CN1823396B - 电感系统及其制造方法、印刷电路板和调谐器 - Google Patents

电感系统及其制造方法、印刷电路板和调谐器 Download PDF

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Abstract

一种包括彼此串联耦合在一起的印刷线圈(11，21)形式的第一部分和非印刷线圈(12，22)形式的第二部分的电感系统(1，2)可具有相对大的电感值和仍然具有相对小的尺寸。非印刷线圈(12、22)包括空心线圈。该电感系统(1，2)的总电感基本上等于印刷线圈(11，21)的电感加上空心线圈的电感加上互感，这取决于印刷线圈(11，21)和空心线圈之间的重叠区域。非印刷线圈(12)的一端耦合到印刷线圈(11)的中心端，非印刷线圈(12)的另一端和印刷线圈(11)的外端构成电感系统(1)的端部，从而紧凑地耦合两个线圈(11，12)。

Description

电感系统及其制造方法、印刷电路板和调谐器
技术领域
本发明涉及一种电感系统、一种包括电感系统的印刷电路板、包括具有电感系统的滤波器的调谐器以及制造电感系统的方法。
这种电感系统的例子是线圈、芯片电感器等。调谐器例如形成电视接收机的一部分。
背景技术
现有技术的电感系统可从US6163300中知道，其在图2中公开了一种芯片电感器，在其图6中公开了一种螺旋线圈，并且在其图17-19中公开了一种图形线圈。
在电视接收机中的调谐器中，需要具有相对大的电感值的电感系统。当通过将螺旋线圈安装在印刷电路板上来实现这种相对大电感值时，这种螺旋线圈具有相对大的物理尺寸。这就在印刷电路板上给其它元件留下很小的空间，或者印刷电路板必须做成相对大的尺寸。当通过在印刷电路板中印刷图形线圈来实现这种相对大电感值时，这个图形线圈具有相对大的物理尺寸。这就在印刷电路板中给其它印刷留下较小的空间，或者印刷电路板必须做成相对大的尺寸。
已知的电感系统是不利的，除其它因素之外，这是由于，对于相对大的电感值来说，具有相对大的尺寸。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电感系统，对于相对大的电感值，其具有相对小的尺寸。
本发明的其它目的是提供包括电感系统的印刷电路板，对于相对大的电感值，其具有相对小的尺寸；提供一种包括具有电感系统的滤波器的调谐器，对于相对大的电感值，其具有相对小的尺寸；提供一种制造电感系统的方法，对于相对大的电感值，其具有相对小的尺寸。
根据本发明的电感系统包括：印刷线圈形式的第一部分，其包括由至少一个轨迹宽度和至少一个线匝间隔限定的多个线匝；和空心线圈形式的第二部分；其中印刷线圈和空心线圈串联耦合在一起。
通过串联耦合印刷线圈(例如图形线圈等)和空心线圈(例如芯片电感器等)，两种线圈的电感值增加，导致电感系统具有相对大的电感值。因而，两个线圈串联耦合，从而使电感系统的电感值比每个单独线圈的每个电感值大。由于第一部分是印刷的，因此位于印刷电路板中，第二部分是非印刷的，因此安装在印刷电路扳上，该电感系统有效地利用了可获得的空间，并且具有相对小的尺寸。
应该指出的是，US6307440 B1公开了一种电感系统，其具有在印刷电路板中的图形线圈和安装在印刷电路板上的空心线圈(air-core).然而，这些线圈并联耦合，从而通过调节空心线圈相对于印刷电路板的角度来调节振荡器电路的振荡频率.这两个线圈各包括半匝或以上和小于一匝，因此不由至少一个线匝间隔限定，这是因为线匝间隔需要线圈具有大于1的线匝.因而，这种电感系统不包括串联耦合的线圈，并且没有设计成、适合于或设置成使电感系统的电感值大于单独线圈的单独电感值.
