CN202713788U

CN202713788U - 电控可变电感器

Info

Publication number: CN202713788U
Application number: CN 201220396703
Authority: CN
Inventors: 阎跃军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-04
Filing date: 2012-08-04
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-08-04

Abstract

本实用新型公开了一种电控可变电感器，其包括基板、该电控可变电感器还包括芯体、印制在该基板上的电感和该电感的一对电极、印制在该基板上的电控制线圈和该电控制线圈的一对电极、在该电控制线圈内和该电感内有一个孔、该芯体嵌入在该孔内。通过改变该电控制线圈的电流，实现了高频微波的电感量的连续可变。

Description

电控可变电感器

技术领域

本实用新型涉及一种电控可变电感器，尤其涉及一种可用于各种高频及微波电路的电控可变电感器。

背景技术

在电子器件家族里，可调电感器的存在使电子回路的制作变得更加灵活，方便。在几百MHz以下的电子回路中，可调电感器已得到广泛的应用，如匹配电路、调谐电路等。可是当使用频率在更高时，比如几千MHz以上，现有的集中参数可调电感器已不能反映电感的特性，频率特性变坏，Q值变小，已失去电感使用效能。

现有的可调电感器的电感是以铜漆包线绕制而成，中间加磁芯，其问题在于体积大，很难满足射频电路小型化的要求，我们知道射频系统的电路一般都需要屏蔽金属盒，器件的体积(高度)越大，占有的空间越大，其屏蔽盒的加工成本越大；由于该电感是铜线绕制的电感，不是射频带状线，其射频特性作不高，其自谐振频率在几个GHz，但其工作频率很难做到2GHz以上，另外为了保持线圈的气密性和固定性，一般用树胶灌注其支架，只适合于手工焊接和波峰焊接，不适合回流焊自动焊接。还有，铜丝绕线的加工复杂，大批量生产，需要很多台机器同时工作，费时费工。

还有，现有的手动式机械调节电感，其弱点有：自谐振频率做不高、不能电控调节、调节精度不好控制、体积大等。在需要高自谐振频率、高精度调节、快速调节电感量、体积小时，不能满足其要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种电控可变电感器，其应用在更高的频段，Q值更高，体积小，可高精度、快速地连续电控调节电感量，适合于大批量工业化生产。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种电控可变电感器，其包括基板、其特征在于该电控可变电感器还包括：芯体、印制在该基板上的电感和该电感的一对电极、印制在该基板上的电控制线圈和该电控制线圈的一对电极、在该电控制线圈和该电感内有一个孔、该芯体嵌入在该孔内。

本实用新型的有益效果是：通过电流或电压控制来高精度、快速地改变电感的电感量，其工作频率高，电感的Q值高，气密性好，体积小，加工成本低，适合于大批量工业化生产，并且可以回流焊自动表贴(SMT)。

