Пассивные компоненты в радиочастотных цепях
Резисторы, конденсаторы, антенны... Узнайте о пассивных компонентах, используемых в радиочастотных системах.
Радиочастотные системы принципиально не отличаются от других типов электрических цепей. В них действуют те же законы физики, и поэтому основные компоненты, используемые в радиочастотных схемах, также встречаются в цифровых схемах и низкочастотных аналоговых схемах.
Однако проектирование радиочастотных устройств сопряжено с уникальным набором задач и задач, поэтому характеристики и применение компонентов требуют особого внимания при работе с радиочастотами. Кроме того, некоторые интегральные схемы выполняют функции, весьма специфичные для радиочастотных систем — они не используются в низкочастотных схемах и могут быть не совсем понятны тем, кто не имеет опыта проектирования радиочастотных устройств.
Мы часто классифицируем компоненты как активные и пассивные, и этот подход в равной степени применим и к области радиочастот. В новостях пассивные компоненты обсуждаются конкретно в контексте радиочастотных схем, а на следующей странице рассматриваются активные компоненты.
Конденсаторы
Идеальный конденсатор обеспечивал бы одинаковую функциональность для сигналов частотой 1 Гц и 1 ГГц. Но компоненты никогда не бывают идеальными, и неидеальность конденсатора может быть весьма существенной на высоких частотах.
«C» соответствует идеальному конденсатору, скрытому среди множества паразитных элементов. У нас есть не бесконечное сопротивление между пластинами (RD), последовательное сопротивление (RS), последовательная индуктивность (LS) и параллельная ёмкость (CP) между контактными площадками печатной платы и заземляющим слоем (предполагается, что используются компоненты поверхностного монтажа; подробнее об этом позже).
Наиболее 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 сначала падает на собственной резонансной частоте, а затем начинает расти:
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 подводит нас к важному моменту: при работе с высокими частотами паразитные элементы схемы присутствуют повсюду. Каким бы простым или идеальным ни был резистивный элемент, его всё равно нужно упаковать и припаять к печатной плате, и в результате возникают паразитные элементы. То же самое относится и к любому другому компоненту: если он упакован и припаян к плате, паразитные элементы присутствуют.
Кристаллы
Суть радиочастот заключается в манипулировании высокочастотными сигналами для передачи информации. Но прежде чем манипулировать, необходимо их генерировать. Как и в других типах схем, кристаллы являются основным средством генерации стабильной опорной частоты.
Однако в цифровых и смешанных схемах часто случается так, что схемы на основе кварцевых резонаторов фактически не требуют той точности, которую может обеспечить кварцевый резонатор, и, следовательно, легко допустить небрежность в выборе резонатора. ВЧ-схема, напротив, может предъявлять строгие требования к частоте, что требует не только начальной точности частоты, но и её стабильности.
Частота генерации обычного кварцевого резонатора чувствительна к колебаниям температуры. Возникающая в результате этого нестабильность частоты создаёт проблемы для радиочастотных систем, особенно для систем, подверженных значительным колебаниям температуры окружающей среды. Поэтому системе может потребоваться термокомпенсированный кварцевый генератор (TCXO). Эти устройства содержат схемы, компенсирующие колебания частоты кварцевого резонатора:
Антенны
Антенна — это пассивный компонент, используемый для преобразования радиочастотного электрического сигнала в электромагнитное излучение (ЭМИ) и наоборот. С помощью других компонентов и проводников мы стремимся минимизировать воздействие ЭМИ, а с помощью антенн — оптимизировать генерацию или приём ЭМИ в соответствии с потребностями конкретного применения.
Наука об антеннах отнюдь не проста. На выбор и проектирование оптимальной антенны для конкретного применения влияют различные факторы. На сайте AAC есть две статьи (нажмите здесь и здесь), которые представляют собой отличное введение в концепцию антенн.
Более высокие частоты сопровождаются различными сложностями проектирования, хотя антенная часть системы может фактически стать менее проблемной с ростом частоты, поскольку более высокие частоты позволяют использовать более короткие антенны. В настоящее время широко распространены либо «чип-антенны», которые припаиваются к печатной плате, как обычные компоненты для поверхностного монтажа, либо печатные антенны, создаваемые путём встраивания специально разработанной дорожки в топологию 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 более точные и/или стабильные кристаллы, чем кристаллы, обычно используемые в цифровых схемах.
Антенны являются важнейшими компонентами, которые необходимо выбирать в соответствии с характеристиками и требованиями радиочастотной системы.
Микроволновые преобразователи Si Chuan Keenlion предлагают широкий 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 с сопротивлением 50 Ом. Используются микрополосковые или полосковые схемы, оптимизированные для достижения наилучших характеристик.
Время публикации: 03 ноября 2022 г.
