Passieve componenten in RF-circuits
Weerstanden, condensatoren, antennes... Leer meer over passieve componenten die in RF-systemen worden gebruikt.
RF-systemen verschillen niet fundamenteel van andere soorten elektrische circuits. Dezelfde natuurwetten zijn van toepassing, en daarom zijn de basiscomponenten die in RF-ontwerpen worden gebruikt, ook te vinden in digitale circuits en laagfrequente analoge circuits.
RF-ontwerp brengt echter een unieke reeks uitdagingen en doelstellingen met zich mee, waardoor de kenmerken en toepassingen van componenten speciale aandacht vereisen wanneer we in de context van RF werken. Bovendien voeren sommige geïntegreerde schakelingen functionaliteit uit die zeer specifiek is voor RF-systemen; ze worden niet gebruikt in laagfrequente schakelingen en worden mogelijk niet goed begrepen door mensen met weinig ervaring met RF-ontwerptechnieken.
We categoriseren componenten vaak als actief of passief, en deze benadering geldt evenzeer voor RF. Het nieuws bespreekt passieve componenten specifiek in relatie tot RF-circuits, en de volgende pagina behandelt actieve componenten.
Condensatoren
Een ideale condensator zou exact dezelfde functionaliteit bieden voor een 1 Hz-signaal als voor een 1 GHz-signaal. Maar componenten zijn nooit ideaal, en de niet-idealiteiten van een condensator kunnen bij hoge frequenties aanzienlijk zijn.
"C" komt overeen met de ideale condensator die begraven ligt tussen zoveel parasitaire elementen. We hebben een niet-oneindige weerstand tussen de platen (RD), serieweerstand (RS), serie-inductie (LS) en parallelcapaciteit (CP) tussen de PCB-pads en het aardvlak (we gaan uit van componenten die op het oppervlak zijn gemonteerd; hierover later meer).
De belangrijkste niet-idealiteit bij het werken met hoogfrequente signalen is de inductantie. We verwachten dat de impedantie van een condensator eindeloos afneemt naarmate de frequentie toeneemt, maar de aanwezigheid van de parasitaire inductantie zorgt ervoor dat de impedantie bij de zelfresonantiefrequentie daalt en vervolgens weer toeneemt:
Weerstanden, et al.
Zelfs weerstanden kunnen bij hoge frequenties problemen opleveren, omdat ze een serie-inductie, parallelcapaciteit en de typische capaciteit van PCB-pads hebben.
En dit brengt ons bij een belangrijk punt: wanneer je met hoge frequenties werkt, zijn parasitaire circuitelementen overal aanwezig. Hoe eenvoudig of ideaal een weerstandselement ook is, het moet nog steeds worden verpakt en op een printplaat worden gesoldeerd, en het resultaat is parasitair. Hetzelfde geldt voor elk ander component: als het verpakt en op de printplaat wordt gesoldeerd, zijn er parasitaire elementen aanwezig.
Kristallen
De essentie van RF is het manipuleren van hoogfrequente signalen zodat ze informatie overbrengen. Maar voordat we manipuleren, moeten we eerst genereren. Net als bij andere soorten circuits zijn kristallen een fundamenteel middel om een stabiele frequentiereferentie te genereren.
Bij digitaal en gemengd-signaalontwerp is het echter vaak zo dat kristalgebaseerde schakelingen niet de precisie vereisen die een kristal kan bieden, waardoor het gemakkelijk is om onzorgvuldig te zijn met de kristalselectie. Een RF-schakeling daarentegen kan strenge frequentievereisten hebben, en dit vereist niet alleen de initiële frequentieprecisie, maar ook de frequentiestabiliteit.
De oscillatiefrequentie van een gewoon kristal is gevoelig voor temperatuurschommelingen. De resulterende frequentie-instabiliteit creëert problemen voor RF-systemen, met name systemen die worden blootgesteld aan grote temperatuurschommelingen. Een systeem kan daarom een TCXO nodig hebben, oftewel een temperatuurgecompenseerde kristaloscillator. Deze apparaten bevatten schakelingen die de frequentieschommelingen van het kristal compenseren:
Antennes
Een antenne is een passieve component die wordt gebruikt om een RF-elektrisch signaal om te zetten in elektromagnetische straling (EMS), of vice versa. Met andere componenten en geleiders proberen we de effecten van EMS te minimaliseren, en met antennes proberen we de opwekking of ontvangst van EMS te optimaliseren met het oog op de behoeften van de toepassing.
Antennewetenschap is zeker niet eenvoudig. Verschillende factoren beïnvloeden het proces van het kiezen of ontwerpen van een antenne die optimaal is voor een bepaalde toepassing. AAC heeft twee artikelen (klik hier en hier) die een uitstekende introductie bieden tot antenneconcepten.
Hogere frequenties gaan gepaard met diverse ontwerpuitdagingen, hoewel het antennegedeelte van het systeem minder problematisch kan worden naarmate de frequentie toeneemt, omdat hogere frequenties het gebruik van kortere antennes mogelijk maken. Tegenwoordig is het gebruikelijk om een "chipantenne" te gebruiken, die net als typische opbouwcomponenten op een printplaat wordt gesoldeerd, of een PCB-antenne, die wordt gemaakt door een speciaal ontworpen trace in de PCB-layout te integreren.
Samenvatting
Sommige componenten komen alleen voor in RF-toepassingen, terwijl andere zorgvuldiger moeten worden gekozen en geïmplementeerd vanwege hun niet-ideale hoogfrequente gedrag.
Passieve componenten vertonen een niet-ideale frequentierespons als gevolg van parasitaire inductie en capaciteit.
RF-toepassingen vereisen mogelijk kristallen die nauwkeuriger en/of stabieler zijn dan de kristallen die doorgaans in digitale schakelingen worden gebruikt.
Antennes zijn kritische componenten die gekozen moeten worden op basis van de kenmerken en vereisten van een RF-systeem.
Si Chuan Keenlion Microwave biedt een ruime keuze aan smalband- en breedbandconfiguraties, met frequenties van 0,5 tot 50 GHz. Ze zijn ontworpen om een ingangsvermogen van 10 tot 30 watt te verwerken in een 50-ohm transmissiesysteem. Er wordt gebruikgemaakt van microstrip- of stripline-ontwerpen, die geoptimaliseerd zijn voor optimale prestaties.
Plaatsingstijd: 3 november 2022