因此本实用新型具有以下优点：

a.在高频及微波频段实现了电感量的高精度电控可调；

b.由于不需要手动螺杆式调节，其体积小，自谐振频率高；

c.由于电感是印制在多层基板内，电感线圈间没有空气，气密性好，Q值高；

d.由于整体构成只有基板和芯体，便于回流焊自动表贴(SMT)；

e.构造简单，制作成本低，便于大批量工业化生产，便于各种电路使用；

f.适用于各种调谐回路，滤波器电路，匹配回路，核磁共振，相控阵天线；

g.适用于要求电感量精度高，而固定电感偏差大，有时需要回路各部分调整用以满足全体电路特性的情况；

h.特别适合于手机的天线匹配和调谐。

附图说明

图1本实用新型第一实施方式的电控可变电感器的电感和电流控制线圈的结构示意图。

图2本实用新型第一实施方式的电控可变电感器的基板的底层结构示意图。

图3本实用新型第一实施方式的电控可变电感器的芯体的结构示意图。

图4本实用新型第一实施方式的电控可变电感器的立体结构示意图。

图5本实用新型第一实施方式的电控可变电感器的另一个立体结构示意图。

图6本实用新型第二实施方式的电控可变电感器的电感和电流控制线圈的结构示意图。

图7本实用新型第二实施方式的电控可变电感器的立体结构示意图。

图8本实用新型的第三实施方式的电控可变电感器的立体结构示意图。

图9本实用新型的第三实施方式的电控可变电感器的俯视图。

图10本实用新型的第三实施方式的电控可变电感器的顶层和底层上各覆盖有一层陶瓷层或保护层的俯视图。

图11本实用新型的第三实施方式的电控可变电感器的批量生产加工拼版图。

具体实施方式

本实用新型第一实施方式的电控可变电感器，其包括基板1，印制在该基板1上的电感6，该电感6的一对电极6-3、6-4、芯体7、还包括印制在该基板1上的电控制线圈8。该基板可以是一层或多层的PCB。本实施方式中的PCB是2层PCB板，该电感6是一个印制(或称为印刷)在2层PCB里的金属带状线，其形状是一个线圈，该印制的金属带状线的宽度和形状可决定该电感6的电感量的大小。该电感6的长度越短，其自谐振频率越高，该电感的工作频率越高。

在该基板1上还可以有一个孔，本实施方式是在该基板1的中心部开有一个孔2，该孔2可以是圆孔、方孔或三角孔等其它形状的孔。本实施例是一个圆孔，圆孔便于加工。该圆孔的半径要小于该电感6以及该电控制线圈8的半径。即在该电控制线圈和该电感内有一个孔2、该芯体7嵌入在该孔2内。该芯体7也是一个圆柱体，该芯体7也可以是方柱体、三角柱体等其它形状的柱体，该圆孔2与该芯体7的直径相同，该芯体7嵌入(安装)在该孔2内，其表层用树脂或胶密封，可防止该芯体7脱落。这里要说明的是，也可以不需要该圆孔2，可以将该芯体7直接粘贴或固定在该电控制线圈8的中心位置、近旁、上方或下方。总之，通过改变流过该电控制线圈8上的电流的强弱(大小)，可改变该芯体7周围的磁通量，进而改变该电感6的电感量，从而达到电感电控可变的目的。这里还要说明的是：该电控制线圈8上的控制电信号可以是电流或电压。当该电控制线圈8的两端加入的是电流变化信号时，该芯体7周围的磁通量会发生变化；但该电控制线圈8的一端加入一个电压控制信号，该电控制线圈8的另一端与一个固定电阻相连接，该固定电阻的另一端接地，这样改变该电压控制信号的大小，该线圈8上的电流也会发生变化，从而达到改变该芯体7周围磁通量，进而达到改变电感电控可变的目的。

该基板1也可以用高温陶瓷基板、低温陶瓷基板或半导体芯片等基板。该电感也可印制在该高温陶瓷或低温陶瓷基板上，通过高温陶瓷烧结工艺或低温陶瓷烧结工艺(LTCC工艺)制作而成，或通过薄膜溅射工艺等其它工艺制作在基板上。

该电感6是在一层或多层射频基板1上印制的带状线电感，该电感6的形状可以是带状直线形、圆弧形、圆形或方形等形状。该电感6或该电流控制线圈8可以是半圈、一圈或多圈等长度，也可以是多层一图或多层多圈。该电感6与该线圈8的形状和圈数可以不同，但该电感6与该线圈8不能直接接触。由于该基板1是一层或多层基板，在一张大的基板上一次可印制几千个该电感6的单元，然后象切豆腐一样，切割成数千个电感单元，制造成本低，非常适合于大批量工业化生产。又由于该基板1可选用射频基板，比如最常用的PTFE基板，陶瓷基板，其材料都是耐几百度高温的射频基板，适合于回流焊自动表贴(SMT)。我们知道绕制的线圈电感，其大批量生产费时费工，且体积大，这样的电感受其气密性和分布参数的影响，其频率特性很难做高，当频率很高时，信号的损耗过大，甚至会失去电感的作用。另外，对于手动调节，其芯体(磁体)的尺寸(直径)不能太小，因为其芯体需要有罗纹，还需要有工具来旋转它，因此，很难做到小型化；而本实用新型的芯体不受这些约束，不需要罗纹，也不需要手动调节，该芯体7的尺寸可以做的很小，比如象一个针一样，插入到该孔2内即可，或者将金属粉(比如磁粉)罐入该孔内，表面用树脂或胶等封上，经高温处理后就可以成为一个该芯体7。该芯体7越小，该电感6就可以做的越小(电感线长度越短)，其自谐振频率就可以做的越高，自谐振频率越高，其工作频率也越高。

