Passieve componenten in RF-circuits
Weerstanden, condensatoren, antennes... Leer meer over passieve componenten die in RF-systemen worden gebruikt.
RF-systemen verschillen in wezen niet van andere soorten elektrische schakelingen. Dezelfde natuurwetten zijn van toepassing en daarom zijn de basiscomponenten die in RF-ontwerpen worden gebruikt ook terug te vinden in digitale schakelingen en laagfrequente analoge schakelingen.
RF-ontwerp brengt echter een unieke reeks uitdagingen en doelstellingen met zich mee, waardoor de eigenschappen en toepassingen van componenten speciale aandacht vereisen in de context van RF. Bovendien voeren sommige geïntegreerde schakelingen functionaliteit uit die zeer specifiek is voor RF-systemen; ze worden niet gebruikt in laagfrequente circuits en zijn mogelijk niet goed te begrijpen voor mensen met weinig ervaring met RF-ontwerptechnieken.
We categoriseren componenten vaak als actief of passief, en deze benadering is evenzeer van toepassing op RF-circuits. Dit artikel bespreekt passieve componenten specifiek in relatie tot RF-circuits, en op de volgende pagina komen actieve componenten aan bod.
Condensatoren
Een ideale condensator zou exact dezelfde functionaliteit bieden voor een signaal van 1 Hz en een signaal van 1 GHz. Maar componenten zijn nooit ideaal, en de niet-idealiteiten van een condensator kunnen bij hoge frequenties aanzienlijk zijn.
"C" staat voor de ideale condensator die ingebed is tussen zoveel parasitaire elementen. We hebben een niet-oneindige weerstand tussen de platen (RD), een serieweerstand (RS), een serie-inductantie (LS) en een parallelle capaciteit (CP) tussen de PCB-pads en het massavlak (we gaan uit van SMD-componenten; hierover later meer).
De belangrijkste afwijking van de ideale situatie bij het werken met hoogfrequente signalen is de inductantie. We verwachten dat de impedantie van een condensator oneindig afneemt naarmate de frequentie toeneemt, maar de aanwezigheid van de parasitaire inductantie zorgt ervoor dat de impedantie daalt bij de zelfresonantiefrequentie en vervolgens weer begint toe te nemen.
Weerstanden, enzovoort.
Zelfs weerstanden kunnen problemen veroorzaken bij hoge frequenties, omdat ze een serieschakeling van inductantie, een parallelschakeling van capaciteit en de typische capaciteit van printplaatcontactpunten hebben.
En dit brengt een belangrijk punt naar voren: bij hoge frequenties 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 zijn parasitaire elementen. Hetzelfde geldt voor elk ander component: als het verpakt en op de printplaat gesoldeerd is, zijn er parasitaire elementen aanwezig.
Kristallen
De essentie van RF is het manipuleren van hoogfrequente signalen om informatie over te brengen, maar voordat we kunnen manipuleren, moeten we ze genereren. Net als in andere soorten schakelingen zijn kristallen een fundamenteel middel om een stabiele frequentiereferentie te genereren.
In digitale en gemengde signaalontwerpen is het echter vaak zo dat op kristallen gebaseerde circuits de precisie die een kristal kan bieden niet vereisen, waardoor men gemakkelijk onzorgvuldig omgaat met de kristalkeuze. Een RF-circuit daarentegen kan strikte frequentie-eisen stellen, wat niet alleen een nauwkeurige initiële frequentie, maar ook frequentiestabiliteit vereist.
De oscillatiefrequentie van een gewoon kristal is gevoelig voor temperatuurschommelingen. De daaruit voortvloeiende frequentie-instabiliteit veroorzaakt problemen voor RF-systemen, met name systemen die worden blootgesteld aan grote schommelingen in de omgevingstemperatuur. Daarom kan een systeem een TCXO nodig hebben, oftewel een temperatuurgecompenseerde kristaloscillator. Deze apparaten bevatten schakelingen die de frequentieschommelingen van het kristal compenseren.
Antennes
Een antenne is een passief component dat wordt gebruikt om een elektrisch RF-signaal om te zetten in elektromagnetische straling (EMR), of omgekeerd. Met andere componenten en geleiders proberen we de effecten van EMR te minimaliseren, terwijl we met antennes de generatie of ontvangst van EMR proberen te optimaliseren, afhankelijk van de behoeften van de toepassing.
Antennewetenschap is allesbehalve eenvoudig. Diverse factoren spelen een rol bij het kiezen of ontwerpen van een antenne die optimaal is voor een specifieke toepassing. AAC heeft twee artikelen (klik hier en hier) die een uitstekende introductie tot antenneconcepten bieden.
Hogere frequenties brengen diverse ontwerpuitdagingen met zich mee, hoewel het antennegedeelte van het systeem juist minder problematisch kan worden naarmate de frequentie toeneemt, omdat bij hogere frequenties kortere antennes gebruikt kunnen worden. Tegenwoordig wordt vaak gebruikgemaakt van een "chipantenne", die op een printplaat gesoldeerd wordt zoals typische SMD-componenten, of een printplaatantenne, die gecreëerd wordt door een speciaal ontworpen printspoor in de printplaatlay-out te integreren.
Samenvatting
Sommige componenten komen alleen voor in RF-toepassingen, terwijl andere zorgvuldiger gekozen en geïmplementeerd moeten worden vanwege hun niet-ideale gedrag bij hoge frequenties.
Passieve componenten vertonen een niet-ideale frequentierespons als gevolg van parasitaire inductantie en capaciteit.
RF-toepassingen vereisen mogelijk kristallen die nauwkeuriger en/of stabieler zijn dan de kristallen die gewoonlijk in digitale circuits worden gebruikt.
Antennes zijn essentiële componenten die gekozen moeten worden op basis van de kenmerken en eisen van een RF-systeem.
Si Chuan Keenlion Microwave biedt een ruime keuze aan smalband- en breedbandconfiguraties, met frequenties van 0,5 tot 50 GHz. De microgolven zijn ontworpen voor een ingangsvermogen van 10 tot 30 watt in een 50-ohm transmissiesysteem. Er wordt gebruikgemaakt van microstrip- of stripline-ontwerpen, geoptimaliseerd voor de beste prestaties.
Geplaatst op: 3 november 2022