根据本发明的电感系统的第一实施例，通过包括另外数量的线匝的空心线圈(air coil)来实现非印刷线圈，所述另外数量的线匝是由至少一个线直径和至少一个线圈直径限定的，从而可以将非印刷线圈磁性地耦合到其它元件和/或印刷电路板的其它部分上。
根据本发明的电感系统的第二实施例，该电感系统的总电感基本上等于印刷线圈的电感加上空心线圈的电感加上互感。因此，该电感系统的电感值可以做成大于两个线圈的电感值的总和，这取决于互感的符号。
根据本发明的电感系统的第三实施例，可以通过组合右旋空心线圈或左旋空心线圈与顺时针印刷线圈或逆时针印刷线圈并通过选择空心线圈的长度来选择互感的值，并且随着空心线圈的长度而增加，直到达到印刷线圈和空心线圈之间的最大重叠面积为止。
根据本发明的电感系统的第四实施例，线匝的数量进一步由中心路径的直径和调谐方向(顺时针或逆时针)来限定，并且线匝的数量进一步由调谐取向(右转或左转)来限定，从而产生更多的设计选择方案。
根据本发明的电感系统的第五实施例，空心线圈的一端耦合到印刷线圈的中心端，空心线圈的另一端和印刷线圈的外端构成电感系统的端部，这两个线圈以紧凑方式耦合在一起。
根据本发明的电感系统的第六实施例，印刷线圈可以印刷在印刷电路板的内层或外层上，从而具有更多的设计选择方案，并且使用的层的种类是对电感系统的功能有很小的影响。
在不脱离本发明的范围的情况下，印刷线圈可以是圆柱形、矩形、六边形等，并且空心线圈可以是圆柱形、矩形、六边形等。因此，术语“匝”可以是圆形匝种类、矩形匝种类、六边形匝种类等。
根据本发明的印刷电路板、根据本发明的调谐器以及根据本发明的方法的实施例与根据本发明的电感系统的实施例相对应。
本发明基于以下认识：避免使用大印刷线圈和大非印刷线圈；并且基于以下基本思想：即，两种线圈可以通过将它们串联耦合而有效地组合。
本发明解决了该问题，提供一种电感系统，对于相对大的电感值，其具有相对小的尺寸，并且在有效地使用可获得的空间这方面是有利的。
本发明的这些和其它方案将在下面参照附图进行说明。
附图说明
附图中：
图1表示根据本发明的电感系统的方框图形式；
图2表示根据本发明的另一电感系统的方框图形式；
图3表示根据本发明的调谐器的方框图形式；和
图4表示印刷线圈和空心线圈的示意顶视图。
具体实施方式
图1所示的根据本发明的电感系统1包括被印刷在印刷电路板13上的印刷线圈11以及安装在印刷电路板13上的空心线圈12。两个线圈11、12串联耦合，空心线圈12的一端耦合到印刷线圈11的中心端，空心线圈12的另一端和印刷线圈11的外端形成电感系统1的端部。
图2所示的根据本发明的电感系统2包括印刷在印刷电路板23上的印刷线圈21和安装在印刷电路极23上的空心线圈22。两个线圈21、22串联耦合，空心线圈22的一端耦合到印刷线圈21的外端，空心线圈22的另一端和印刷线圈21的内端形成电感系统2的端部。
图3所示的根据本发明的调谐器包括将要耦合到天线或电缆或卫星接收机等上的天线输入端31。天线输入端31耦合到滤波器32的输入端，滤波器32的输出端耦合到放大器33的输入端，放大器33的输出端耦合到带通滤波器34的输入端，带通滤波器34的输出端耦合到混合器35的输入端，等。滤波器32包括耦合在滤波器32的输入端和输出端之间的线圈36。滤波器22还包括耦合在滤波器32的输出端和地之间的线圈37，以及与线圈37并联耦合的串联电路，该串联电路包括可变电容器38和电容器39。这个串联电路的公共点经电阻器40耦合到用于接收控制电压的控制输入端，用于为了调谐目的而调节可变电容器38。每一个线圈36和37可与图1或2所示的电感系统1或2相对应。带通滤波器34还可包括电感系统1或2。