请参阅图1，本实用新型第一实施方式的电控可变电感器的电感和电控制线圈的结构示意图。该基板1是一个双层PCB板，该电感6印制在该基板1的顶层。该电感6是一个圆弧形带状线，其宽度、长度及形状可决定电感量的大小、电感的品质因数(简称为Q值)、以及电感的自谐振频率。该电感6的两端各有金属连接过孔6-1、6-2，通过该过孔6-1、6-2将该电感6连接到该基板1的底层作为该电感6的一对电极6-3、6-4。该基板1上还印制有该流控制线圈8，该线圈8在该电感6的里面，但不能与该电感6相接触。该电控制线圈8的位置在该电感6的中心部位，该线圈8也可以在该电感6的外面。该线圈8的两端各有金属连接过孔8-1、8-2，通过该过孔8-1、8-2将该线圈8连接到该基板1的底层作为该电控制线圈8的一对电极8-3、8-4。该基板1上还有一个孔2，该孔2是用于安装芯体7的孔。该孔位于该线圈8的中心部。该孔2可以是圆孔、方孔或三角形孔等，圆孔比较好加工。

请参阅图2，本实用新型第一实施方式的电控可变电感器的基板的底层结构示意图。该电极6-3、6-4作为该电控可变电感器的一对电极；该电极8-3、8-4作为该电控制线圈8的一对电极，外部控制电流或电压加在该电极8-3、8-4上，可以改变该芯体周围的磁通量，该图2是从下(底层)往上看的图。

请参阅图3，本实用新型第一实施方式的电控可变电感器的芯体的结构示意图。该芯体7是一个圆柱体，它的形状也可以是方柱体、三角形柱体等其它形状。该芯体7的是磁性芯体、铝合金芯体、铁氧体芯体或钴合金芯体等可以通过电流来改变磁通量的材料的芯体。该芯体7嵌入(安装)在图1的该孔2内。该芯体7还可以是粉状材料体，填充在该孔2内，经过固化后也可以起到与固体芯体相同的效果。该芯体7是固体或粉状体。该芯体是粉状体时，可用高温烧结成固体芯体。

请参阅图4，本实用新型第一实施方式的电控可变电感器的立体结构示意图。通过该电控制线圈8-3、8-4加入控制电流，来控制该芯体7周围的磁通量，从而改变该电感6的电感量，达到电控可变电感的目的。控制电流越大，其磁通量也越大，该电感6的电感量也越大；反之亦然。这里为了直观，图形都画的比较大，实际尺寸可以制作的很小，比如3mm(长)×3mm(宽)×2mm(高)。

请参阅图5，本实用新型第一实施方式的电控可变电感器的另一个立体结构示意图。该基板1可以是多层基板，该电控制线圈8的圈数越多，在相同电流的情况下，该芯体7周围的磁通量越大；但对于该电感6来讲，图数越少，该电感6的长度越短，其自谐振频率越高。即可以根据实际需要，选择不同圈数的该电控制线圈8和该电感6。多层基板还有气密性好，加工方便，产品的一致性好、耐高温、体积小、可用来自动表贴等诸多优点。由于该电感6是印制在该基板1上，该基板1是靠高温多层压接(粘合压接)在一起，在该电感6的四周及线圈与线圈之间没有空气，该电感6不会裸露在外面，气密性很好，该电感6的Q值可以做的很高。

请参阅图6，本实用新型第二实施方式的电控可变电感器的电感和电控制线圈的结构示意图。该电感6与该电控制线圈8设置在不同位置，该电流控制线圈8的位置可以在该电感的中心部位，也可以在该电感6的旁边。本实施方式中，该电控制线圈8的位置在该电感6的旁边。同样也可以达到改变该电感6的电感量的作用。这样，该电感6的长度不受该线圈8和该芯体7的影响，可以做的很短，该电感6可以做成直线电感，也就是说该电感6的自谐振频率可以做的非常高。

