Пасивні компоненти в радіочастотних схемах
Резистори, конденсатори, антени... Дізнайтеся про пасивні компоненти, що використовуються в радіочастотних системах.
Радіочастотні системи принципово не відрізняються від інших типів електричних кіл. Застосовуються ті ж закони фізики, і, отже, основні компоненти, що використовуються в радіочастотних конструкціях, також зустрічаються в цифрових схемах та низькочастотних аналогових схемах.
Однак, проектування радіочастотних пристроїв пов'язане з унікальним набором завдань та цілей, і, отже, характеристики та використання компонентів вимагають особливої уваги, коли ми працюємо в контексті радіочастотних пристроїв. Крім того, деякі інтегральні схеми виконують функціональність, яка є дуже специфічною для радіочастотних систем — вони не використовуються в низькочастотних схемах і можуть бути не зовсім зрозумілими тими, хто має мало досвіду в методах проектування радіочастотних пристроїв.
Ми часто класифікуємо компоненти як активні або пасивні, і цей підхід однаково справедливий і в галузі радіочастотних схем. У новинах пасивні компоненти обговорюються саме стосовно радіочастотних схем, а на наступній сторінці розглядаються активні компоненти.
Конденсатори
Ідеальний конденсатор забезпечував би абсолютно однакову функціональність для сигналу 1 Гц та сигналу 1 ГГц. Але компоненти ніколи не бувають ідеальними, а неідеальність конденсатора може бути досить значною на високих частотах.
«C» відповідає ідеальному конденсатору, який знаходиться серед багатьох паразитних елементів. Ми маємо небезкінечний опір між пластинами (RD), послідовний опір (RS), послідовну індуктивність (LS) та паралельну ємність (CP) між контактними майданчиками друкованої плати та заземлювальною площиною (ми припускаємо компоненти поверхневого монтажу; про це пізніше).
Найбільш значною неідеальністю під час роботи з високочастотними сигналами є індуктивність. Ми очікуємо, що імпеданс конденсатора нескінченно зменшуватиметься зі збільшенням частоти, але наявність паразитної індуктивності призводить до того, що імпеданс падає на власній резонансній частоті, а потім починає зростати:
Резистори та ін.
Навіть резистори можуть створювати проблеми на високих частотах, оскільки вони мають послідовну індуктивність, паралельну ємність та типову ємність, пов'язану з контактними майданчиками друкованих плат.
І це піднімає важливий момент: коли ви працюєте з високими частотами, паразитні елементи схеми є скрізь. Незалежно від того, наскільки простим чи ідеальним є резистивний елемент, його все одно потрібно упаковати та припаяти до друкованої плати, і результатом є паразити. Те саме стосується будь-якого іншого компонента: якщо він упакований та припаяний до плати, паразитні елементи присутні.
Кристали
Суть радіочастотного сигналу полягає в маніпулюванні високочастотними сигналами для передачі інформації, але перш ніж ми почнемо маніпулювати, нам потрібно їх згенерувати. Як і в інших типах схем, кристали є основним засобом генерації стабільного опорного сигналу частоти.
Однак, у цифровому та змішаному проектуванні часто трапляється, що схеми на основі кристалів насправді не вимагають такої точності, яку може забезпечити кристал, і, як наслідок, легко недбало ставитися до вибору кристала. Радіочастотна схема, навпаки, може мати суворі вимоги до частоти, і це вимагає не лише початкової точності частоти, але й стабільності частоти.
Частота коливань звичайного кристала чутлива до коливань температури. Результуюча нестабільність частоти створює проблеми для радіочастотних систем, особливо для систем, які будуть піддаватися впливу значних коливань температури навколишнього середовища. Таким чином, система може потребувати TCXO, тобто температурно-компенсованого кварцового генератора. Ці пристрої містять схему, яка компенсує коливання частоти кристала:
Антени
Антена — це пасивний компонент, який використовується для перетворення радіочастотного електричного сигналу в електромагнітне випромінювання (ЕМВ) або навпаки. За допомогою інших компонентів і провідників ми намагаємося мінімізувати вплив ЕМВ, а за допомогою антен ми намагаємося оптимізувати генерацію або прийом ЕМВ відповідно до потреб застосування.
Антенознавство аж ніяк не просте. Різні фактори впливають на процес вибору або проектування антени, яка є оптимальною для конкретного застосування. AAC має дві статті (натисніть тут і тут), які є чудовим вступом до концепцій антен.
Вищі частоти супроводжуються різними проблемами проектування, хоча антенна частина системи може фактично стати менш проблематичною зі збільшенням частоти, оскільки вищі частоти дозволяють використовувати коротші антени. Сьогодні прийнято використовувати або «чіпову антену», яка припаюється до друкованої плати, як типові компоненти поверхневого монтажу, або антену на друкованій платі, яка створюється шляхом включення спеціально розробленої доріжки в макет друкованої плати.
Короткий зміст
Деякі компоненти поширені лише в радіочастотних застосуваннях, а інші необхідно вибирати та впроваджувати ретельніше через їх неідеальну поведінку на високих частотах.
Пасивні компоненти демонструють неідеальну частотну характеристику в результаті паразитної індуктивності та ємності.
У радіочастотних застосуваннях можуть знадобитися кристали, які є точнішими та/або стабільнішими, ніж кристали, що зазвичай використовуються в цифрових схемах.
Антени є критично важливими компонентами, які необхідно вибирати відповідно до характеристик та вимог радіочастотної системи.
Мікрохвильові печі Si Chuan Keenlion пропонують великий вибір вузькосмугових та широкосмугових конфігурацій, що охоплюють частоти від 0,5 до 50 ГГц. Вони розроблені для роботи з вхідною потужністю від 10 до 30 Вт у системі передачі з опором 50 Ом. Використовуються мікросмужкові або смужкові конструкції, оптимізовані для найкращої продуктивності.
Час публікації: 03 листопада 2022 р.
