Высокочастотные катушки индуктивности компании Würth Elektronik — есть что предложить и из чего выбрать

Характеристики катушек индуктивности

Для того чтобы оценить и сравнить серию высокочастотных катушек индуктивности (далее — ВЧ-катушки), необходимо детально разобраться в их основных характеристиках именно для высокочастотных приложений. Как можно видеть в любом техническом описании, этими характеристиками являются значение индуктивности с соответствующим допуском, добротность, собственная резонансная частота, сопротивление по постоянному току и номинальный ток катушки.

Значение индуктивности и его допустимое отклонение

Очевидно, что поскольку мы говорим о катушке индуктивности, то именно индуктивность играет здесь главную роль. В большинстве радио- и высокочастотных приложений, в фильтрах высоких порядков, в селективных или генерирующих схемах, требующих высокой стабильности своих характеристик, или приложений, которым необходимо согласование импеданса, крайне важно, чтобы график зависимости индуктивности от частоты в полосе рабочих частот был как можно более плоским (рис. 1).

Рис. 1. График зависимости индуктивности от частоты для катушки серии WE-TCI типоразмера 0402 (номер по каталогу компании Würth Elektronik: 744901115)

И это еще не все. Поскольку на практике мы имеем дело с реальной, а не с идеальной катушкой индуктивности, то, кроме зависимости от частоты, индуктивность катушки в рабочем диапазоне частот не должна зависеть (или минимально зависеть) от тока и температуры. Вот та причина, по которой большинство ВЧ-катушек имеют керамический сердечник или не имеют его вообще (по факту в этом случае «сердечником» является воздух). Применение таких конструктивных решений связано с тем, что используемая для ВЧ-катушек керамика имеет очень низкий тепловой коэффициент расширения, который обеспечивает высокую стабильность индуктивности и хорошо фиксирует токопроводящий элемент. Тем не менее и керамика, и воздух не обладают магнитными свойствами, то есть их относительная магнитная проницаемость µ_r составляет примерно единицу. Согласно уравнению (1), индуктивность однослойной катушки (ВЧ-катушки, как правило, однослойные) определяется как:

где L — индуктивность; µ_r — относительная проницаемость материала сердечника; µ₀ — проницаемость свободного пространства 4π×10^–7 Гн/м; A_eff — эффективная площадь поперечного сечения катушки с сердечником; l_eff — эффективная длина катушки на сердечнике; N — число витков катушки.

Если µ_r ≈ 1, то значение индуктивности может увеличиваться только пропорционально квадрату увеличения числа витков, что конструктивно ограничено размерами компонента и габаритами каскада, в котором катушки применяются. Это причина того, что ВЧ-катушки на керамическом или воздушном сердечнике достигают значений индуктивности только в диапазоне наногенри. В случае если необходимы более высокие значения индуктивности, например в диапазоне микрогенри, то понадобятся ферритовые сердечники, относительная магнитная проницаемость которых намного больше единицы. Такое решение ВЧ-катушек имеет место в сериях WE-RFI и WE-RFH компании Würth Elektronik eiSos (далее — Würth Elektronik).

Во многих ВЧ-приложениях, таких как схемы фильтрации, схемы согласования импеданса или генерации, а также для обеспечения стабильности катушка индуктивности должна иметь очень жесткие допуски на свою индуктивность. Другими словами, требуется ВЧ-катушка, реальное значение индуктивности которой будет как можно ближе к указанному в ее спецификации номинальному значению. Такова причина, по которой многие инженеры ценят более узкие допуски, идя при этом даже на дополнительные затраты, конечно, в разумных пределах. Но, тем не менее, подобный подход часто имеет место.

Однако необходимо учитывать, что в спецификациях на катушки как значение их индуктивности, так и их допуск указаны только для определенной частоты и в реальной схеме могут отличаться от заявленных.

Частота собственного резонанса катушки

Частота собственного резонанса f_RES, обычно обозначаемая как SRF (Self-Resonant Frequency), показывает, до какой частоты данная катушка ведет себя как индуктивность. На частоте SRF катушка ведет себя как резистор (то есть не имеет реактивной составляющей импеданса) и характеризуется лишь чисто резистивными потерями, а вот за пределами частоты SRF катушка ведет себя уже как конденсатор. Изменение индуктивности Ls и поведение импеданса |Z| реальной катушки индуктивности, в зависимости от частоты, вы можете видеть на диаграмме, представленной на рис. 2.

