平面螺旋电感设计

HFSS微波器件设计分析实例—中文视频教程
实例八：平面螺旋电感的设计分析
讲
易迪拓培训(https://www.sodocs.net/doc/ac15469624.html,)

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内容概述
电感作为一种重要的无源元件,广泛应用于射频电路中实现调谐、 匹配、滤波等功能；平面螺旋电感易整合，成本低，因此多应用 于射频集成电路中。 这一讲主要讲解如何使用HFSS分析设计图示的平面螺旋电感， 并给出该电感的品质因数Q值分析结果的电感值L分析结果
Ansoft LLC
8.50 6.00 Q11
Q
HFSSDesign1
Curve Info Q11 Setup1 : Sw eep1
Ansoft LLC
4.25E-009
L11
HFSSDesign1
Curve Info L11 Setup1 : Sw eep1
2.25E-009 L11
3.50 1.00 -1.50 -4.00 0.00
2.50E-010
-1.75E-009
5.00
10.00 Freq [GHz]
15.00
20.00
-3.75E-009 0.00
5.00
10.00 Freq [GHz]
15.00
20.00

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平面螺旋电感理论分析
平面螺旋电感有两个性能能参数：品质因数Q和电感值L 品质因数Q
电感品质因数的大小是用来表示电感性能好坏的一个指标， 其定义为一个周期内电感中存储能量和消耗能量的比值
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电感值L
根据Wheeler方程式，平面螺旋电感L理论值可以由下式计算
L = μ0 N 2
K1d avg 1+ K2ρ
其中，N是电感的圈数，K是与布局相关的系数
d avg = (d in + d out ) / 2
ρ = (d out ? d in ) /(d out + d in )

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HFSS仿真结果推算L值和Q值
使用HFSS仿真分析电感时，是把电感当做成一个双端口器件；但是当我们计算电感的等 效电感值L和品质因数Q时，都是把一端接地；此时，另一端看进去的阻抗为Zin，则Q的定 义为Zin的虚部与实部的比值，而L定义为虚部除以角频率
任何双端口器件，我们可以用左图电路模型求出的Z参数，其关系式为：
v1 = z11i1 + z12i2
v2 = z21i1 + z22i2
当端口2接地后，有
i2 = ?
z 21i1 z 22
此时，
v1 = z11i1 ? z12
v1 1 = i1 Y11
z 21i1 z z 1 = i1 ( z11 ? 12 21 ) = i1 z 22 z 22 Y11
z in = ?

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HFSS设计流程
新建工程：Spiral_Inductor 求解类型：Driven Terminal 设计建模（长度单位：um）
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Air
Substrate
Material：My_Sub ( Er=11.9, Conductivity=10) 顶点（-270，-270，0）, 长x宽x高=540x540x300
Top
Oxide
Material：My_Oxide ( Er=4 ) 顶点（-270，-270，300）, 长x宽x高=540x540x9.8
Oxide
Top
Material：My_Oxide ( Er=7.9 ) 顶点（-270，-270，309.8）, 长x宽x高=540x540x0.7
Substrate
Air
Material：vacuum 顶点（-270，-270，0）, 长x宽x高=540x540x600

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HFSS设计流程（续）
Ring
高度0.8um
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Spiral
Spiral
Material：My_Mental (Conductivity=2.8x107) 位于Z=304.8um的平面，厚度为2um，线宽为15um 创建和使用相对坐标系，相对坐标系坐标原点为（0，0，304.8） 使用Sweep工程创建，Sweep使用的平面位于XZ面， 顶点坐标（-60,7.5,0），大小为15umx2um
Ring
Material：pec 位于Z=304.8um的平面，厚度为2um，线宽为15um 矩形外径450um，内径420um
网格剖分
手动设置Spiral的网格剖分
设置边界条件
辐射边界条件和理想导体边界条件
设置激励方式
集总端口激励

