Elementy pasywne w obwodach RF
Rezystory, kondensatory, anteny. . . . Dowiedz się więcej o elementach pasywnych stosowanych w systemach RF.
Systemy RF zasadniczo nie różnią się od innych typów obwodów elektrycznych. Obowiązują te same prawa fizyki, w związku z czym podstawowe komponenty stosowane w projektach RF można znaleźć również w układach cyfrowych i analogowych obwodach niskiej częstotliwości.
Projektowanie RF wiąże się jednak z unikalnym zestawem wyzwań i celów, w związku z czym charakterystyka i zastosowanie komponentów wymagają szczególnej uwagi w kontekście RF. Ponadto niektóre układy scalone realizują funkcje ściśle specyficzne dla systemów RF – nie są one stosowane w obwodach niskoczęstotliwościowych i mogą być niezrozumiałe dla osób z niewielkim doświadczeniem w technikach projektowania RF.
Często kategoryzujemy komponenty jako aktywne lub pasywne, a podejście to jest równie ważne w dziedzinie częstotliwości radiowych. W artykule omówiono komponenty pasywne w kontekście obwodów RF, a na następnej stronie omówiono komponenty aktywne.
Kondensatory
Idealny kondensator zapewniałby dokładnie taką samą funkcjonalność dla sygnału 1 Hz i 1 GHz. Jednak komponenty nigdy nie są idealne, a nieidealność kondensatora może być dość znacząca przy wysokich częstotliwościach.
„C” odpowiada idealnemu kondensatorowi, który jest ukryty wśród wielu elementów pasożytniczych. Mamy nieskończoną rezystancję między płytkami (RD), rezystancję szeregową (RS), indukcyjność szeregową (LS) i pojemność równoległą (CP) między padami PCB a płaszczyzną uziemienia (zakładamy, że są to elementy montowane powierzchniowo; więcej na ten temat później).
Najistotniejszą nieidealnością w przypadku sygnałów o wysokiej częstotliwości jest indukcyjność. Oczekujemy, że impedancja kondensatora będzie nieskończenie maleć wraz ze wzrostem częstotliwości, ale obecność indukcyjności pasożytniczej powoduje, że impedancja spada przy częstotliwości rezonansu własnego, a następnie zaczyna rosnąć:
Rezystory i inne.
Nawet rezystory mogą sprawiać problemy przy wysokich częstotliwościach, ponieważ mają indukcyjność szeregową, pojemność równoległą i typową pojemność związaną z padami PCB.
I to porusza ważną kwestię: podczas pracy z wysokimi częstotliwościami, elementy pasożytnicze są wszędzie. Niezależnie od tego, jak prosty lub idealny jest element rezystancyjny, nadal musi być on umieszczony w obudowie i przylutowany do płytki PCB, a rezultatem są elementy pasożytnicze. To samo dotyczy każdego innego komponentu: jeśli jest umieszczony w obudowie i przylutowany do płytki, elementy pasożytnicze są obecne.
Kryształy
Istotą RF jest manipulowanie sygnałami o wysokiej częstotliwości w celu przekazywania informacji, ale zanim zaczniemy manipulować, musimy je wygenerować. Podobnie jak w innych typach obwodów, kryształy stanowią podstawowy sposób generowania stabilnego odniesienia częstotliwości.
Jednak w projektowaniu sygnałów cyfrowych i mieszanych często zdarza się, że układy oparte na kryształach nie wymagają precyzji, jaką zapewnia kryształ, i w konsekwencji łatwo o pomyłkę w doborze odpowiedniego kryształu. Z kolei układ RF może mieć ścisłe wymagania dotyczące częstotliwości, co wymaga nie tylko początkowej precyzji częstotliwości, ale także jej stabilności.
Częstotliwość oscylacji zwykłego kryształu jest wrażliwa na zmiany temperatury. Wynikająca z tego niestabilność częstotliwości stwarza problemy dla systemów RF, zwłaszcza tych narażonych na duże wahania temperatury otoczenia. W związku z tym system może wymagać zastosowania TCXO, czyli oscylatora kwarcowego z kompensacją temperatury. Urządzenia te zawierają układy kompensujące zmiany częstotliwości kryształu:
Anteny
Antena to pasywny element służący do konwersji sygnału elektrycznego o częstotliwości radiowej (RF) na promieniowanie elektromagnetyczne (PEM) i odwrotnie. W przypadku innych elementów i przewodników staramy się minimalizować wpływ PEM, a w przypadku anten optymalizujemy generowanie lub odbiór PEM w zależności od potrzeb aplikacji.
Nauka o antenach wcale nie jest prosta. Na wybór lub zaprojektowanie anteny optymalnej dla danego zastosowania wpływa wiele czynników. AAC opublikował dwa artykuły (kliknij tutaj i tutaj), które stanowią doskonałe wprowadzenie do zagadnień związanych z antenami.
Wyższe częstotliwości wiążą się z różnymi wyzwaniami projektowymi, choć antena systemu może stawać się mniej problematyczna wraz ze wzrostem częstotliwości, ponieważ wyższe częstotliwości pozwalają na zastosowanie krótszych anten. Obecnie powszechne jest stosowanie „anteny chipowej”, lutowanej do płytki PCB, jak typowe elementy do montażu powierzchniowego, lub anteny PCB, która powstaje poprzez wbudowanie specjalnie zaprojektowanej ścieżki w układ PCB.
Streszczenie
Niektóre komponenty są powszechnie stosowane wyłącznie w zastosowaniach RF, inne zaś należy dobierać i wdrażać z większą ostrożnością ze względu na ich nieidealne zachowanie przy wysokich częstotliwościach.
Elementy pasywne wykazują nieidealną odpowiedź częstotliwościową ze względu na pasożytniczą indukcyjność i pojemność.
Zastosowania RF mogą wymagać kryształów dokładniejszych i/lub stabilniejszych niż kryształy powszechnie stosowane w obwodach cyfrowych.
Anteny to kluczowe elementy, które należy dobrać zgodnie z charakterystyką i wymaganiami systemu RF.
Mikrofalówki Si Chuan Keenlion oferują szeroki wybór konfiguracji wąsko- i szerokopasmowych, obejmujących częstotliwości od 0,5 do 50 GHz. Zaprojektowano je do obsługi mocy wejściowej od 10 do 30 watów w systemie transmisyjnym o impedancji 50 omów. Wykorzystuje się konstrukcje mikropaskowe lub paskowe, zoptymalizowane pod kątem uzyskania najlepszej wydajności.
Czas publikacji: 03-11-2022
