技術(shù)、微組裝技術(shù)發(fā)展的需要，這就勢必要求在更小的基片上集成更多的元器件，這除了要求高密度集成技術(shù)的發(fā)展外，從器件本身出發(fā)，研制小型化、片式化的器件，以減小系統(tǒng)的整體體積、重量，無疑為一可行的途徑。而作為磁性元器件中最重要的電感，它不僅在LC濾波電路、扼流圈、天線中必不可少，也是構(gòu)成變壓器的基本組成單元，其片式化將帶動磁性元件向小型化發(fā)展。因而近十年來日本東芝公司[1]、TDK公司、日本Tohoku大學[2]、美國斯坦福大學[3]等著名研究機構(gòu)在這一領(lǐng)域已進行了一系列基礎(chǔ)性研究和相關(guān)實用化產(chǎn)品的開發(fā)。但從其所給測試數(shù)據(jù)可見雖然電感值在10～100MHZ之間可以達到100nH以上，但是其品質(zhì)因素都小于10[2[/SUP][SUP]，4，5]，究其原因主要是電感線圈上所鍍制的磁性膜在高頻下產(chǎn)生的渦流效應使得損耗增加。而如采用PCB板來制作這種無芯的電感器，不僅可以避免磁性膜所帶來的損耗、薄膜材料頻率的限制，而且可以利用印刷工藝的準確性，嚴格控制電感線圈的各個主要參數(shù)，并可以制作雙面的耦合電感，進一步增大電感量減小電路的尺寸。
2 無芯PCB電感的結(jié)構(gòu)及制作
無芯PCB電感器的結(jié)構(gòu)如圖1，它的繞線形狀可以采取折線形、矩形、圓形、八邊形等，但矩形與圓形是最常見的形式，因為矩形易于制作，可以很好的控制電感的個體參數(shù)，而圓形繞線形式可以使品質(zhì)因素Q大大提高。具體制作時可以使用PROTEL99繪制其繞線圖�？紤]到印制板的優(yōu)越性我們在制作單面電感的同時也制作了雙面的耦合電感，制作雙面電感時應注意兩面線圈的繞向，使其磁通處于疊加的狀態(tài)。
我們制作了如圖1所示匝數(shù)N=10，線間距d=10mil，線寬h=8mil的圓形和矩形螺旋形單面電感線圈，用HP4291A測試其電感量L及品質(zhì)因素Q，如圖2。
從圖2中可見矩形與圓形電感器其電感值在10～10MHZ保持一比較穩(wěn)定的值，而品質(zhì)因素Q隨頻率的增大而增大；并且可見在相同的面積下矩形電感比圓形電感具有更大的電感值，究其原因是由于圓形繞線所占用的面積大，因而在相同的面積下矩形線圈的有效長度大于圓形繞線。且由于單面板焊盤位置的限制，我們不能測試其更高頻率下的性質(zhì)，但可推測其L、Q還會隨頻率的增高而增大直到其固有頻率。
我們又采用相同的尺寸及其狀制作了PCB雙面耦合電感，使用HP4291B測試其電感量L及品質(zhì)因素Q，如圖3：
由于采用了雙面的結(jié)構(gòu)，獲得的電感量（>1.5μH）大于單面電感的兩倍，這是由于
分析圖3可知雙面耦合無芯電感矩形線圈的電感量略大于圓形線圈，但是圓形線圈的固有頻率可達到100MHZ，高于矩形線圈約80MHZ，并且由于圓形線圈有效長度小于矩形線圈，因而繞線電阻小于矩形線圈，使得其品質(zhì)因素Q遠大于（>10%）矩形電感線圈，當然品質(zhì)因素還會受到線間分布電容、基片損耗、渦流損耗等因素的影響。雖然圓形線圈具有上述的優(yōu)點，但是其占用的面積較大、且制板不如矩形線圈那么容易，因而應根據(jù)實際使用要求來選用具體的形狀。
3 無芯電感器電感量的計算模型構(gòu)造
在做上面的電感器設計時，我們無法在具體測試之前知道所設計的電感的大概取值，也不太清楚線寬、線間距、繞線匝數(shù)等參數(shù)對電感值的影響。因而建立無芯電感器電感量的計算模型，可以有效地減少實驗的重復度、節(jié)省實驗時間，并能較好的指導電感器的設計。我們由電磁場基本理論出發(fā)來推導計算模型。設平面電感線圈繞線如圖4，這里的繞線是圓形的，當然也可以采用其它形狀，推導方法類似。為簡化模型，我們將其等效為每匝通過電流為I的同心圓，如圖5：
 
3．1 自感的計算
式中r'是電流源指向場點r的矢量，并由圖6可知dl=r1dФ,r'由余弦定理可得 2r1rcosФ，代入上式可得：
對式（2）積分可得：
由電感的定義式 匝線圈的自感量L自表達式如下：
3．2 互感的計算
穿過任意一匝數(shù)圈的磁通不僅由其自身線圈電流產(chǎn)生，還有其它各匝線圈產(chǎn)生的磁通與其回路的交鏈部分，該部分的磁通量即形成互感。我們可以由式（2）出發(fā)來推導平面線圈的互感。由圖3可得，第二匝線圈產(chǎn)生并穿過第一匝線圈的磁通為：
依次類推，第j匝數(shù)圈產(chǎn)生并穿過第一匝數(shù)圈的磁通為：
在漏感可忽略不計的情況下平面線圈的電感量：
由式（8）可知平面電感的電感量與繞線的半徑密切相關(guān)，而繞線半徑?jīng)Q定于具體的設計要求，由線寬、線間距、制作面積所決定。
