Tần số vô tuyến (RF) và mạch vi sóng trong các ứng dụng như radar, chụp cộng hưởng từ (MRI), hệ thống thông tin liên lạc và thiết bị điện tử y tế đòi hỏi các thành phần thụ động cụ thể cho ứng dụng chính xác, ổn định và tổn thất thấp. Các yêu cầu này đặc biệt có thể áp dụng cho cuộn cảm vì chúng phải có giá trị điện cảm ổn định và ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và tần số. Họ cũng phải giảm thiểu tổn thất và tránh tần số tự cộng hưởng (SRF) trong băng thông ứng dụng để duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu.
Bài viết này xem xét các yêu cầu và đặc tính của cuộn cảm trong các ứng dụng RF. Sau đó, cuộn cảm lõi gốm Q cao của Knowles được giới thiệu, loại mà các nhà thiết kế có thể sử dụng để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng RF khắt khe nhất.
Cuộn cảm trong mạch RF
Cuộn cảm là thành phần phản ứng thụ động chống lại sự thay đổi dòng điện bằng cách lưu trữ năng lượng trong từ trường. Chúng bao gồm một cuộn dây có cấu trúc tương đối đơn giản, nhưng cuộn dây này tạo ra một số phần tử ký sinh. Mạch tương đương của một cuộn cảm bao gồm điện cảm và điện dung dây dẫn, điện trở cuộn dây và điện dung quay. (Hình 1).
Sơ đồ mạch tương đương của cuộn cảm
Hình 1: Mạch tương đương của một cuộn cảm bao gồm các thành phần ký sinh như độ tự cảm, điện dung và điện trở. (Nguồn ảnh: Art Pini)
Cuộn cảm có nhiều chức năng khác nhau trong mạch RF, từ cuộn cảm đơn giản dùng để cách ly các thành phần tín hiệu AC và DC cho đến các thiết bị tinh chỉnh được sử dụng trong các mạch và bộ lọc lưu trữ năng lượng. Chúng hoạt động ở tần số vô tuyến và vi sóng, đồng thời để giảm thiểu sự phản xạ và sóng đứng, các thành phần có điện dung và điện cảm ký sinh nhỏ hơn phải được sử dụng trong thiết kế của chúng. Trong các ứng dụng như vậy, các hiệu ứng phụ thuộc tần số như hiệu ứng da và bức xạ cũng phải được xem xét. Cuộn cảm RF không thể chịu được tổn hao khi xử lý các tín hiệu nhỏ và yêu cầu hệ số chất lượng cao (Q) và điện trở nối tiếp tương đương thấp (ESR). Do đó, thông số kỹ thuật của cuộn cảm không chỉ bao gồm độ tự cảm, dung sai và công suất định mức mà còn bao gồm một số yêu cầu cụ thể về RF, chủ yếu là giá trị Q, SRF và ESR.