Compoñentes pasivos en circuítos de RF
Resistencias, condensadores, antenas... Aprende sobre os compoñentes pasivos empregados nos sistemas de radiofrecuencia.
Os sistemas de radiofrecuencia non son fundamentalmente diferentes doutros tipos de circuítos eléctricos. Aplícanse as mesmas leis da física e, en consecuencia, os compoñentes básicos empregados nos deseños de radiofrecuencia tamén se atopan en circuítos dixitais e circuítos analóxicos de baixa frecuencia.
Non obstante, o deseño de RF implica un conxunto único de desafíos e obxectivos e, en consecuencia, as características e os usos dos compoñentes requiren unha consideración especial cando operamos no contexto da RF. Ademais, algúns circuítos integrados realizan funcionalidades moi específicas dos sistemas de RF: non se usan en circuítos de baixa frecuencia e pode que non sexan ben comprendidos por aqueles que teñen pouca experiencia coas técnicas de deseño de RF.
A miúdo clasificamos os compoñentes como activos ou pasivos, e esta estratexia é igualmente válida no ámbito da radiofrecuencia. A noticia trata os compoñentes pasivos especificamente en relación cos circuítos de radiofrecuencia, e a seguinte páxina abrangue os compoñentes activos.
Condensadores
Un condensador ideal proporcionaría exactamente a mesma funcionalidade para un sinal de 1 Hz e un sinal de 1 GHz. Pero os compoñentes nunca son ideais e as anomalías dun condensador poden ser bastante significativas a altas frecuencias.
«C» corresponde ao condensador ideal que está enterrado entre tantos elementos parasitos. Temos unha resistencia non infinita entre as placas (RD), unha resistencia en serie (RS), unha inductancia en serie (LS) e unha capacitancia en paralelo (CP) entre os pads da PCB e o plano de terra (estamos a supoñer compoñentes de montaxe superficial; falaremos disto máis adiante).
A non idealidade máis significativa cando traballamos con sinais de alta frecuencia é a inductancia. Agardamos que a impedancia dun condensador diminúa infinitamente a medida que aumenta a frecuencia, pero a presenza da inductancia parasitaria fai que a impedancia diminúa na frecuencia autorresonante e logo comece a aumentar:
Resistencias, etc.
Mesmo as resistencias poden ser problemáticas a altas frecuencias, porque teñen inductancia en serie, capacitancia en paralelo e a capacitancia típica asociada ás placas de circuíto impreso.
E isto trae á luz un punto importante: cando se traballa con altas frecuencias, os elementos de circuíto parasitos están en todas partes. Non importa o simple ou ideal que sexa un elemento resistivo, aínda necesita ser empaquetado e soldado a unha placa de circuíto impreso, e o resultado son elementos parasitos. O mesmo aplícase a calquera outro compoñente: se está empaquetado e soldado á placa, hai elementos parasitos presentes.
Cristais
A esencia da radiofrecuencia (RF) é manipular sinais de alta frecuencia para que transmitan información, pero antes de manipulalos necesitamos xeralos. Do mesmo xeito que noutros tipos de circuítos, os cristais son un medio fundamental para xerar unha referencia de frecuencia estable.
Non obstante, no deseño dixital e de sinal mixto, adoita ocorrer que os circuítos baseados en cristal non requiren a precisión que un cristal pode proporcionar e, en consecuencia, é doado descoidarse coa selección do cristal. Un circuíto de radiofrecuencia, pola contra, pode ter requisitos de frecuencia estritos, e isto require non só precisión de frecuencia inicial, senón tamén estabilidade de frecuencia.
A frecuencia de oscilación dun cristal ordinario é sensible ás variacións de temperatura. A inestabilidade de frecuencia resultante crea problemas para os sistemas de radiofrecuencia, especialmente para os sistemas que estarán expostos a grandes variacións na temperatura ambiente. Polo tanto, un sistema pode requirir un TCXO, é dicir, un oscilador de cristal con compensación de temperatura. Estes dispositivos incorporan circuítos que compensan as variacións de frecuencia do cristal:
Antenas
Unha antena é un compoñente pasivo que se emprega para converter un sinal eléctrico de radiofrecuencia en radiación electromagnética (REM) ou viceversa. Con outros compoñentes e condutores tentamos minimizar os efectos da REM e, coas antenas, tentamos optimizar a xeración ou recepción da REM con respecto ás necesidades da aplicación.
A ciencia das antenas non é en absoluto sinxela. Varios factores inflúen no proceso de escoller ou deseñar unha antena óptima para unha aplicación específica. A AAC ten dous artigos (prema aquí e aquí) que ofrecen unha excelente introdución aos conceptos de antenas.
As frecuencias máis altas veñen acompañadas de varios desafíos de deseño, aínda que a parte da antena do sistema pode volverse menos problemática a medida que aumenta a frecuencia, porque as frecuencias máis altas permiten o uso de antenas máis curtas. Hoxe en día é común usar unha "antena de chip", que se solda a unha placa de circuíto impreso como os compoñentes típicos de montaxe superficial, ou unha antena de placa de circuíto impreso, que se crea incorporando unha traza especialmente deseñada no deseño da placa de circuíto impreso.
Resumo
Algúns compoñentes son comúns só en aplicacións de RF e outros deben escollirse e implementarse con máis coidado debido ao seu comportamento non ideal en alta frecuencia.
Os compoñentes pasivos presentan unha resposta en frecuencia non ideal como resultado da inductancia e a capacitancia parasitarias.
As aplicacións de RF poden requirir cristais máis precisos e/ou estables que os cristais que se usan habitualmente nos circuítos dixitais.
As antenas son compoñentes críticos que deben elixirse segundo as características e os requisitos dun sistema de radiofrecuencia.
As microondas Si Chuan Keenlion ofrecen unha ampla selección en configuracións de banda estreita e banda ancha, que abarcan frecuencias de 0,5 a 50 GHz. Están deseñadas para manexar unha potencia de entrada de 10 a 30 vatios nun sistema de transmisión de 50 ohmios. Utilízanse deseños de microstrip ou stripline, que están optimizados para un mellor rendemento.
Data de publicación: 03 de novembro de 2022