3．3 模型的實現(xiàn)
根據(jù)式（8），采用計算機編程來計算平面線圈的電感值。但其中的積分式不能直接積出來，故采用數(shù)值計算方法中的復化梯形法來實現(xiàn)該部分的計算。在程序設計中，設線圈每匝的半徑為ri(I=1、2…n)，匝間距為d，線寬為h。具體計算流程如圖7。
在上述流程圖中，inductance（ri）為自感與互感量之和。按照上面的算法流程，用C語言編制程序，分別對4匝、5匝和10匝的單面圓形無芯電感器進行了計算。所得的電感值與采用Hp4291A測試儀所得到的電感值對比如附表。
可見，計算結(jié)果令人滿意，只和實測值有很小的誤差。因此，可采用該計算模型來有效的指導設計，減輕工作量。
4 結(jié)語
本文介紹了無芯PCB平面電感器的結(jié)構(gòu)、性能及具體設計模型。通過測試我們可知無芯PCB平面電感器在1～100MHZ電感量趨于穩(wěn)定，可以用其制作LC濾波器、扼流圈、DC-DC變換器等器件，并可作寬頻器件使用。從實驗中我們還可以知道，相同大小的矩形電感器的電感值高于圓形電感，而圓形螺旋電感的品 |
| 4樓： |
>>參與討論 |
作者： 木頭東瓜 于 2006/8/15 19:51:00 發(fā)布：
汗，這個是PCB電感阿
樓上老大！！
估計樓主看了以后會更加暈的
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| 5樓： |
>>參與討論 |
作者： tyw 于 2006/8/15 20:25:00 發(fā)布：
這里有一些pcb天線相關(guān)專利,當心別踩地雷哦
http://www.ccl.itri.org.tw/ipcatalogue/FY95/Cluster/RF/RF2.htm
編號 |
專利名稱 |
Title |
專利證號 |
專利起期 |
專利訖期 |
2-1 |
|
Multi-resonance horizontal-u shaped antenna |
US 5,644,319 |
19970701 |
20150530 |
2-2 |
全向性水平極化迴線式 Alford 帶狀天線 |
Omni-directional horizontally polarized alford loop strip antenna |
TW 88207 |
19970711 |
20160321 |
US 5,767,809 |
19980616 |
20160306 |
CN ZL96104584.1 |
20001220 |
20160416 |
2-3 |
PCB 雙 L 型天線 |
Non-coplanar resonant element printed circuit board antenna |
TW 89342 |
19970821 |
20160128 |
US 5,898,404 |
19990427 |
20151221 |
2-4 |
頂端負載之類梯形平面天線 |
Top loaded triangular printed antenna |
TW 90891 |
19971111 |
20160729 |
US 5,847,682 |
19981208 |
20160915 |
DE 19647648.8 |
19991209 |
20161117 |
2-5 |
空間分集天線 |
|
TW 100266 |
19981221 |
20170529 |
2-6 |
寬頻微帶天線 |
Broad-band microstrip antenna |
TW 124265 |
20001201 |
20180709 |
US 6,054,952 |
20000425 |
20181112 |
2-7 |
成對凹槽負載式微帶天線 |
Dual-notch loaded microstrip antenna |
TW 131380 |
20010421 |
20190902 |
US 6,211,825 |
20010403 |
20191122 |
2-8 |
具有開槽之平面式天線裝置 |
Planar antenna apparatus |
TW 176958 |
20030421 |
20201113 |
US 6,518,937 |
20030211 |
20210619 |
2-9 |
倒F型平面天線 |
Planar inverted F antenna |
TW 166041 |
20021011 |
20211218 |
US 6,727,854 |
20040427 |
20220627 |
CN ZL02100904.X |
20060104 |
20220103 |
2-10 |
雙頻平面天線 |
Dual-frequency planar antenna |
