Passive komponenter i RF-kretser
Motstander, kondensatorer, antenner... Lær om passive komponenter som brukes i RF-systemer.
RF-systemer er ikke fundamentalt forskjellige fra andre typer elektriske kretser. De samme fysikklovene gjelder, og følgelig finnes de grunnleggende komponentene som brukes i RF-design også i digitale kretser og lavfrekvente analoge kretser.
RF-design innebærer imidlertid et unikt sett med utfordringer og mål, og følgelig krever egenskapene og bruken av komponenter spesiell vurdering når vi opererer i RF-sammenheng. I tillegg utfører noen integrerte kretser funksjonalitet som er svært spesifikk for RF-systemer – de brukes ikke i lavfrekvente kretser og er kanskje ikke godt forstått av de som har liten erfaring med RF-designteknikker.
Vi kategoriserer ofte komponenter som enten aktive eller passive, og denne tilnærmingen er like gyldig innen RF. Nyhetene diskuterer passive komponenter spesifikt i forhold til RF-kretser, og neste side dekker aktive komponenter.
Kondensatorer
En ideell kondensator ville gitt nøyaktig samme funksjonalitet for et 1 Hz-signal og et 1 GHz-signal. Men komponenter er aldri ideelle, og en kondensators manglende ideelle egenskaper kan være ganske betydelige ved høye frekvenser.
«C» tilsvarer den ideelle kondensatoren som er begravd blant så mange parasittiske elementer. Vi har ikke-uendelig motstand mellom platene (RD), seriemotstand (RS), serieinduktans (LS) og parallellkapasitans (CP) mellom PCB-padene og jordplanet (vi antar overflatemonterte komponenter; mer om dette senere).
Den viktigste ikke-idealiteten når vi jobber med høyfrekvente signaler er induktansen. Vi forventer at impedansen til en kondensator vil avta uendelig når frekvensen øker, men tilstedeværelsen av den parasittiske induktansen får impedansen til å synke ved den selvresonante frekvensen og deretter begynne å øke:
Motstander, et al.
Selv motstander kan være problematiske ved høye frekvenser, fordi de har serieinduktans, parallellkapasitans og den typiske kapasitansen som er forbundet med PCB-pads.
Og dette bringer opp et viktig poeng: når du jobber med høye frekvenser, finnes parasittiske kretselementer overalt. Uansett hvor enkelt eller ideelt et resistivt element er, må det fortsatt pakkes og loddes til et kretskort, og resultatet er parasitter. Det samme gjelder for alle andre komponenter: hvis det er pakket og loddet til kortet, finnes det parasittiske elementer.
Krystaller
Essensen i RF er å manipulere høyfrekvente signaler slik at de formidler informasjon, men før vi manipulerer må vi generere. Som i andre typer kretser er krystaller et grunnleggende middel for å generere en stabil frekvensreferanse.
Imidlertid er det ofte slik at krystallbaserte kretser i digital og blandet signaldesign faktisk ikke krever den presisjonen som en krystall kan gi, og følgelig er det lett å bli uforsiktig med hensyn til krystallvalg. En RF-krets kan derimot ha strenge frekvenskrav, og dette krever ikke bare initial frekvenspresisjon, men også frekvensstabilitet.
Oscillasjonsfrekvensen til en vanlig krystall er følsom for temperaturvariasjoner. Den resulterende frekvensustabiliteten skaper problemer for RF-systemer, spesielt systemer som vil bli utsatt for store variasjoner i omgivelsestemperatur. Dermed kan et system kreve en TCXO, dvs. en temperaturkompensert krystalloscillator. Disse enhetene har kretser som kompenserer for krystallens frekvensvariasjoner:
Antenner
En antenne er en passiv komponent som brukes til å konvertere et RF-elektrisk signal til elektromagnetisk stråling (EMR), eller omvendt. Med andre komponenter og ledere prøver vi å minimere effektene av EMR, og med antenner prøver vi å optimalisere genereringen eller mottaket av EMR med hensyn til applikasjonens behov.
Antennevitenskap er på ingen måte enkel. Ulike faktorer påvirker prosessen med å velge eller designe en antenne som er optimal for en bestemt applikasjon. AAC har to artikler (klikk her og her) som gir en utmerket introduksjon til antennekonsepter.
Høyere frekvenser er ledsaget av diverse designutfordringer, selv om antennedelen av systemet faktisk kan bli mindre problematisk etter hvert som frekvensen øker, fordi høyere frekvenser tillater bruk av kortere antenner. I dag er det vanlig å bruke enten en «chipantenne», som er loddet til et kretskort som typiske overflatemonteringskomponenter, eller en kretskortantenne, som er laget ved å innlemme et spesialdesignet spor i kretskortoppsettet.
Sammendrag
Noen komponenter er bare vanlige i RF-applikasjoner, og andre må velges og implementeres mer nøye på grunn av deres ikke-ideelle høyfrekvente oppførsel.
Passive komponenter viser ikke-ideell frekvensrespons som et resultat av parasittisk induktans og kapasitans.
RF-applikasjoner kan kreve krystaller som er mer nøyaktige og/eller stabile enn krystaller som vanligvis brukes i digitale kretser.
Antenner er kritiske komponenter som må velges i henhold til egenskapene og kravene til et RF-system.
Si Chuan Keenlion-mikrobølgeovner har et stort utvalg i smalbånds- og bredbåndskonfigurasjoner, som dekker frekvenser fra 0,5 til 50 GHz. De er designet for å håndtere en inngangseffekt fra 10 til 30 watt i et 50 ohms transmisjonssystem. Mikrostrip- eller stripline-design brukes, og disse er optimalisert for best mulig ytelse.
Publisert: 03. november 2022