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HFSS设计流程（续）
求解设置
求解频率：20GHz 扫频设置：0.1~20GHz，插值扫频
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设计检查和运行仿真分析 添加输出变量和查看分析结果 Zin = 1/Y11 Q11= Im(Zin)/ Re(Zin) L11= Im(Zin)/ (2*pi*Freq)
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8.50 6.00 Q11
L11
Q
HFSSDesign1
Curve Info Q11 Setup1 : Sw eep1
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4.25E-009
L11
HFSSDesign1
Curve Info L11 Setup1 : Sw eep1
2.25E-009
3.50 1.00 -1.50 -4.00 0.00
2.50E-010
-1.75E-009
5.00
10.00 Freq [GHz]
15.00
20.00
-3.75E-009 0.00
5.00
10.00 Freq [GHz]
15.00
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下面启动HFSS 软件，讲解演示 HFSS 的详细设 计操作

微波EDA网
HFSS中文视频学习培训课程套装
HFSS —— High Frequency Structure Simulator, 是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件；是世界上第一个商业 化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。 HFSS是当今最流行的微波无源器件和天线设计软件。为了帮助广大工程师快速学习掌握HFSS，本站联合易 迪拓培训共同撰写的《HFSS电磁仿真设计应用详解》已由人民邮电出版社出版，同时本站也推出了HFSS中文视 频学习培训课程套装。套装中的视频教程都有专家讲解，权威经典，物超所值，能够帮助您以最直观的方式、最 快的速度自学掌握HFSS。 01. HFSS电磁仿真设计应用详解——人民邮电出版社出版，微波EDA网资深工程师编写 本站联合易迪拓培训共同编写，人民邮电出版社2010年4月出版。作者是有着多年HFSS使用经验 的资深工程师，因此在讲解时尽量摒弃烦琐的理论推导、抽象的概念，多从工程实践的角度出 发，采用通俗易懂的语言和直观的工程实例；理论介绍和工程实践相结合，图文并茂，帮助没 有HFSS使用基础的初学者毫无障碍地进入HFSS设计领域。书中不仅要让读者学习到怎么操作、 怎么使用HFSS，还要让读者明白为什么要这么操作。知其然并知其所以然，才能熟练掌握，举 一反三，活学活用。【点击了解详情...】 02. 两周学会HFSS——中文视频培训教程 【推荐精品】 该套视频培训课程由资深专家、《HFSS电磁仿真设计应用详解》一书的作者亲自讲授，权威经 典。本站联合易迪拓培训历时6个月精心制作，全程中文讲解，配合视频操作演示，直观、生 动、易学。通过两周十四天的课程学习，让您在最短的时间内迅速熟悉、学会并掌握HFSS的实际 操作和工程应用，学完之后真正能够把HFSS应用到实际研发工作中去。两周14天的高清视频课 程，让您想学不会HFSS都难,现在优惠价仅需440元。 【点击了解详情...】 03. HFSS微波器件设计实例——中文视频教程 【推荐精品】 该套视频课程HFSS的中级进阶培训课程，以多个工程实例详细地讲解了使用HFSS分析和设计微 波器件的具体操作，以及HFSS的使用技巧和设计流程。每个设计实例都是有目的性地选择出来 的；对于每个设计实例，课程中不仅会详细地讲解了其完整的HFSS仿真分析过程，而且更重要的 是每个实例都会有针对性地讲解多个HFSS高级使用功能和应用技巧；学完之后，学员能够更加深 入透彻地的理解和掌握HFSS的工程应用。 【点击了解详情...】 04. HFSS 雷达散射截面分析——中文视频培训教程 雷达散射截面（Radar Cross Section — RCS）的分析预估是电磁理论研究的重要课题，使用HFSS 可以方便的分析计算各种目标物体的RCS。《HFSS雷达散射截面分析》中文视频教程全面剖析了 如何使用HFSS分析计算各种目标物体的RCS，详细讲授和演示如何使用HFSS分析计算单站 RCS、双站RCS和宽频RCS，以及如何同时仿真计算并查看不同视角的单站RCS和双站RCS。 【点击了解详情...】 05. HFSS11三维电磁仿真设计初级培训——中文视频教程 该套课程是HFSS v11的入门视频课程，全长390分钟左右，全程中文语音讲解，视频直观演示， 能够帮助您最迅速的理解和正确使用HFSS，并把HFSS应用到实际研发工程中去。教程讲解了 HFSS的用户界面、建模操作、边界条件和激励、求解设置等基础内容；视频教程，直观、生 动、高效，是HFSS11学习入门最便捷的学习培训教程。 【点击了解详情...】
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