电子线路CAD在高频电路分析中所面临的挑战

由于RF电路的工作频率不断提升,片式电感在应用方面的性能特点发生了明显变化,已经开始显现出低端微波频段的工作特性。因此，为有效提升片式电感的电性参数，改善RF电路性能，必须进一步分析其低频特性与高频特性的不同规律。

另一方面，不断推陈出新的通信系统(GSM、CDMA、PCS、3G…)使得片式电感的工作频率逐步达到了2GHz甚至更高。因此，以传统的集中参数电路理论对片式电感器件进行阻抗分析，则显现出越来越明显的局限性。

阻抗地分析：

电感的物理意义是：利用导电线圈储存交变磁场能量,而在实际电路应用中,电感器件的主要作用则是向电路提供所需的感性阻抗,在与其他相关元件配合下完成相应的电路功能(匹配、滤波、振荡等)。常见的片式电感器件包括叠层片式、绕线片式、光刻薄膜等形式，其生产工艺和内电极结构均有所不同。但在中低频率条件下,由于信号波长远大于器件尺寸,器件的电路响应受内电极结构的影响较小,通常都可以采用集中参数等效模型对片式电感的阻抗特性予以近似分析。据此可推导出常用电性能参数的函数式。

导纳函数

Y(j )=({1}over{R_{O}}+{r}over{r^{2}+ ^{2}L^{2}_{O}})+j( C_{O}-{ L_{O}}over{r^{2}+ ^{2}L^{2}_{o}})

则阻抗函数

Z(j )={1}over{Y(j )}=R( )+j ( )

可近似导出阻抗

Z( )=sqrt{R^{2}( )+ ^{2}( )}

={ L_{O}}oversqrt{({ L_{O}}over{R_{O}}+{r}over{ L_{O}})^{2}+(1-{ ^{2}}over{SRF^{2}})^{2}}

电感量

L( )={ ( )}over{ }={L_{O}(1-{ ^{2}}over{SRF^{2}})}over{({{ L_{O}}over{R_{O}}+{r}over{ L_{O}})^{2}+(1-{ ^{2}}over{SRF^{2}})^{2}}

品质因素

Q( )={ ( )}over{R( )}={(1-{ ^{2}}over{SRF^{2}})}over{({ L_{O}}over{R_{O}}+{r}over{ L_{o}})}

其中

SRF={1}over{2 sqrt{L_{O}C_{O}}}

=2 F

由这些函数表达式归纳出:

(1)在工作频率低于自谐频率SRF时，片式电感的阻抗特性非常接近理想电感而呈现较好的线性特性，品质因素Q也较高，因此通常以此确定电感的额定工作频段;

(2)在电感量L0为额定值时，提高自谐频率SRF的唯一方法是减小寄生电容C0;

(3)在低频工作区,降低内电极电阻r将有效提升品质因素Q值，而在高频工作区，减小电磁漏损(增大R0)对Q值的提高则更为显著;

(4)当工作频率 高于自谐频率SRF时,片式电感呈现出容性阻抗特性。

通常应用中，利用阻抗分析仪检测片式电感端电极间的Z( )、L( )、Q( )等参数，即可准确反映出工作频率下实际电路的响应特性，据此可进行准确的电路设计与器件选择。作为比较，图2中列出相同规格的高频电感(SGHI1608H100N)与铁氧体电感(SGMI1608M100N)的L(f)、Q(f)参数曲线，显然高频电感有更高的自谐频率和线性工作频段，而铁氧体电感则有较高的Q值。