Рис. 2. Графики зависимости индуктивности Ls (синий график) и модуля импеданса |Z| (красный график) от частоты для катушки серии WE-RFH типоразмера 1008 (номер по каталогу компании Würth Elektronik: 744758256A)

Как видно на графике зависимости, максимальное значение полного сопротивления катушки наблюдается на частоте SFR. Значение |Z| на частоте резонанса называется эквивалентным параллельным сопротивлением R_P и для ВЧ-катушки с высокой добротностью, как правило, находится выше 50 кОм. Откуда берется резонанс?

Рис. 3. Представление реальной ВЧ-катушки индуктивности (параллельные витки катушки действуют как электроды конденсатора, образовывая распределенную емкость)

Как показано на рис. 3, между проводами и/или внутренними контактами любой катушки индуктивности имеется распределенная емкость. С учетом этой паразитной емкости эквивалентная схема реальной катушки индуктивности выглядит так, как это представлено на рис. 4.

Рис. 4. Эквивалентная схема ВЧ-катушки индуктивности: L — индуктивность; R — потери в проводе; C — распределенная емкость

В качестве дополнительного важного примечания необходимо упомянуть, что фактически есть еще несколько дополнительных паразитных эффектов, которые усиливаются с частотой. Поэтому для каждой катушки индуктивности компания Würth Elektronik предлагает своим клиентам их S‑параметры, точно описывающие свойства компонента как функцию от частоты, которые учитывают все паразитные явления в катушке конкретного типа, типоразмера и номинальной индуктивности. Кроме того, для большинства серий своих ВЧ-катушек компания Würth Elektronik предлагает модели компонентов компании Modelithics, предназначенные для расчета в средах ADS и AWR. Компания Modelithics измеряет S‑параметры катушек индуктивности на подложках разного типа и толщины, создавая глобальные модели, которые масштабируют чувствительные к подложке паразитные эффекты, это приводит к очень точному моделированию конкретных компонентов.

Возвращаясь к теме SRF, представим расчетное соотношение между индуктивностью катушки L, ее распределенной емкостью C_p и собственной резонансной частотой SRF. Эта зависимость показана в уравнении (2):

Таким образом, поскольку паразитная емкость и индуктивность образуют параллельный колебательный контур, то SRF — это частота его резонанса. Или другими словами, это частота, на которой емкость компенсирует индуктивность, то есть оба реактивных сопротивления X_L и X_C равны.

Из предыдущего уравнения (2) также видно, что увеличение индуктивности и/или паразитной емкости снижает SRF, и наоборот. Поэтому чем больше значение индуктивности, тем ниже SRF.

Как отмечалось ранее, в большинстве случаев значение индуктивности должно быть стабильным и настолько близким к желаемому значению, насколько это возможно. На рис. 2 видно, что для этого сценария рабочая частота должна быть как можно дальше от частоты SRF. Консервативное эмпирическое правило гласит: работай на частоте по крайне мере в 10 раз ниже, чем значение SRF.

Однако бывают и исключения. Например, в случае если ВЧ-катушка используется в качестве дросселя для определенного диапазона частот, то весьма удобно выбирать ее так, чтобы рабочий диапазон частот был близок к значению ее SRF. Это связано с тем, что при таком раскладе импеданс катушки будет максимальным.

Повторим еще раз: если в спецификации типа datasheet собственная резонансная частота указана с минимальным значением в мегагерцах или гигагерцах, то такая ВЧ-катушка ведет себя как индуктивность, по крайней мере до тех пор, пока ее рабочая частота не достигнет хотя бы значения SRF.

Добротность

Добротность как фактор качества в равной степени относится и к ВЧ-катушкам, и к персональным компьютерам и автомобилям. Это очень важная характеристика и одна из первых вещей, которую каждый радиотехник принимает во внимание при оценке качества высокочастотной катушки индуктивности. Применительно к катушкам добротность (она традиционно обозначается буквой Q, от Q‑Factor — Quality Factor) — это соотношение (следовательно, это безразмерная величина) между накопленной энергией X_L (реактивное сопротивление катушки) и потерями R_S, то есть служит показателем того, насколько идеальна катушка индуктивности. Уравнение, описывающее этот показатель, имеет вид:

где ω — циклическая частота 2πf.