图4所示的印刷线圈11和空心线圈12的顶视图包括具有半径(R2)的印刷线圈11和具有线圈直径(D)和长度(L)的空心线圈12。重叠区域50、51、52包括具有等于0.5L R2sin的表面面积的第一三角形50、具有等于0.5(R2)2的表面面积的圆环段51、以及具有等于0.5DR2sin(θ)的表面面积的第二三角形52。
印刷线圈11包括由至少一个轨迹宽度(w)和至少一个线匝间隔(s)限定的多个(n)线匝，空心线圈12包括由至少一个线直径(W)和至少一个线圈直径(D)限定的另外数量(T)的线匝。线匝的数量(n)进一步由中心路径的直径(R1)和调谐方向(d是顺时针或逆时针)限定，线匝的另外数量(T)进一步由调谐取向(0是左或右)限定。中心路径的直径(R1)与最内路径的直径相对应，半径(R2)与最外路径的直径的一半相对应。电感系统1的总电感基本上等于印刷线圈11的电感加上空心线圈12的电感加上互感。通过组合右旋空心线圈或左旋空心线圈与顺时针印刷线圈或逆时针印刷线圈并通过选择空心线圈12的长度(L)来选择互感的值，其中互感随着空心线圈12的长度(L)而增加，直到达到印刷线圈11和空心线圈12之间的最大重叠区域(50，51，52)为止。对于与顺时针印刷线圈11相组合的右旋空心线圈12和对于与逆时针印刷线圈11相组合的左旋空心线圈12来说，互感是相对大的负值。对于空心线圈与印刷线圈的其它组合，对于具有相对低数量(T)线匝的空心线圈来说互感是稍微负的，对于具有增加数量的线匝(T)互感逐渐变为正的。互感相对独立于用于印刷线圈11的层(内层或外层)的种类。
印刷线圈11的电感值应该例如至多是电感系统1的电感值的1/3，从而避免印刷电路板因素如刻蚀精度和介电常数等的扩展具有太大的影响.当在100MHz区城内使用时，空心线圈12可具有大约200nH的电感和大约100的品质因素Q，印刷线圈11可具有大约150nH的电感和大约65的品质因素Q，电感系统具有大约350nH的电感和大约84的品质因素Q.
在不脱离本发明的范围的情况下，印刷线圈11、21可以是圆柱形、矩形、六边形等，空心线圈12、22可以是圆柱形、矩形、六边形等，因此，术语“匝”可以是圆形匝种类、矩形匝种类、六边形匝种类等。
例如在“对于A”和“对于B”中的表述“对于”不排除可以“对于C”同时执行或不执行其它功能。表述“X耦合到Y”和“在X和Y之间耦合”和“耦合X和Y”等不排除元件Z位于X和Y之间。表述“P包括Q”和“包括Q的P”等不排除同时包括/包含元件R。
应该指出的是，上述实施例只是示意性的，并不限制本发明，并且本领域金属人员可以设计很多替换实施例而不会脱离所附权利要求的范围。在权利要求书中，置于括号内的任何参考标记不应该构成对权利要求的限制。使用动词“包括”及其变化形式不排除存在权利要求中所述以外的其它元件或步骤。在元件前面的冠词“一”和“一个”不排除存在多个这种元件，在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地使用这些措施的组合。
本发明基于以下认识：避免使用大印刷线圈和大非印刷线圈；并且基于以下基本思想：即，两种线圈可以通过将它们串联耦合而有效地组合。
本发明解决了该问题，提供一种电感系统，对于相对大的电感值，其具有相对小的尺寸，并且在有效地使用可获得的空间这方面是有利的。

