在实际电感使用中,由于寄生电容的存在,寄生电容与本征电感会发生自谐振。发生自谐振的频率叫自谐振频率(Self-Resonant Frequency,SRF)。实际电感的等效电路如下图所示,寄生电容和电阻分别用Cp和Rs表示,电感器的自谐振频率计算公式为:

图:电感的等效电路

由于自谐振特性的存在,当工作频率低于谐振频率时,电感器件表现出电感性,阻抗随着频率的升高而增大;当工作频率高于谐振频率时,电感器件表现出电容性,阻抗随着频率的升高而减小。因此在实际应用中,应选择电感谐振频率点远高于工作频率的电感。

图:电感的自谐振特性

按照经验值,电感的工作频率一般选择为SRF 1/10以下,此时的电感受寄生电容影响较小,电感值相对来说更精确。

Q值
Q值即电感的品质因数Quality Factor,是电感储存功率与损耗功率之比。电感Q值的计算公式为:

其中,为电感器的感抗,为电感器的实阻抗。

在射频电感使用中,最常见的应用是参与阻抗匹配,电感的Q值对匹配网络的损耗有直接影响。下图为简单的L型匹配网络示意图,图中串联电感Ls与并联电容C_matching共同完成阻抗自RH到RL的变换。

图:L型电感电容匹配网络的阻抗变换

在匹配网络中,一般电容的Q值较高(>200),而电感的Q值较低(约30),所以在匹配网络损耗计算中,主要考虑电感的影响。对于上图匹配网络,计算传输中的损耗如下:

如上图,定义网络Q值Q_network为

能量的有效传输效率为:

即网络的损耗为:

根据上式,匹配网络损耗与网络Q成正比,与器件Q成反比。即在网络变换比确定(网络Q值一定)的情况下,器件Q值越低,网络损耗越大。

根据上式,若将50 Ohm阻抗匹配至5 Ohm,不同Q值电感器件带来的网络损耗如下表。可以看到,随着电感Q值的降低,匹配网络的损耗逐渐增加。

图:50 Ohm到5 Ohm变换时,不同Q值电感对应损耗的变化

电感Q值的大小取决于元件的制作工艺、制作材料等,电感的寄生电阻越大,Q值越小。下图为村田0201和01005系列电感的Q值对比。

图:不同类型电感Q值随频率变化的关系

图:不同系列电感的Q值对比

从图中可以看出:

封装越小,Q值越低;
随着频率变高,电感的Q值越高;
High Q系列比TN/TQ系列电感的Q值高;
绕线型电感的Q值较TN/TQ电感有一定优势,但随着器件厂家High Q技术的提升,绕线结构上的优势已经被薄膜电感替代。
一般High Q电感价格也更高,所以电感的Q值和价格之间也是一对折中。

射频贴片电感在选型与使用中的注意要点 - RF/无线 - 电子发烧友网

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