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TechnicalFeature 技术特写

针对宽带应用的绕线铁氧体射频无

源器件的设计与生产挑战

Design and Production Challenges of Wire-Wrapped Ferrite RF Passives
for Broadband Applications

Richard Bay-Ramyon, MiniRF

最新的电缆和亚6 GHz 5G无线网络不仅给有源半导体器件还给广泛使用的绕线铁氧体
射频器件，如变压器、分路器、耦合器和巴伦，带来了设计和制造方面的挑战。随着频率
和带宽需求从数百MHz扩展到数GHz，这些无源器件的性能必须提高。寄生现象会降低性
能和造成质量控制的挑战。经过创新的设计、材料和制造方法，通过减少寄生现象，在达
到更高工作频率和实现更宽带宽的同时缩小了尺寸。

信 息市场不断增加的需求导致了所采集、传 挑战和设计考虑
在过去的几年中，基于绕线铁氧体的射频无
输和处理的数据量的大幅增长。一些预
测显示，未来五年数据业务流量将增加三倍以 源器件对带宽的要求仅限于MHz频率。最近的趋
上，到2023年移动数据业务流量将增长近8倍。 势已达GHz带宽，即将超过2到3 GHz。在较高的
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这些流量的大部分预计将由即将到来的5G网 频率下，许多因素都会降低绕线铁氧体的性能。
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络承载。 数据业务流量的激增正在推动增强 例如，集肤效应增加的电阻损耗与频率成正比，
CATV网络基础设施和移动网络，以适应更高的 在超过几百MHz时开始发挥更大的作用。邻近效
数据速率，进而适应有源和无源器件方面更高 应和边缘场效应也会在更高频率下产生更大的损
的频率和带宽技术。 耗。此外，导线间还存在寄生电容，称为绕组间
因此，对更高性能和更高频率的绕线铁氧 电容和寄生串联电感。这些因素在低频时往往不
体射频无源器件（绕线铁氧体）的需求日益增 太重要，其中不足的并联电感和磁芯损耗是造成
长，特别是变压器、巴伦、分路器和耦合器， 插入损耗的最重要因素。
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这并不奇怪。 这些器件用于阻抗匹配、平衡和 因此，在高带宽和高频绕线铁氧体器件的
信号功率流；它们对网络基础设施中几乎所有 设计和制造中，一个重要的挑战是在宽带运行中
数字和射频通信设备的运行至关重要。它们也 如何在低、高频电感之间实现平衡。其他需要考
见于许多“最后一英里”的宽带设备中。至于 虑的因素包括在整个运行带宽内的相位和振幅平
其他数字和射频通信组件，为了适应更高的频 衡。一般来说，低频时的相位和振幅平衡较好，
率和更高的带宽，也存在着大量的设计挑战。 但在更高的频率下，与高频寄生、制造公差和电
线质量有关的挑战则变得非常突出。
绕线的几何结构和绕制技术对绕线铁氧体
的阻抗特性、线芯尺寸和整体尺寸也起着重要
作用。因此，在设计更小的器件时，必须仔细
常规尺寸 考虑与阻抗相关的尺寸因素。此外，线芯材料
变压器封装
的磁导率是温度的函数；随着电路板密度提高
S20封装 和铁氧体器件更靠近高功率密度器件，如高功
率GaN放大器，确保一致的阻抗、平衡和最小运
行损耗是一个挑战。
S21封装 在高性能半导体中，通过使用高度自动
化的制造和质量控制系统，许多制造问题已得
图1：带焊接引线的常规表面安装变压器与带熔接线的S20和 到解决。这对于绕线铁氧体器件来说仍然是可
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S21封装对比 。 行的，更高程度的制造自动化可以显著改善公
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