在射頻和微波工作中，有一段時(shí)間必須在不降低該線路的高頻作用的情況下將直流電源引入信號(hào)承載線。常用的設(shè)備稱為“偏置三通”。下圖說(shuō)明了使用此類設(shè)備的兩種方法。

　　圖1 使用偏置三通用法的兩種常見方法。

　　在上部電路中，直流電被輸送到從其他事物接收信號(hào)的某物或另一物。在較低的電路中，直流電被輸送到正在向某物或其他物體輸送的其他東西。無(wú)論哪種情況，電感(RF扼流圈)都不應(yīng)在工作信號(hào)頻率下表現(xiàn)出自諧振，這就是挑戰(zhàn)所在。

　　制造RF扼流圈的一種方法是將電感器繞成錐形螺旋，如下所示。

　　圖2 錐形線圈示意圖。

　　任意表示，匝間電容顯示為“Cn”電容器的集合，從每個(gè)匝到RF地的電容顯示為“Cm”電容的集合。通過(guò)圓錐形排列，信號(hào)頻譜中的最高頻率由錐形尖端附近的電感支持，而較低的頻率由遠(yuǎn)離信號(hào)線本身的較大匝支持。Cm和Cn電容在靠近信號(hào)線的地方都保持較小，并且允許遠(yuǎn)離信號(hào)線較大，因?yàn)樾盘?hào)線的影響不太重要。

　　我們可以為此制作一個(gè)非常粗略的電路模型來(lái)說(shuō)明如何設(shè)置自諧振，以便RF扼流圈的最低自諧振頻率高于信號(hào)輸入到信號(hào)輸出路徑頻率跨度的最高工作頻率。

　　圖3 錐形扼流圈的電路模型。

　　每匝導(dǎo)線由Ln和Cn的并聯(lián)組合以及Cm的分流電容表示。雖然導(dǎo)線匝數(shù)之間會(huì)有交叉耦合，但我在這里選擇假設(shè)零交叉耦合只是為了使數(shù)學(xué)易于處理，而不是我自己的個(gè)人分析局限性。我必須跪下乞求你的原諒，但無(wú)論如何，一個(gè)有用的見解出現(xiàn)了。

　　以我們的起點(diǎn)在右邊，我們有一個(gè)假設(shè)主要是電感的阻抗，但我們將選擇它的電感值為零，這樣我們?cè)谶@個(gè)模型的左端看到的將是僅由錐形線圈本身產(chǎn)生的阻抗。

　　對(duì)于該模型的每個(gè)部分，從 j X1 開始，我們可以推導(dǎo)出 j X2 的方程。

　　圖4 錐形線圈每匝阻抗的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

　　每個(gè)部分呈現(xiàn)的 j X2 可以用作左側(cè)下一部分的新 j X1。對(duì)于我們選擇檢查的每個(gè)頻率，該計(jì)算會(huì)重復(fù)多次，因?yàn)榫€圈中的匝數(shù)。因此，該計(jì)算過(guò)程是迭代的。

　　現(xiàn)在，我們來(lái)看看實(shí)際錐形電感器規(guī)格的一部分，以了解實(shí)際元件的特性。

　　圖5 真實(shí)世界的錐形電感器。

　　請(qǐng)注意，該器件的指定可用頻率范圍為100 kHz至40 GHz。這是8.644個(gè)八度或2.602個(gè)十進(jìn)制的跨度，坦率地說(shuō)是相當(dāng)巨大的。我在下面嘗試的模擬結(jié)果遠(yuǎn)沒有那么好，但它仍然表明有足夠的帶寬用于衛(wèi)星無(wú)線電服務(wù)。

　　圖6 模擬錐形電感的感抗。

　　請(qǐng)注意，現(xiàn)實(shí)世界的部分在物理上非常小。從第一個(gè)匝的Ln為50 nHy的幾個(gè)公認(rèn)的輕率假設(shè)開始，我們選擇將隨后四十四個(gè)匝的Ln值減少0.9452倍，從而產(chǎn)生840 nHy的最終電感值，我們?cè)? MHz下測(cè)試，遠(yuǎn)低于任何諧振。

　　我們還假設(shè)每個(gè)電容看似超微小，每匝0.001 pF，我們進(jìn)一步減少每匝0.6倍的后續(xù)匝數(shù)。仿真的結(jié)果是無(wú)諧振的電感行為，最高可達(dá)略低于10 GHz。

　　這些結(jié)果是否合適?我無(wú)法證明這一點(diǎn)，但我懷疑他們是。至少它們似乎暗示了可購(gòu)買物品的錐形結(jié)構(gòu)的有效性和優(yōu)點(diǎn)。

　　約翰·鄧恩 是一名電子顧問(wèn)，畢業(yè)于布魯克林理工學(xué)院(BSEE)和紐約大學(xué)(MSEE)。