[发明专利]用印制板设计电感器的方法

说明书

技术领域

本发明属于无线电通信技术领域，涉及电感器，具体涉及用印制板设计电感器的方法。

背景技术

在无线电通信技术领域中，特别是在涉及电台通信的电子电路中，所用的电感线圈多为磁环绕制或空心绕制的方法制成，但这两种方法设计的电感线圈，在某些特殊技术领域中，包括在超短波电台通信技术领域存在着技术缺陷：一是存在着磁环易受外界环境的影响的问题，即传统线绕线圈性能受环境应力变化较大的问题，如磁环在环境温度下参数会发生变化；二是空芯线圈本身易变形、体积也较大，即传统线绕线圈易变形引起电感量和电感品质因数(Q)值不稳定的问题。其中，电感品质因数Q值是衡量电感器的主要参数，Q值是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。Q值越高，电感器损耗越小，效率越高。

发明内容

为解决现有技术缺陷，本发明提出了一种利用印制板(PCB)设计电感器的方法，即通过利用印制板本身来设计电感器，并固化在印制板上，可单个使用，也可串联级联使用，与现有技术的绕线电感线圈相比，避免了现有技术存在的技术问题和缺陷，利用本发明设计的电感器，电感量和电感品质因数(Q)值稳定，不受环境变化，生产工艺、调试简单，性能一致性好。

本发明的技术思路是，根据所要设计的电感器的尺寸、电感量和Q值已知条件参数，选择印制板材料；再根据已知条件和参数计算出对应印制板电感器的印制线厚度、匝数、线宽和线间距等参数；再计算电感承载电流，通过承载电流指标对电感器线宽进行修正，或通过改变覆层材料、厚度等方法进行修正，通过选择印制板材料或修改印制线线径保证电感器的Q值。

本发明的具体设计方法包括如下步骤：

1)选择印制板材料，确定印制板厚度和覆层箔材料；

选择印制板材料，当要设计的印制板电感器工作频率低、承载功率低和Q值较低时，选用耐燃印制板材料；当要设计所述印制板电感器工作频率较高、承载功率大和Q值较高时，选用陶瓷印制板材料；

确定印制板厚度，小功率电感器的印制板厚度选择薄一些，电感量大或电感承载功率大的可选择厚一些；

确定印制板覆层箔材料，当覆层箔承载功率大、Q值高的可选用覆银层印制板，其它可选用覆铜层印制板；

2)确定印制板电感器的尺寸参数；

所述印制板电感器的电感量L、匝数n、线圈长度1、高度D之间的关系如下：

L=(k*μ₀*n²*d*D)/l

其中，k为系数，k取决于线圈(2*((D*d)/π)^1/2)与长度(1)的比值；μ₀为真空磁导率=4*π*10^-7；；D为电感器高度、d为厚度，其中电感器厚度就等于印制板厚度，用d表示；电感器的高度为电感线圈的直径，用D表示；*为乘号；

3)电感器的印制板布局；

在频率较低时，印制线宽度较宽时，Q值高，印制线宽度尽量布宽；在频率高时，印制线宽度尽量布窄；印制线之间的间距尽可能小；

4)电感器印制线承载电流设计；

印制线承载电流的设计范围等于印制线电流密度与覆层箔截面积A相乘得到，即A=H*W；其中，H为覆层箔厚度、W为印制线宽度；

5)Q值验证；

根据确定的印制板线圈长度1、高度D、印制线宽度W参数，通过辅助软件COILCALC.EXE进行Q值的验证，如满足要求，可进行下一步骤设计；若不满足要求，则可进行印制线宽度W的调整，重新返回步骤4)，进行承受电流的设计，可反复进行直到满足Q值要求为止；

6)印制线电感器的印制板布线；

根据上述确定的印制板厚、印制线宽度和电感器长度，利用PCB布板软件进行双面印制板绕制式走线，两层间通过金属化过孔连接，形成连续的螺旋式印制线。

进一步的，在同一块印制板上集成多个所述印制板电感器组成印制板电感器组。

进一步的，所述印制板电感器组每两个相邻的电感器印制线反向绕制，且间隔一定距离，再通过所述电感器印制线和印制线引脚相连接相邻的所述印制板电感器形成电感器串联，双面印制板布线。

优点和积极效果：本发明具有结构简单、稳定性好、可靠性高、不受外界环境影响、易实现的优点，且节约成本。可广泛用于无线电通信设备领域，也可用于各种滤波器电路；也可用于阻抗变换及匹配网络。

附图说明

附图1为本发明印制板电感器平面图。

附图2为本发明印制板电感器截面图。