Более высокая добротность означает меньшие потери и, следовательно, меньшее затухание сигнала (минимизируя потребление энергии от источника возбуждения). При известной добротности, используя уравнение (4), можно вычислить эквивалентное параллельное сопротивление R_P катушки на частоте ее собственного резонанса, а зная R_P, можно прогнозировать ее поведение в схеме (рис. 4):

На более низких частотах, поскольку на них индуктивность примерно постоянна и реактивное сопротивление катушки небольшое, добротность Q получается низкой, но из уравнения (3) можно видеть, что вследствие роста реактивного сопротивления добротность также увеличивается с частотой (рис. 5).

Рис. 5. Зависимость добротности Q (черный график), реактивного сопротивления XL (синий график) и сопротивления потерь RS (красный график) для катушки индуктивности серии WE-RFH типоразмера 1008
(номер по каталогу компании Würth Elektronik: 744758256A)

На рис. 5 видно, что от области низких частот потери растут почти линейно, а значит, увеличивается и добротность. Однако для области высоких частот проявляются такие паразитные эффекты, как, например, скин-эффект, и потери внезапно увеличиваются, а следовательно, добротность, достигая своего максимума на некоторой частоте, начинает уменьшаться. В зависимости от производителя добротность Q задается либо как минимальное, либо как типичное значение для определенной частоты (обычно для той, для которой значение Q максимально). В случае с компанией Würth Elektronik, для того чтобы гарантировать клиентам значение добротности «как не менее», указывается ее минимальное значение.

Сопротивление постоянному току (RDC)

Такой параметр, как R_DC (иногда RDC или DCR), — это сопротивление катушки индуктивности постоянному току. Данный параметр не нужно путать с эквивалентным сопротивлением катушки на частоте резонанса, о котором говорилось ранее. Этот параметр описывает исключительно потери мощности в катушке индуктивности по постоянному току и на низких частотах. Для более высоких частот потери будут больше. Для ВЧ-катушек они связаны с такими эффектами, как скин-эффект или эффект близости. В любом случае знание R_DC является хорошей и простой отправной точкой для оценки потерь мощности ВЧ-индуктора. Очевидно, что R_DC зависит от толщины провода, которым выполнена катушка. Более толстая проволока означает не только меньшее значение R_DC, но и больший размер компонента. Поскольку добротность Q и R_DC как часть общих потерь R_S обратно пропорциональны (уравнение (3)), меньшее значение R_DC приводит к большему показателю добротности. В спецификациях R_DC определяется как максимально возможное значение «не более» в омах или миллиомах.

Номинальный рабочий ток

Номинальный рабочий ток I_R — это ток, при котором катушка индуктивности увеличивает свою температуру до определенного уровня относительно температуры окружающей среды ∆T (рис. 6).

Рис. 6. График зависимости номинального рабочего тока IR катушки индуктивности серии WE-AC HC (номер по каталогу компании Würth Elektronik: 7449152090)

Величина ∆T зависит от конструктивного исполнения и типоразмера катушек в серии. Для катушек компании Würth Elektronik допустимое значение ∆T может быть равно +15, +20 и +40 °C (иногда в спецификациях ∆T приводят в градусах Кельвина, K). В стандартных высокочастотных устройствах, если это не усилители мощности, ток обычно невелик, поэтому данный параметр играет второстепенную роль. Тем не менее в случаях, когда требуются более высокие токи, компания Würth Elektronik предлагает ряд сильноточных катушек, которые доступны в сериях WE-KI HC, WE-AC HC и WE-RFH.

Номинальный рабочий ток определяется как максимальный постоянный ток в амперах или миллиамперах, который может проходить через катушку индуктивности без достижения максимальной для нее номинальной температуры с учетом температуры окружающей среды.

