用HFSS仿真平面线圈的电感量

用HFSS工具仿真平面线圈的电感量

平面线圈是指在平面上绕制而成的线圈，如PCB上的电感线圈、无线供电使用的金属丝绕制而成的线圈等。根据线圈的不同形状可将平面线圈分为方形线圈，六角形线圈、八角形线圈、螺旋原型线圈等。

网络上的计算平面线圈电感量的工具

平面线圈的电感量网络上有计算工具可供使用，如下图所示：

决定平面电感线圈电感量的参数有线圈匝数、线宽、线间距、线圈外径。如上图，将匝数2.5圈，线宽15um, 线边缘距离1.5um, 线圈外径232.5um的参数值输入到表格中，可以得到正方形的线圈的电感量在2.292nH-2.26nH之间。

需要说明的是，线圈的厚度对电感量的影响较小，可以忽略不记。

通过HFSS工具仿真平面线圈的电感量

用HFSS工具设计出平面线圈如下图所示：

对S参数进行仿真，得到S参数的S11, S12的频谱图如下图所示：

由图可以看到，信号从端口一输入时，随着信号的频率增加，传输到端口2的信号减少，从端口1处反射的信号S11增加,这符合电感器的“通低频，阻高频”的特性

Y11的值是在端口2与地短路时测量端口1与地之间的导纳，这与我们日常生活中测量电感所用的方法相同。因此，根据$Y=1/Z=\frac{1}{j\omega L}$可以获得电感量的值。

通过Y参数计算获得线圈的电感量公式为：
$$L=im(\frac{1}{Y11})/\omega$$
其中Y11为端口一的输入导纳，即：当端口2短路，端口1施加1V电压激励时的输入电流值，为一复数，有实部和虚部两个分量。公式中im为取虚部运算。

Y11的值是在端口2与地短路时测量端口1与地之间的导纳，这与我们日常生活中测量电感所用的方法相同。因此，根据$Y=1/Z=\frac{1}{j\omega L}$可以获得电感量的值。

HFSS输出电感频谱的设置界面如下图所示：

输出的电感频谱曲线如下：

从图中可知，平面线圈电感量在低频（100MHz）时的电感量约为2.24nH. 与网络工具计算的结果相似。