用HFSS工具仿真平面線圈的電感量

平面線圈是指在平面上繞制而成的線圈，如PCB上的電感線圈、無線供電使用的金屬絲繞制而成的線圈等。根據(jù)線圈的不同形狀可將平面線圈分為方形線圈，六角形線圈、八角形線圈、螺旋原型線圈等。

網(wǎng)絡(luò)上的計算平面線圈電感量的工具

平面線圈的電感量網(wǎng)絡(luò)上有計算工具可供使用，如下圖所示：

決定平面電感線圈電感量的參數(shù)有線圈匝數(shù)、線寬、線間距、線圈外徑。如上圖，將匝數(shù)2.5圈，線寬15um, 線邊緣距離1.5um, 線圈外徑232.5um的參數(shù)值輸入到表格中，可以得到正方形的線圈的電感量在2.292nH-2.26nH之間。

需要說明的是，線圈的厚度對電感量的影響較小，可以忽略不記。

通過HFSS工具仿真平面線圈的電感量

用HFSS工具設(shè)計出平面線圈如下圖所示：

對S參數(shù)進行仿真，得到S參數(shù)的S11, S12的頻譜圖如下圖所示：

由圖可以看到，信號從端口一輸入時，隨著信號的頻率增加，傳輸?shù)蕉丝?的信號減少，從端口1處反射的信號S11增加,這符合電感器的“通低頻，阻高頻”的特性

Y11的值是在端口2與地短路時測量端口1與地之間的導(dǎo)納，這與我們?nèi)粘Ｉ钪袦y量電感所用的方法相同。因此，根據(jù)$Y=1/Z=\frac{1}{j\omega L}$可以獲得電感量的值。

通過Y參數(shù)計算獲得線圈的電感量公式為：
$$L=im(\frac{1}{Y11})/\omega$$
其中Y11為端口一的輸入導(dǎo)納，即：當(dāng)端口2短路，端口1施加1V電壓激勵時的輸入電流值，為一復(fù)數(shù)，有實部和虛部兩個分量。公式中im為取虛部運算。

Y11的值是在端口2與地短路時測量端口1與地之間的導(dǎo)納，這與我們?nèi)粘Ｉ钪袦y量電感所用的方法相同。因此，根據(jù)$Y=1/Z=\frac{1}{j\omega L}$可以獲得電感量的值。

HFSS輸出電感頻譜的設(shè)置界面如下圖所示：

輸出的電感頻譜曲線如下：

從圖中可知，平面線圈電感量在低頻（100MHz）時的電感量約為2.24nH. 與網(wǎng)絡(luò)工具計算的結(jié)果相似。