Размеры

Уж где-где, а в ВЧ-схемах размер имеет значение! На рынке, где требуются конечные решения все меньших габаритов, инженеры всегда придают большое значение данному параметру, особенно это касается катушек, которые часто являются самыми крупными компонентами в узлах и даже блоках. Компания Würth Elektronik предлагает своим клиентам ВЧ-катушки типоразмеров 0201–1208 (дюймовые). Коммерчески доступные размеры и диапазоны номинальных значений индуктивности ВЧ-катушек компании Würth Elektronik приведены таблице 1.

В случае катушек без сердечника размер указывается в миллиметрах и зависит от значения индуктивности, то есть, проще говоря, от числа витков и шага.

На этом этапе уже очевидно, что все прокомментированные выше характеристики катушки индуктивности взаимосвязаны. Например, катушка индуктивности типоразмера 0402 не может иметь столько же витков, сколько катушка типоразмера 0805. То есть максимальное значение ее индуктивности будет ниже. Кроме того, меньший размер означает более тонкий провод, что приводит к большему R_DC и, соответственно, к более низкой добротности. Поэтому инженеры, выбирая оптимальную для своих приложений ВЧ-катушку, должны принимать во внимание, что между размером, производительностью и конструктивным исполнением катушки существуют некоторые компромиссы.

Выводы по первой части обсуждения

После того как мы уяснили основные параметры ВЧ-катушек, сможем понять и различия между ВЧ-катушками и силовыми катушками (дросселями). В то время как для силовой катушки важно иметь высокий импеданс, для ВЧ-катушки, как правило, все наоборот: то есть ВЧ-катушка должна быть как можно более близкой к идеальной и, соответственно, иметь низкие потери. По этой причине основной характеристикой для ВЧ-катушек является добротность, а вот для силовых катушек высокая добротность часто вредна и даже искусственно уменьшается.

После того как параметры, указанные в техническом описании ВЧ-катушки, стали понятны, следующим шагом будет подробный анализ каждой серии ВЧ-катушек, предлагаемых компанией Würth Elektronik. Это позволит оценить и понять преимущества и особенности каждого варианта конструкции и конкретной серии столь популярных и незаменимых высокочастотных компонентов.

Варианты конструктивного исполнения ВЧ-катушек

Компания Würth Elektronik предлагает три варианта конструктивного исполнения ВЧ-катушек: проволочные (с сердечником и без сердечника), многослойные и пленочные. Обзор коммерчески доступных серий ВЧ-катушек компании Würth Elektronik приведен в таблице 2.

Проволочные катушки

Как следует из названия, эти катушки индуктивности выполнены наматыванием медной проволоки на сердечник (для ВЧ-приложений чаще керамический с относительной магнитной проницаемостью, близкой к единице, или из карбонильного железа, редко из феррита) или на удаляемую в процессе их изготовления оправку («сердечником» тогда является воздух). ВЧ-катушки без сердечника требуют жесткой фиксации (клеем или керамическим основанием), иначе их индуктивность будет «плавать» от температуры (среды и собственной, о последнем не забываем) и механических воздействий — ударов и вибрации. Для повышения жесткости бескаркасных катушек иногда используют провод большего сечения, чем этого требует конечное приложение. По сравнению с другими решениями проволока толще, и поэтому потери в такой катушке будут ниже. Как мы уже видели, низкие потери означают низкое значение R_DC, высокую добротность Q и высокий номинальный ток I_R. Кроме того, количество возможных витков здесь достаточно велико, поэтому с помощью данной конструкции можно достичь широкого диапазона номинальных индуктивностей.

Однако у этой конструкции есть недостатки. Из-за толщины проводов и близости витков намотки катушки друг к другу емкостный эффект между ними будет значительно выше, особенно при большом количестве витков и меньшем шаге намотки (максимальном при намотке вплотную). По сравнению с другими конструктивными решениями эта относительно высокая паразитная емкость приводит к более низкому значению частоты собственного резонанса SRF.

Многослойные катушки

Такая катушка индуктивности образуется путем создания множеством керамических слоев с нанесенными друг на друга печатными электродами. Затем, соединяя токопроводящие элементы через переходные отверстия, можно создать уже саму катушку. Этот процесс изготовления позволяет получить очень маленькие по размерам и лучшие по цене катушки.