Claims (7)

1.一种电感系统(1，2)，包括：
印刷线圈(11，21)形式的第一部分，其包括由至少一个轨迹宽度和至少一个线匝间隔限定的多个线匝；和空心线圈(12，22)形式的第二部分；其中印刷线圈(11，21)和空心线圈(12，22)串联耦合在一起，
其中空心线圈(12，22)包括由至少一个线直径和至少一个线圈直径(D)限定的另外数量的线匝，
其中该电感系统(1，2)的总电感基本上等于印刷线圈(11，21)的电感加上空心线圈的电感加上互感，
其中通过组合右旋空心线圈或左旋空心线圈与顺时针印刷线圈或逆时针印刷线圈并通过选择空心线圈的长度(1)来选择互感的值，并且互感随着空心线圈的长度(1)而增加，直到达到印刷线圈(11，21)和空心线圈之间的最大重叠区域(50，51，52)为止。
2.根据权利要求1的电感系统(1，2)，其中印刷线圈(11，21)的线匝的数量进一步由中心路径的直径(R1)和调谐方向来限定，并且空心线圈的线匝的另外数量进一步由调谐取向来限定。
3.根据权利要求1的电感系统(1)，其中空心线圈(12)的一端耦合到印刷线圈(11)的中心端，空心线圈(12)的另一端和印刷线圈(11)的外端构成电感系统(1)的端部。
4.根据权利要求1的电感系统(1，2)，其中印刷线圈(11，21)被印刷在印刷电路板(13，23)的内层或外层上。
5.一种印刷电路板(13，23)，其包括电感系统(1，2)，所述电感系统包括：印刷线圈(11，21)形式的第一部分，其包括由至少一个轨迹宽度和至少一个线匝间隔限定的多个线匝；和空心线圈(12，22)形式的第二部分；其中印刷线圈(11，21)和空心线圈(12，22)串联耦合在一起，并且印刷线圈(11，21)被印刷在印刷电路板(13，23)的内层或外层上，
其中空心线圈(12，22)包括由至少一个线直径和至少一个线圈直径(D)限定的另外数量的线匝，
其中该电感系统(1，2)的总电感基本上等于印刷线圈(11，21)的电感加上空心线圈的电感加上互感，
其中通过组合右旋空心线圈或左旋空心线圈与顺时针印刷线圈或逆时针印刷线圈并通过选择空心线圈的长度(1)来选择互感的值，并且互感随着空心线圈的长度(1)而增加，直到达到印刷线圈(11，21)和空心线圈之间的最大重叠区域(50，51，52)为止。
6.一种调谐器(3)，其包括具有电感系统(1，2)的滤波器(32)，所述电感系统包括：印刷线圈(11，21)形式的第一部分，其包括由至少一个轨迹宽度和至少一个线匝间隔限定的多个线匝；和空心线圈(12，22)形式的第二部分；其中印刷线圈(11，21)和空心线圈(12，22)串联耦合在一起，
其中空心线圈(12，22)包括由至少一个线直径和至少一个线圈直径(D)限定的另外数量的线匝，
其中该电感系统(1，2)的总电感基本上等于印刷线圈(11，21)的电感加上空心线圈的电感加上互感，
其中通过组合右旋空心线圈或左旋空心线圈与顺时针印刷线圈或逆时针印刷线圈并通过选择空心线圈的长度(1)来选择互感的值，并且互感随着空心线圈的长度(1)而增加，直到达到印刷线圈(11，21)和空心线圈之间的最大重叠区域(50，51，52)为止.
7.一种制造电感系统(1，2)的方法，包括以下步骤：制造印刷线圈(11，21)形式的第一部分，其包括由至少一个轨迹宽度和至少一个线匝间隔限定的多个线匝；和制造空心线圈(12，22)形式的第二部分；以及将印刷线圈(11，21)和空心线圈(12，22)串联耦合在一起，
其中空心线圈(12，22)包括由至少一个线直径和至少一个线圈直径(D)限定的另外数量的线匝，
其中该电感系统(1，2)的总电感基本上等于印刷线圈(11，21)的电感加上空心线圈的电感加上互感，
其中通过组合右旋空心线圈或左旋空心线圈与顺时针印刷线圈或逆时针印刷线圈并通过选择空心线圈的长度(1)来选择互感的值，并且互感随着空心线圈的长度(1)而增加，直到达到印刷线圈(11，21)和空心线圈之间的最大重叠区域(50，51，52)为止。
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