Componente pasive în circuitele RF
Rezistoare, condensatoare, antene... Aflați despre componentele pasive utilizate în sistemele RF.
Sistemele RF nu sunt fundamental diferite de alte tipuri de circuite electrice. Se aplică aceleași legi ale fizicii și, în consecință, componentele de bază utilizate în proiectele RF se regăsesc și în circuitele digitale și în circuitele analogice de joasă frecvență.
Cu toate acestea, proiectarea RF implică un set unic de provocări și obiective și, în consecință, caracteristicile și utilizările componentelor necesită o atenție specială atunci când operăm în contextul RF. De asemenea, unele circuite integrate îndeplinesc funcționalități foarte specifice sistemelor RF - acestea nu sunt utilizate în circuite de joasă frecvență și este posibil să nu fie bine înțelese de cei care au puțină experiență cu tehnicile de proiectare RF.
Adesea clasificăm componentele fie ca active, fie ca pasive, iar această abordare este la fel de valabilă și în domeniul RF. Știrea discută componentele pasive în mod specific în raport cu circuitele RF, iar pagina următoare acoperă componentele active.
Condensatoare
Un condensator ideal ar oferi exact aceeași funcționalitate pentru un semnal de 1 Hz și un semnal de 1 GHz. Însă componentele nu sunt niciodată ideale, iar non-idealitățile unui condensator pot fi destul de semnificative la frecvențe înalte.
„C” corespunde condensatorului ideal care este îngropat printre atâtea elemente parazitare. Avem rezistență non-infinită între plăci (RD), rezistență serie (RS), inductanță serie (LS) și capacitate paralelă (CP) între pad-urile PCB și planul de masă (presupunem componente montate la suprafață; vom reveni asupra acestui aspect mai târziu).
Cea mai semnificativă non-idealitate atunci când lucrăm cu semnale de înaltă frecvență este inductanța. Ne așteptăm ca impedanța unui condensator să scadă la nesfârșit pe măsură ce frecvența crește, dar prezența inductanței parazitare face ca impedanța să scadă la frecvența de autorezonanță și apoi să înceapă să crească:
Rezistoare și colab.
Chiar și rezistențele pot fi problematice la frecvențe înalte, deoarece au inductanță serie, capacitate paralelă și capacitatea tipică asociată cu pad-urile PCB.
Și acest lucru aduce în discuție un aspect important: atunci când lucrezi cu frecvențe înalte, elementele parazitare ale circuitelor sunt peste tot. Indiferent cât de simplu sau ideal este un element rezistiv, acesta trebuie totuși ambalat și lipit pe un PCB, iar rezultatul este parazitare. Același lucru este valabil și pentru orice altă componentă: dacă este ambalată și lipită pe placă, sunt prezente elemente parazitare.
Cristale
Esența RF constă în manipularea semnalelor de înaltă frecvență astfel încât acestea să transmită informații, dar înainte de a le manipula trebuie să le generăm. Ca și în alte tipuri de circuite, cristalele sunt un mijloc fundamental de generare a unei referințe de frecvență stabile.
Totuși, în proiectarea digitală și cu semnal mixt, se întâmplă adesea ca circuitele bazate pe cristale să nu necesite precizia pe care o poate oferi un cristal și, prin urmare, este ușor să devii neglijent în ceea ce privește selecția cristalelor. Un circuit RF, în schimb, poate avea cerințe stricte de frecvență, iar acest lucru necesită nu doar precizia inițială a frecvenței, ci și stabilitatea frecvenței.
Frecvența de oscilație a unui cristal obișnuit este sensibilă la variațiile de temperatură. Instabilitatea frecvenței rezultată creează probleme pentru sistemele RF, în special pentru sistemele care vor fi expuse la variații mari ale temperaturii ambiante. Astfel, un sistem poate necesita un TCXO, adică un oscilator cu cristal compensat în funcție de temperatură. Aceste dispozitive încorporează circuite care compensează variațiile de frecvență ale cristalului:
Antene
O antenă este o componentă pasivă utilizată pentru a converti un semnal electric RF în radiație electromagnetică (EMR) sau invers. Cu alte componente și conductori încercăm să minimizăm efectele EMR, iar cu antenele încercăm să optimizăm generarea sau recepția EMR în funcție de nevoile aplicației.
Știința antenelor nu este nicidecum simplă. Diverși factori influențează procesul de alegere sau proiectare a unei antene optime pentru o anumită aplicație. AAC are două articole (click aici și aici) care oferă o introducere excelentă în conceptele de antenă.
Frecvențele mai înalte sunt însoțite de diverse provocări de proiectare, deși porțiunea de antenă a sistemului poate deveni, de fapt, mai puțin problematică pe măsură ce frecvența crește, deoarece frecvențele mai înalte permit utilizarea unor antene mai scurte. În zilele noastre este obișnuit să se utilizeze fie o „antenă cip”, care este lipită pe un PCB, la fel ca componentele tipice cu montare la suprafață, fie o antenă PCB, care este creată prin încorporarea unei urme special concepute în configurația PCB-ului.
Rezumat
Unele componente sunt comune doar în aplicațiile RF, iar altele trebuie alese și implementate mai atent din cauza comportamentului lor neideal la frecvență înaltă.
Componentele pasive prezintă un răspuns în frecvență neideal ca urmare a inductanței și capacității parazitare.
Aplicațiile RF pot necesita cristale mai precise și/sau mai stabile decât cristalele utilizate în mod obișnuit în circuitele digitale.
Antenele sunt componente critice care trebuie alese în funcție de caracteristicile și cerințele unui sistem RF.
Microundele Si Chuan Keenlion oferă o gamă largă de configurații cu bandă îngustă și bandă largă, acoperind frecvențe de la 0,5 la 50 GHz. Acestea sunt proiectate să gestioneze o putere de intrare de la 10 la 30 wați într-un sistem de transmisie de 50 ohmi. Se utilizează modele microstrip sau stripline, optimizate pentru performanțe optime.
Data publicării: 03 noiembrie 2022
