Luftkärnspolar används ofta i högfrekventa kretsar, eftersom de magnetiska förlusterna måste hållas så låga som möjligt. Luftkärnspolar använder inte en magnetisk kärna, som är fallet med järnkärn- eller ferritkärnspolar. Spolen är helt enkelt vriden runt luften eller ett icke-magnetiskt ämne som inte har ett magnetfält.
Luftkärnspolar används ofta i RF-kretsar, antenner, trådlösa system och mätinstrument, eftersom de har låga förluster, är mycket linjära och har utmärkt högfrekvensprestanda.
Den här boken diskuterar grundidén bakom luftkärnspolen, dess konstruktion, de olika typerna av luftkärnspolar, hur man använder rätt typ och hur man använder dem i praktiska tillämpningar, tillsammans med några felsökningshjälpmedel och snabbreferensdata.
1 Vad är en Luftkärnspole ?
En luftkärnspole är en typ av elektrisk induktor som använder en ledartråd för att skapa en spole utan magnetiskt kärnmaterial. Spolen kan bäras upp av luft, plast, keramik och andra material som inte attraherar magneter.
Induktansen tillhandahålls av ett magnetfält som produceras av en ström som går i en spole.
Viktiga saker
Inga kärnmaterial behövs
Låga magnetiska förluster
Mycket stabil, särskilt vid höga frekvenser
Väldigt rak
Låg induktans jämfört med induktorer med järnkärna.
Luftkärnspolar används bäst i kretsar där signaler bearbetas och kommuniceras och där RF används.
2 Hur en luftkärnspole fungerar
Elektromagnetisk induktion är det som gör att en luftkärnspole fungerar.
När elektricitet flyter i en spole bildas ett magnetfält runt ledningarna. Induktansen tillhandahålls av ett magnetfält.
Det finns några faktorer som påverkar induktansen:
Hur många gånger
Hur bred spolen är
Hur lång spolen är
Hur långt ifrån varandra är kablarna
Mediets eller luftens permeabilitet
Induktansen hos en enkel luftkärnmagnetspole kan uppskattas med hjälp av:
L=lμ0N2A
Var:
L = induktans (H)
μ₀ = permeabilitet av fritt utrymme
N = antal varv
A = tvärsnittsarea
l = spollängd
Eftersom luft har låg magnetisk permeabilitet har luftkärnspolar vanligtvis lägre induktansvärden jämfört med ferritkärnspolar.
3 olika typer av luftkärnspole
Det finns olika typer av luftkärnspolar beroende på deras tillämpning eller konstruktion.
1 Luftkärnspole med ett lager
En spole konstruerad genom att linda trådar en gång.
Användningsområden: RF-avstämningskretsar
Oscillatorer
antenner
2 luftkärnspolar med flera lager
Trådarna lindas flera gånger för att öka induktansen.
Användningsområden:
RF-filter
Sändare som fungerar utan sladdar
3 spolar med variabel luftkärna
Du kan öka eller minska induktansen genom att öka eller minska tråden.
Användningsområden: RF-inställning
Radiomottagare
4 platt spiralspiral
Trådarna är lindade som en platt spiral.
Användningsområden: Laddning utan sladdar
Sensorer som använder induktion
System för RFID
4 Struktur och huvudtyper
Följande är delarna av en luftkärnspole:
Huvuddelar
Del Funktion
Tråd av kopparLever ström
Lindningsspolar skapar ett magnetfält
StödramGer mekanisk stabilitet
IsoleringslagerFörhindrar kortslutning
Sortera efter form
Följande är de olika typerna av luftkärnspolar:
Folket har klassificerat luftkärnspolar i följande kategorier:
Solenoiders spolar
Spolar som spiralerar
Spolar i en helix
Spolar i ett plan
Var och en av ovanstående har olika induktansvärden och arbetar vid olika frekvenser.
5. Luftkärnspole Huvud Funktioner: För- och nackdelar
Fördelarna med luftkärnspolar:
✔ Inga förluster i den magnetiska kärnan
✔ Bra prestanda vid höga frekvenser
✔ Hög linjäritet (ingen magnetisk mättnad)
✔ Induktansen är stabil genom hela temperaturen
✔ Låg distorsion i RF-kretsar
Nackdelarna med luftkärnspolar:
✘ med lägre induktansvärden
✘ Behöver större fysisk storlek
✘ Lägre magnetisk kopplingseffektivitet
✘ Känslig för externa elektromagnetiska störningar
6. Jämförelsetabell: Luftkärnsspolar kontra järnkärnsspolar kontra ferritspolar
| Leverans | Luftkärnspole | Järnkärnspole | Ferritkärnspole |
| Kärnmaterial | Luft | Strykjärn | Ferrit |
| Magnetisk permeabilitet | Väldigt låg | Hög | Medium |
| Induktansvärde | Låg | Hög | Medium |
| Frekvensområde | Mycket högt | Låg | Medelhög |
| Kärnförlust | Väldigt låg | Hög | Medium |
| Mättnad | Ingen | Ja | Ja |
| Tillämpningar | RF-kretsar | Nätaggregat | Filter och transformatorer |
7. Tillämpningar över branscher
Luftkärnspolar används i olika moderna elektroniska apparater.
- Radiofrekvenssystem (RF).
Dessa används i sändare, mottagare och oscillatorer.