这里要说明的是，为了直观，本实施方式中的该电感6和该线圈8是用单一线条来表示的，实际应用中它们是有宽度的；而第一实施方式中的该电感6和该线圈8是用带状线的形式来说明的，它们没有本质的区别。另外，本实施方式中与第一实施方式相似的部分，这里就不再重复说明。

请参阅图7，本实用新型第二实施方式的电控可变电感器的立体结构示意图。该电控制线圈8是多圈的线圈，这样在同样控制电流的情况下产生的磁通量会更大。但对于该电控制线圈8的位置设置在该电感6的旁边的结构来讲，磁通量对该电感6(直线电感)的影响较小，靠近该芯体7的部分，磁通量变化较大，远离该芯体7的部分，其磁通量变化较小。该芯体7嵌入在该线圈8的中心部位。

请参阅图8，本实用新型的第三实施方式的电控可变电感器的立体结构示意图。它是一个可以用于手机天线调谐和匹配的电控可变电感器，它是在多层陶瓷上印制该电控制线圈8和该电感6，经高温烧结的工艺加工而成的，它的尺寸很小，是0402型标准尺寸(1mm*0.5mm*0.5mm)、非常适合于大批量工业化生产，加工成本低。该多层陶瓷可以做到几十层。为了减少控制电流产生的手机功率损耗，可以提高该电控制线圈8的圈数，在该电控制线圈8和该电感6内的该孔2内，用射频特性好、射频损耗低、磁导率低、不易磁饱和的磁性材料做芯体，比如钴粉来填充，若经高温烧结后，该钴粉变为固体磁性芯体7。由于小尺寸的要求，该孔2的直径大约为0.15mm，很难安装磁柱(磁棒)，用磁粉填充、烧结的工艺很容易解决小体积的问题。

请参阅图9，本实用新型的第三实施方式的电控可变电感器的俯视图。由于其尺寸很小，为了防止该磁芯体7焊接后与被焊接板上的其它电极接触，在工艺上稍做加工即可，比如在填充该磁粉后，再在顶层和底层上各覆盖一层陶瓷层，这样该磁芯体7就不会露出表面。

请参阅图10，本实用新型的第三实施方式的电控可变电感器的顶层和底层上各覆盖有一层陶瓷层或保护层的俯视图。

请参阅图11，本实用新型的第三实施方式的电控可变电感器的批量生产加工拼版图。由于该电控可变电感器的尺寸小，实际加工时是在一个大的多层板上加工多个该电控可变电感器的该电控控制线圈8、该电感6、该磁芯体7和表面电极的单元，然后将该单元一个个切割开了分离单元，再加工各单元的外部侧面电极，从而可加工成一个个的小尺寸的该电控可变电感器。.

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种电控可变电感器，其包括基板、其特征在于该电控可变电感器还包括：芯体、印制在该基板上的电感和该电感的一对电极、印制在该基板上的电控制线圈和该电控制线圈的一对电极、在该电控制线圈和该电感内有一个孔、该芯体嵌入在该孔内。

2.根据权利要求1所述的电控可变电感器，其特征在于：该芯体是磁性芯体、铝合金芯体或钴合金芯体。

3.根据权利要求1所述的电控可变电感器，其特征在于：该基板是单层或多层基板；该基板是PCB板、高温陶瓷基板或低温陶瓷基板。

4.根据权利要求1所述的电控可变电感器，其特征在于：该电感的形状是圆弧形、圆形或方形。

5.根据权利要求1所述的电控可变电感器，其特征在于：该芯体的形状是圆柱体、方柱体或三角柱体；该芯体是固体或粉状体。

6.根据权利要求1所述的电控可变电感器，其特征在于：该电控制线圈的位置在该电感的中心部位，或在该电感的旁边。

7.根据权利要求1所述的电控可变电感器，其特征在于：该芯体是粉状体时，可用高温烧结成固体芯体。