Пассивные компоненты в радиочастотных цепях
Резисторы, конденсаторы, антенны... Узнайте о пассивных компонентах, используемых в радиочастотных системах.
Системы RF принципиально не отличаются от других типов электрических цепей. Применяются те же законы физики, и, следовательно, основные компоненты, используемые в конструкциях RF, также встречаются в цифровых схемах и низкочастотных аналоговых схемах.
Однако проектирование RF включает в себя уникальный набор проблем и задач, и, следовательно, характеристики и использование компонентов требуют особого внимания, когда мы работаем в контексте RF. Кроме того, некоторые интегральные схемы выполняют функции, которые весьма специфичны для систем RF — они не используются в низкочастотных схемах и могут быть не совсем понятны тем, у кого мало опыта в методах проектирования RF.
Мы часто классифицируем компоненты как активные или пассивные, и этот подход в равной степени применим в сфере РЧ. В новостях обсуждаются пассивные компоненты, в частности, в отношении РЧ-схем, а на следующей странице рассматриваются активные компоненты.
Конденсаторы
Идеальный конденсатор обеспечивал бы абсолютно одинаковую функциональность для сигнала 1 Гц и сигнала 1 ГГц. Но компоненты никогда не бывают идеальными, и неидеальность конденсатора может быть весьма существенной на высоких частотах.
«C» соответствует идеальному конденсатору, который зарыт среди множества паразитных элементов. У нас есть не бесконечное сопротивление между пластинами (RD), последовательное сопротивление (RS), последовательная индуктивность (LS) и параллельная емкость (CP) между контактными площадками печатной платы и заземляющей плоскостью (мы предполагаем компоненты поверхностного монтажа; подробнее об этом позже).
Самая существенная неидеальность при работе с высокочастотными сигналами — это индуктивность. Мы ожидаем, что импеданс конденсатора будет бесконечно уменьшаться с ростом частоты, но наличие паразитной индуктивности приводит к тому, что импеданс падает на собственной резонансной частоте, а затем начинает увеличиваться:
Резисторы и т.д.
Даже резисторы могут создавать проблемы на высоких частотах, поскольку они имеют последовательную индуктивность, параллельную емкость и типичную емкость, связанную с контактными площадками печатной платы.
И это поднимает важный момент: когда вы работаете с высокими частотами, паразитные элементы схемы есть везде. Независимо от того, насколько прост или идеален резистивный элемент, его все равно нужно упаковать и припаять к печатной плате, и в результате появятся паразиты. То же самое касается любого другого компонента: если он упакован и припаян к плате, паразитные элементы присутствуют.
Кристаллы
Суть радиочастот заключается в манипулировании высокочастотными сигналами, чтобы они передавали информацию, но прежде чем манипулировать, нам нужно сгенерировать. Как и в других типах схем, кристаллы являются фундаментальным средством генерации стабильной опорной частоты.
Однако в цифровом и смешанном проектировании часто бывает так, что схемы на основе кристалла на самом деле не требуют точности, которую может обеспечить кристалл, и, следовательно, легко стать небрежным в отношении выбора кристалла. С другой стороны, схема RF может иметь строгие требования к частоте, и это требует не только начальной точности частоты, но и стабильности частоты.
Частота колебаний обычного кристалла чувствительна к изменениям температуры. Возникающая в результате нестабильность частоты создает проблемы для радиочастотных систем, особенно систем, которые будут подвергаться большим изменениям температуры окружающей среды. Таким образом, системе может потребоваться TCXO, т. е. кварцевый генератор с температурной компенсацией. Эти устройства включают в себя схемы, которые компенсируют изменения частоты кристалла:
Антенны
Антенна — это пассивный компонент, который используется для преобразования электрического сигнала РЧ в электромагнитное излучение (ЭМИ) или наоборот. С помощью других компонентов и проводников мы пытаемся минимизировать воздействие ЭМИ, а с помощью антенн мы пытаемся оптимизировать генерацию или прием ЭМИ в соответствии с потребностями приложения.
Антенная наука отнюдь не проста. Различные факторы влияют на процесс выбора или проектирования антенны, которая является оптимальной для конкретного применения. AAC имеет две статьи (нажмите здесь и здесь), которые предоставляют превосходное введение в концепции антенн.
Более высокие частоты сопровождаются различными проблемами проектирования, хотя антенная часть системы может фактически стать менее проблемной по мере увеличения частоты, поскольку более высокие частоты позволяют использовать более короткие антенны. В настоящее время обычно используют либо «чиповую антенну», которая припаивается к печатной плате, как типичные компоненты поверхностного монтажа, либо печатную антенну, которая создается путем включения специально разработанной дорожки в схему печатной платы.
Краткое содержание
Некоторые компоненты распространены только в радиочастотных приложениях, а другие необходимо выбирать и реализовывать более тщательно из-за их неидеального поведения на высоких частотах.
Пассивные компоненты демонстрируют неидеальную частотную характеристику из-за паразитной индуктивности и емкости.
Для радиочастотных приложений могут потребоваться кристаллы, которые являются более точными и/или стабильными, чем кристаллы, обычно используемые в цифровых схемах.
Антенны являются важнейшими компонентами, которые необходимо выбирать в соответствии с характеристиками и требованиями радиочастотной системы.
Si Chuan Keenlion Microwave — большой выбор узкополосных и широкополосных конфигураций, охватывающих частоты от 0,5 до 50 ГГц. Они рассчитаны на входную мощность от 10 до 30 Вт в системе передачи 50 Ом. Используются микрополосковые или полосковые конструкции, оптимизированные для лучшей производительности.
Время публикации: 03.11.2022