- Trådlösa laddningssystem
Plana spiralformade luftkärnspolar används i olika tillämpningar, inklusive:
Trådlös laddning av smartphones
Laddare till elektriska tandborstar
- kommunikationsutrustning
Dessa används i olika tillämpningar, inklusive:
Antenninställning
RF-filter
Signalkoppling
- Medicinsk elektronik
Dessa används i olika tillämpningar, inklusive:
MR-spolar
Precisionssensorer
Medicinsk signalbehandling
- Test- och mätutrustning
Högfrekvent testutrustning kräver induktorer med låg förlust, där luftkärnspolar används.
8. Varför Air-Core-spolar blir mer populära
Det finns några tekniska framsteg som gör luftkärnspolar mer populära.
- Uppkomsten av trådlös teknik
Trådlösa kommunikationsenheter kräver högfrekventa induktorer.
Till exempel 5G-enheter
Enheter som ansluter till internet
RFID-enheter
- Mindre magnetisk förlust
Luftkärnsinduktorer eliminerar helt hysteresförluster såväl som förluster från virvelströmmar.
- Mycket linjär
Luftkärnspolar är perfekta för applikationer som kräver ett mycket linjärt svar, eftersom de inte mättas.
- Design av små RF-kretsar
I moderna RF-kretsar är det nödvändigt att ställa in vid höga frekvenser.
9. Hur man väljer en luftkärnspole (en guide för ingenjörer)
När man väljer en luftkärnspole måste ingenjörer leta efter några faktorer.
- Induktansens värde
Ta reda på hur mycket induktans som behövs.
Normalt intervall: 1 nH till 100 µH
- Driftsfrekvens
Den bästa miljön för luftkärnspolar att fungera är:
RF-frekvenser
Kretsar med höga frekvenser
- Spolens storlek
En större spole betyder:
Mer induktans
Mer utrymme behövs
- Storleken på tråden
En tråd som är större betyder:
Mindre motstånd
Mindre kraftförlust
- Kvalitetsfaktor (Q)
Ju högre Q-faktorn är, desto lägre energiförlust.
- Temperaturens stabilitet
Spolen måste fungera bra vid alla temperaturer.
10. Vanliga frågor om tekniska problem och lösningar
Problem 1: Induktansen är för låg
Möjliga orsaker:
För få snurr
Spolens diameter är för liten
Lösning:
Fler vändningar behövs
Gör spolen större
Problem 2: Uppvärmning av spolen
Orsak:
För mycket ström flyter genom spolen
Lösning:
Gör tråden större eller minska strömmen
Problem 3: Spolen upplever störningar orsakade av elektromagnetiska vågor
Orsak:
Magnetfält kommer från utsidan av spolen och påverkar den
Lösning:
Åtgärda problemet med en bra PCB-design
Problem 4: Frekvensen är instabil
Anledning:
Spolen ändrar form på grund av vissa mekaniska krafter
Lösning: Använd stödmaterial för att fixera spolen.
12 tips för att hålla saker i gott skick och vanliga misstag folk gör när de använder dem
Ingenjörer bör undvika vanliga fel för att säkerställa att deras arbete är tillförlitligt.
Gör inte dessa misstag
Felaktig beräkning av induktans
För mycket ström flyter genom en tunn tråd
Inte särskilt stabil mekaniskt
Felaktigt avstånd mellan spolen
Tips för att hålla dina spolar i gott skick: ✔ Kontrollera spolarnas struktur regelbundet ✔ Undvik mekanisk deformation ✔ Håll isoleringen i gott skick ✔ Skydda spolarna från fukt och korrosion
13. Snabbreferensdatatabell
| Parameter | Typiskt intervall |
| Induktans | 1 nH – 100 µH |
| Operativsystem Frekvens | kHz – GHz |
| Q-faktor | 50 - 300 |
| Trådmaterial | Koppar |
| Spole diameter | 2 mm - 100 mm |
| Temperaturintervall | −40°C till 125°C |
14. Underhållstips och vanliga appliceringsmisstag
För att säkerställa att luftkärnspolar fungerar bra bör flera underhållstips följas. Ingenjörer bör också vara medvetna om de vanliga misstag som bör undvikas till varje pris. De vanliga misstagen inkluderar:
Undvik dessa fel
Felaktig induktansberäkning
För mycket ström flyter genom tunna trådar
Dålig mekanisk stabilitet
Felaktig spolavstånd
Tips för underhåll
✔ Kontrollera regelbundet spolens struktur
✔ Säkerställ att ingen mekanisk deformation
✔ Säkerställ korrekt isolering
✔ Se till att den inte utsätts för fukt och korrosion
15. Sammanfattning
Luftkärnspolar har spelat en avgörande roll i högfrekventa elektroniska apparater och RF-kretsar. De unika fördelarna som luftkärnspolar erbjuder gör dem till en viktig komponent i modern kommunikations- och trådlös teknik. Fördelarna inkluderar minimala magnetiska förluster, hög linjäritet och högfrekvensstabilitet.
Luftkärnspolar erbjuder ett lägre induktansvärde jämfört med andra induktiva komponenter, såsom magnetiska kärninduktorer. Avsaknaden av kärnmättnad gör luftkärnspolar lämpliga för användning i elektroniska kretsar. Arbetsprinciperna, designaspekterna och urvalsmetoderna hjälper till att välja rätt luftkärnspole för optimal kretsprestanda.