С другой стороны, из-за малого размера проводников потери в такой катушке оказываются выше, чем при проволочной намотке, что приводит к большому значению R_DC, довольно низкой добротности Q и низкому номинальному рабочему току I_R.

Тонкопленочные катушки

Тонкопленочная технология заключается в печати проволоки на керамическом слое с помощью фотолитографии. Этот очень точный и многократно повторяемый процесс обеспечивает очень жесткий допуск индуктивности. Кроме того, тонкопленочные катушки очень тонкие и могут быть выполнены в очень малых типоразмерах.

Поскольку поверхность такого чипа невелика, количество витков в обмотках весьма ограничено, то по сравнению с другими структурами диапазон индуктивности катушек, выполненных по этой технологии, получается значительно ниже.

Обзор серий ВЧ-катушек компании Würth Elektronik

Керамические проволочные SMD-катушки индуктивности серии WE-KI

ВЧ-катушки серии WE-KI очень популярны и широко востребованы у потребителей и представляют собой проволочные катушки с керамическим сердечником (KI — это сокращение от Keramische Induktivität, буквально: керамическая катушка индуктивности). Благодаря своей конструкции эта серия ВЧ-катушек предлагает наилучшее соотношение цены и качества.

В настоящее время компания Würth Elektronik в серии WE-KI предлагает три различных варианта ВЧ-катушек — A, B и C. Разница между ними заключается в различиях по внешнему виду и в том, что они изготавливаются на разных производственных линиях компании. Их параметры, внешний вид и цена немного различаются. Внешний вид вариантов исполнения ВЧ-катушек серии WE-KI представлен на рис. 7.

Рис. 7. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-KI компании Würth Elektronik

Преимущества ВЧ-катушек серии WE-KI:

• разработаны специально для высокочастотных приложений;
• наилучшее соотношение цены и качества;
• собственные резонансные частоты: до 12,5 ГГц;
• высокая температурная стабильность;
• высокая добротность;
• доступны катушки с различными допусками и типоразмерами;
• допуск по индуктивности: ±2% или ±5%;
• диапазон рабочих температур: –40…+125 °C.

Основные области применения ВЧ-катушек серии WE-KI:

• трансиверы;
• приемники спутникового телевидения;
• телевизионные приставки;
• системы широкополосной передачи сигналов;
• Bluetooth;
• оборудование беспроводной локальной сети (LAN).

Керамические сильноточные проволочные SMD-катушки индуктивности серии WE-KI HC

ВЧ-катушки серии WE-KI HC — одна из новейших серий компании Würth Elektronik. Как и серия WE-KI, они также представляют собой ВЧ-катушки с проволочной обмоткой на керамическом основании. Однако разница в том, что WE-KI HC имеет более толстый провод, следовательно, может выдерживать больший рабочий ток (поэтому в названии содержится HC — High Current, что означает «большой ток»). Кроме того, более толстый провод обеспечивает не только больший ток, но и более низкое значение R_DC, а значит, и более высокую добротность Q. Таким образом, можно сделать вывод, что серия WE-KI HC является версией серии WE-KI с более высокими характеристиками.

Преимущества ВЧ-катушек серии WE-KI HC:

• разработаны специально для мощных высокочастотных каскадов;
• значения индуктивности: 1–390 нГн;
• оптимальны для сильноточных приложений с номинальным рабочим током до 2,3 А;
• высокая собственная резонансная частота;
• очень высокая добротность;
• допуск по индуктивности: ±2%;
• диапазон рабочих температур: –40…+125 °C.

Основные области применения ВЧ-катушек серии WE-KI HC:

• широкополосные фильтры;
• схемы развязки по высокой частоте.

SMD-катушки индуктивности серии WE-RFI с ферритовым сердечником

ВЧ-катушки серии WE-RFI также имеют проволочную намотку, но с ферритовым сердечником. Что это меняет? Все! Преимущество использования ферритового сердечника заключается в том, что можно достичь более высоких значений индуктивности (до 40 мкГн). Однако у них есть и недостаток: потери феррита очень быстро растут с увеличением частоты, то есть SRF не достигает более сотен мегагерц. Таким образом, ВЧ-катушки серии WE-RFI используются только для приложений в диапазоне частот нескольких мегагерц. В этом диапазоне частот катушки показывают хорошую добротность Q. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-RFI представлен на рис. 8.

