射频电路中印刷电感替代空心电感

胡志山（ 常州科然电子有限公司，江苏 东台 224249）

射频电路中印刷电感替代空心电感

胡志山
（ 常州科然电子有限公司，江苏 东台 224249）

射频电路信号频率较高，正常在5～2000MHz范围内，较多使用低值电感，电感量通常在1 nH ～ 100 nH之间。过去我们多采用空心电感制作滤波器、分频器等产品。如图1所示，该产品为一款简易型的卫星电视信号和有线电视信号分频器，过去一直用空心电感作为滤波元件，但是空心电感需要经过绕制、引脚浸锡、插焊装等人工工序，人工成本高关系到产品的价格竞争力。笔者经过多年的探索，逐步开始应用印刷电感替代低值空心电感。

图1 信号分频器

图2 印刷螺旋电感

图2中的印制板就是图1产品的改进型，在保证原产品性能参数的前提下，采用印刷螺旋电感替代空心电感后生产工序得到了根本的简化，成倍的提高了生产效率，更具备了充足的市场竞争力。有很多诸如此类的射频产品，同样面临着采用空心电感的改良。

印刷电感替代空心电感有绝对的优势，然而面临的一个难题是如何设计印刷电感,？这方面未见有现成的教材资料可以借鉴，为此笔者将自己过去几年来探索的方法和经验提供给同道们参考。

印刷电感根据形状主要有正方形、六边形、八边形、螺旋形四种（图3），而这其中尤以螺旋形性能最佳，下文就以螺旋形为例介绍制作方法。通常印刷螺旋电感的电感量近似计算公式如下：

L=µn²dac1[ln(c2/ρ)+c3ρ+c4ρ²]/2

式中：µ为磁导率；n为圈数；da为内外直径的算术平均值；ρ=dout-din/(dout+din)表示电感的“空心”程度；c1～c4为形状系数，通常取值为c1=1，c2=2.46，c3=0，c4=0.2，由该公式得出的电感量通常约有0.03误差系数。

图3 印刷电感形状

制作印刷电感的设计通常方法，一种是根据传统的近似公式计算后，设计线路板时对号入座，但是这种方法很慢而且容易出错。目前最可靠的方法是采用软件仿真设计，这样既准确又快捷，在精确度要求不是很高的产品中可以采用国产小软件，精确度要求很高时建议采用ADS2008仿真设计。

第一种方法是采用国产小软件”电容电感设计师”来实现（如找不到该软件，可联系笔者），打开软件后主页面如图4所示，点击电感计算目录下的射频电路电感。

图4 电容电感设计师主页面

出现图5页面，选择下边的圆形，然后左上角出现螺旋形图样，对照图样中的参数标识，在下边对应的参数框内填上你需要的参数数值，包括圈数、内径、外径，数值输入完毕后右下角就会自动显示出对应的电感量。如果此电感量不符合你所需要，可以对刚刚输入的三个参数进行修改，直到出现你需要的电感量为止。但是需要提醒的是内径和外径不是随便设置的，要以实际线路板尺寸以及PCB工厂能加工的最窄线宽为依据。当然软件计算下来也许会有一点误差，这就需要设计人员亲自试验几次，就会掌握这个误差并可以在设计时给予恰当的修正。

图5 软件计算印刷电感

得到所需的印刷电感参数后，接下来就采用PROTEL99或者其它PCB制作软件，根据参数设置线宽、圆弧半径、线条间隔、圈数，制作螺旋电感，电感的圆心一端可以通过双面板金属化孔的方式连接到其它电路，倘若是单面板就需要用过桥线连接。外圈一端则可以直接和PCB线条相连接。需要说明的是，这种方法不牵涉板材和厚度。

第二种方法就是采用Agilent公司的ADS2008实现，只是ADS中的参数形式有所不同（如表1），去掉了外径，增加了安全间距（S）这项参数，在其它条件不变的情况下，安全间距越大外径就会随之增大，也就是说和电容电感设计大师的根本原理相同。在使用ADS2008辅助设计印刷电感之前最好先了解下相关参数，按顺序先后点击Help、Topics and Index、DesignGuides、Passive Circuit、MSInd，这样就打开了印刷螺旋电感的相关说明，仔细阅读并对每项参数都熟悉后再开始后面的设计工作。打开ADS2008，创建项目页面。

表1 ADS2008中的参数形式

打开ADS2008，创建项目页面。再点击菜单栏“DesignGuid”后出现新页面。点击Passive Circuit，出现新的窗口后点击Microstrip Control Windows后又出现新页面。点击工具栏圈内按钮，出现图6页面。

图6 ADS2008软件印刷电感设计

选择左侧图形中的螺旋形电感放入电路窗口内，然后就可以根据你的要求设置参数并获得你所需要的电感量，如果对电感量要求比较高，设计好后再利用ADS2008进行仿真优化。在ADS2008中辅助设计印刷电感时需要设置PCB板材、厚度以及铜膜的厚度等参数信息。最后同样利用PCB制图工具软件画图制作印刷电感。需要说明的是无论软件多精确，都不要过分依赖软件，仍然要以实际出来的样品测试结果为准，并逐步积累经验修正误差，以便今后能一步到位的制作出所需的电感。

胡志山，电子工程师，高级技师，主要专业方向射频宽带电子产品设计、试制。

Printed inductor alternative hollow inductor in RF circuit

HU Zhi-shan