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射频线圈技术在世界各地无处不在，是从医疗设备到无线连接的技术的主要组成部分。重要的是要确保这些设备中包含的线圈将信息从源正确地传输到目的地。
什么是射频线圈？
射频线圈是发射和接收射频 (RF) 信号的电磁 (EM) 线圈。发射器线圈产生电磁场，而接收器线圈，顾名思义，接收它们。射频线圈可以在各种设备中找到，例如磁共振成像 (MRI) 系统。在 MRI 扫描设备中，无线电波和均匀的强磁场用于形成患者解剖结构的图像。RF 线圈还用于主要电容性设备的阻抗匹配，例如用于半导体制造的 RF 等离子体反应器。
一个射频线圈。
射频线圈的一个重要特性是它的频率响应，尤其是谐振频率；线圈输入和输出之间阻抗的电抗部分变为零时的频率。
找出射频线圈的谐振频率
我们的 RF 建模入门教程之一涉及 RF 线圈模型。使用 COMSOL Multiphysics 和 RF 模块，我们可以通过求解其共振频率和 Q 因子以及其他属性来分析 RF 线圈的信号强度。
让我们看一下由两匝制成的铜线圈。
版本 1
首先，我们要找到基本谐振频率，即线圈的最低频率。为此，我们对模型几何结构进行了特征频率分析，如下所示。
射频线圈几何形状。
我们将线圈视为完美的电导体，因此我们只需要求解周围空气域中的电磁波的本征频率方程。
版本 2
接下来，我们要找到模型的最低特征频率。我们使用集总端口在线圈两端施加时谐驱动端口电压。该端口分配有 50 Ω 外部电缆阻抗和 1 伏 (V) 的驱动电压。
模型的驱动版本中使用的网格。切出一片，空气域不可见以显示线圈。
根据我们在版本 1 中的结果，我们通过共振频率附近的一系列频率运行我们的模型。进行本征频率分析后，我们发现最低本征频率为 180 MHz。
然后，我们可以得到该谐振处的电场和磁场分布：
基本谐振频率下电场（切片）和磁通密度（箭头）的仿真。
因为这个特殊的线圈通过共振传输或接收信号，所以确定Q 因数（即品质因数）很重要。Q 因子是一个无量纲参数，描述了振荡器或谐振器的欠阻尼程度。它由线圈阻抗频率响应的峰值频率与半峰全宽之比决定。较高的 Q 因子表示振荡消失得更慢，线圈在共振频率下的效率更高。然而，这也表明线圈的带宽较窄，因此它对任何频率失配都会更加敏感。
可以通过绘制输入阻抗与频率的关系图来提取 Q 因子。电阻抗描述电路对交流电的总电阻。使用我们之前的结果，我们继续分析并求解模型在 180 MHz 谐振频率附近的频率范围内的阻抗。
输入阻抗幅度与频率的关系图，其中 f 0是峰值或谐振频率，Δf 是半峰全宽。
我们模型的 Q 因子大约为 300，这证实系统没有欠阻尼并且将表现出足够的频率带宽。
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