Рис. 8. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-RFI компании Würth Elektronik

Преимущества ВЧ-катушек серии WE-RFI:

• доступны с индуктивностью до 47 мкГн;
• высокая температурная стабильность;
• хорошая добротность;
• допуск по индуктивности: ±5%;
• диапазон рабочих температур: –40…+85 °C.

Основные области применения ВЧ-катушек серии WE-RFI:

• RFID;
• фильтры;
• низкочастотные радиочастотные приложения.

Сильноточные SMD-катушки индуктивности серии WE-RFH с ферритовым сердечником

Как для серии WE-KI существует сильноточная версия (WE-KI HC), так и для серии WE-RFI есть ее сильноточная версия — серия WE-RFH. Принцип ее конструктивного исполнения тот же, но с более толстым проводом, что позволяет катушке выдерживать большие токи. Поскольку конструкция и материалы аналогичны WE-RFI, достигнутые значения индуктивности также очень высоки. Основные области применения серии WE-RFH — телекоммуникационное оборудование.

Преимущества ВЧ-катушек серии WE-RFH:

• более высокий рабочий ток, чем у серии WE-RFI;
• высокая температурная стабильность;
• доступны с большой индуктивностью;
• хорошая добротность;
• допуск по индуктивности: ±5%;
• диапазон рабочих температур: –40…+85 °C.

Керамические многослойные SMT-катушки серии WE-MK

ВЧ-катушки серии WE-MK — это многослойные катушки, выполненные на керамике (MK — Multilayer Keramik, что по-немецки означает «многослойная керамика»). Как отмечалось ранее, благодаря тому, что катушка интегрирована в многослойную керамическую структуру, серия ВЧ-катушек WE-MK является лучшим выбором с точки зрения цены. Однако, с другой стороны, ее R_DC — выше, а добротность Q — ниже, чем у проволочных катушек индуктивности. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-MK представлен на рис. 9.

Рис. 9. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-MK компании Würth Elektronik

Преимущества ВЧ-катушек серии WE-MK:

• крайне низкая цена;
• маркировка полярности;
• очень высокая температурная стабильность;
• допуск по индуктивности: ±5%, ±0,3 нГн;
• очень высокое значение SRF;
• диапазон рабочих температур: –40…+125 °C;
• небольшие размеры и удобство пайки.

Основные области применения ВЧ-катушек серии WE-MK:

• высокочастотные цепи;
• Bluetooth;
• оборудование беспроводной локальной сети (LAN);
• фильтры;
• генераторы;
• ноутбуки;
• PCMCIA-карты.

Тонкопленочные SMT-катушки серии WE-TCI

ВЧ-катушки серии WE-TCI представляют собой катушки индуктивности, выполненные по тонкопленочной технологии (TCI — Thinfilm Chip Inductors, буквально: «тонкопленочные чип-индукторы»). Это наиболее точная серия ВЧ-катушек с точки зрения допуска на индуктивность, причем они обеспечивают очень плоскую кривую зависимости индуктивности от частоты. ВЧ-катушки серии WE-TCI отличаются очень низким профилем. По сути, речь идет о самой тонкой ВЧ-катушке индуктивности из всего каталога компании Würth Elektronik. Кроме того, хотя их добротность не так высока, как у серии WE-KI, по этому параметру они значительно лучше, чем серия WE-MK. В настоящее время серия WE-TCI предлагается с допуском по индуктивности 2%, но возможна поставка с допуском до 1%. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-TCI представлен на рис. 10.

Рис. 10. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-TCI компании Würth Elektronik

Преимущества ВЧ-катушек серии WE-TCI:

• очень высокая точность и плоская индуктивность во всем частотном диапазоне рабочих частот;
• высокая собственная резонансная частота;
• жесткие допуски: ±2% (±1% по запросу) или ±0,1 нГн;
• чрезвычайно низкий профиль;
• превосходная температурная стабильность;
• диапазон рабочих температур: –40…+125 °C;
• достаточно высокая добротность;
• небольшие размеры и удобство пайки.

