高频电感的等效特性

01 电感的定义

电感是由导线绕成的线圈，用于增加穿过线圈间的磁链数，最终增加该线圈的自感系数。

02 高频电感的作用

高频电感(High frequency inductors)，是一种具有效率最高、速度最快，且低耗环保特点的电磁感应元件。它是用绝缘导线(例如漆包线、纱包线等)绕制而成的，主要由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心或铁心等组成。目前，高频电感在生活中的应用比较广泛。

高频电感在射频电路中主要有以下几种作用：

匹配(Matching)：与电容一起组成匹配网络，消除器件与传输线之间的阻抗失配，减小反射和损耗；

滤波(Filter)：与电容一起组成LC滤波器，滤出一些不想要的频率成分，防止干扰器件工作；

隔离交流(RF choke)：在PA等有源射频电路中，将射频信号与直流偏置和直流电源隔离；

谐振(Resonance)：与电容一起构成LC振荡电路，作为VCO的振荡源；

巴仑(Balun)：即平衡不平衡转换，与电容一起构成LC巴仑，实现单端射频信号与差分信号之间的转换。

03 高频电感的等效模型

电感器作为射频扼流圈 (Radio Frequency Chokes) 将晶体管和直流电压相连接。 是专门设计的一种特殊电感器，它们通过为高频提供高阻抗路径来阻止高频进入或离开系统中的一部分。

线圈除了具有与频率有关的导线电阻，还具有电感，另外相邻的导线间有了间隔恒定的移动电荷，所以存在寄生电容，其模型原理图可以参考如下：

所以电感器的等效电路模型可以参考如下：

解析：

Rs代表串联的电阻，Cd代表寄生电容。

04 高频电感的频率响应

在高频时（比如1GHz时），射频扼流圈的特性偏离了理想电感的预期特性。当工作频率接近谐振点时，射频扼流圈的阻抗迅速提高。由于Rs的阻值不为0，总阻抗的最大值是有限的。当工作频率继续提高时，寄生电容Cd的影响成为主导，同时线圈的阻抗开始下降。

解析：

从该图可以看出，整个谐振曲线分为两个部分。他们以fr为分界点。

1、当f小于fr时，电感线圈的电抗（X=WL）随频率的升高而增加；

2、当f大于fr时，电感线圈的电抗随频率的升高而减小。

3、当f=fr时，电感线圈发生谐振（电感线圈的感抗被寄生电容的容抗所抵消），理论上来说，此时电感的感抗为无穷大， 由于Rs的阻值不为0，总阻抗的最大值是有限的。

电感线圈的品质因素Q= X _L /Rs=WL/Rs，对于一个理想电感，其中Rs=0,则电感的品质因素Q为无穷大，在低频段，由于Rs比较小，则Q很大，但是随着频率的上升，由于趋肤效应和线圈寄生电容Cd的影响，电感线圈的品质因素逐渐下降。

从上图可以看出，随着频率的升高，Q会逐渐增加到 Q ₀ ,此时工作频率=f0,当f0 < f < fr时，Cd和Rs的作用，使电感的品质因素逐渐变小并趋于零。