TW 176316 |
20030411 |
20211226 |
US 6,788,257 |
20040907 |
20220929 |
CN ZL01144029.5 |
20050504 |
20211227 |
2-11 |
折疊式雙頻單極天線 |
Folded dual-band antenna apparatus |
TW 182894 |
20030711 |
20220723 |
US 6,750,821 |
20040615 |
20230114 |
CN (暫準) |
|
|
2-12 |
雙頻單極天線 |
Dual-band antenna apparatus |
TW 182962 |
20030711 |
20220723 |
CN (暫準) |
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2-13 |
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| 6樓： |
>>參與討論 |
作者： 木頭東瓜 于 2006/8/15 20:30:00 發(fā)布：
這些天線有幾個用在2.4G的？
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| 7樓： |
>>參與討論 |
作者： tyw 于 2006/8/15 20:32:00 發(fā)布：
有的拉,打開看看就知道了
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| 8樓： |
>>參與討論 |
作者： ljq200 于 2006/8/16 10:40:00 發(fā)布：
謝謝大家的建議.不過我想要是真有那么復雜的話.
別人的產(chǎn)品也不可能都可以做得那么好，我想，就算是專做天線這個項業(yè)的，對天線的了解也不一定很清楚，更不用說不是專業(yè)做這個的了，一定是有比較簡單的方法。當然，我說東道的簡單也不是說不用動腦就可以弄好的，呵呵。我指的是通過軟件仿真一下就行了，但象一般的軟件都比較專業(yè)，功能比較強大，所以不得其法。象在我的電腦里面就有個叫什么：HFSS的，但打開有很多比較專業(yè)的東西，在網(wǎng)上弄的那些所謂的教程也派不上用場。
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| 9樓： |
>>參與討論 |
作者： 木頭東瓜 于 2006/8/16 10:44:00 發(fā)布：
瀑布汗�。。�！
專做天線的不比你專業(yè)？？簡單方法？簡單方法就是COPY或者出錢請人做。要真簡單，HFSS這個軟件能賣幾十萬嗎？？
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| 10樓： |
>>參與討論 |
作者： tyw 于 2006/8/16 11:08:00 發(fā)布：
暈哉,也太小看天線專業(yè)了,不跟你玩了,哈哈
否則人家不會那么傻申請幾十個專利保護
這東東看似簡單,但要學象也不容易,別人的成功乃是建筑在無數(shù)次的失敗之上的.但也不是高不可攀,必竟也有人做出來了,軟件只能起一了輔助設計作用,相關(guān)的還有板材,銅箔厚等加工工藝.關(guān)鍵看自己的努力了.別人的專利己經(jīng)把技術(shù)細節(jié)全部公開了,耐心學習一下吧,千萬別照搬哦.
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| 11樓： |
>>參與討論 |
作者： wahahacat 于 2006/8/16 11:14:00 發(fā)布：
微帶線簡單應用還行
微帶天線理論,照著例子算,不用明白.往PCB上剪軟銅皮鐵皮粘,差不多了再照形狀畫PCB,粗用估計差不多.
省事的辦法是參考別人PCB,注意是參考,不是抄.
至于專利.別人畫到表層你埋到第二層就OK了.
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| 12樓： |
>>參與討論 |
作者： 木頭東瓜 于 2006/8/16 11:16:00 發(fā)布：
瀑布汗
埋到第二層也要有水平，否則一樣玩不轉(zhuǎn)�。�！
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| 13樓： |
>>參與討論 |
作者： tyw 于 2006/8/16 14:16:00 發(fā)布：
學做駝鳥了拉,哈哈,有點出息好嗎,拜托哦
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