Основные области применения ВЧ-катушек серии WE-TCI:

• мобильные телефоны;
• GPS-модули;
• оборудование беспроводной локальной сети (LAN);
• коммуникационные устройства;
• модули радиочастотных приемопередатчиков.

Сильноточные проволочные катушки без сердечника серии WE-CAIR

ВЧ-катушки серии WE-CAIR относятся к катушкам с «воздушным» сердечником. Они имеют проволочную структуру, но без сердечника, который не нужен из-за большего сечения используемого для их изготовления провода. Кроме того, их верхняя часть выполнена из эпоксидной смолы, что упрощает их выбор и размещение на печатной плате. Толстая проволока, естественно, обеспечивает очень низкие потери и, следовательно, чрезвычайно высокую добротность Q. Кроме того, это дает очень высокий допустимый номинальный ток (до 4 А). Очевидно, что использование провода с большим диаметром имеет свою цену — ВЧ-катушки серии WE-CAIR по своим размерам больше, чем все рассмотренные нами ранее ВЧ-катушки, и поскольку количество витков довольно ограничено, то доступно не так много вариантов с точки зрения значений индуктивности.

ВЧ-катушки серии WE-CAIR предлагаются в пяти различных размерах: 1322, 1340, 3136, 3168 и 4248. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-CAIR представлен на рис. 11.

Рис. 11. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-CAIR компании Würth Elektronik

Преимущества ВЧ-катушек серии WE-CAIR:

• разработаны специально для мощных высокочастотных каскадов;
• значения индуктивности: 1,65–538 нГн;
• очень высокая добротность Q: не менее 100;
• поддерживается высокий рабочий ток: до 4 А;
• допуски по индуктивности: ±2, ±5 и ±10%;
• хорошая паяемость (имеют луженые контакты);
• диапазон рабочих температур: –40…+125 °C.

Основные области применения ВЧ-катушек серии WE-CAIR:

• широкополосные фильтры;
• схемы развязки по высокой частоте.

Сильноточные проволочные катушки без сердечника серии WE-AC HC

ВЧ-катушки серии WE-AC HC представляют собой сильноточную версию, реализованную без сердечника, в виде горизонтальной катушки, которая выполнена плоской проволокой. Благодаря большой площади поперечного сечения проволоки катушки серии WE-AC HC могут выдерживать очень высокие токи. Номинальный ток ВЧ-катушек серии WE-AC HC достигает 40 А. Серия предлагается компанией Würth Elektronik в двух типоразмерах — 1010 и 1212. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-AC HC представлен на рис. 12.

Рис. 12. Внешний вид ВЧ-катушек серии WE-AC HC компании Würth Elektronik

Преимущества ВЧ-катушек серии WE-AC HC:

• индуктивность: 22–146 нГн;
• допуски по индуктивности: ±20%;
• не имеют насыщения и потерь в сердечнике;
• сверхнизкое значение R_DC;
• поддерживается очень высокий рабочий ток: до 40 А;
• очень высокая добротность Q;
• диапазон рабочих температур: –40…+125 °C.

Основные области применения ВЧ-катушек серии WE-AC HC:

• сильноточные DC/DC-преобразователи с рабочей частотой выше 4 МГц;
• усилители мощности;
• сильноточные фильтры;
• источники питания;
• регуляторы и стабилизаторы высокочастотных напряжений;
• магниточувствительные приложения;
• схемы развязки по высокой частоте.

Заключение

В статье рассмотрены особенности ВЧ-катушек и их отличия от силовых катушек индуктивности (дросселей) и предложения ВЧ-катушек из портфолио такой известной компании, как Würth Elektronik. Кроме объяснения наиболее важных характеристик ВЧ-катушек, были приведены аргументы для выбора оптимального варианта этих важных компонентов разных типов РЭА. Как можно видеть, предлагаемые компанией несколько серий высокочастотных катушек индуктивности могут быть использованы в самых разных радио- и высокочастотных приложениях.

Помимо рассмотренной номенклатуры изделий, в портфолио компании Würth Elektronik имеется еще много интересных предложений. Компания также поставляет компоненты, выполненные по индивидуальным заказам. Вся необходимая информация, включая модели рассмотренных компонентов, доступна на сайте компании Würth Elektronik — www.we-online.com.