Componenti passivi nei circuiti RF
Resistori, condensatori, antenne... Scopri di più sui componenti passivi utilizzati nei sistemi RF.
I sistemi RF non sono fondamentalmente diversi dagli altri tipi di circuiti elettrici. Valgono le stesse leggi della fisica e, di conseguenza, i componenti di base utilizzati nei progetti RF si ritrovano anche nei circuiti digitali e nei circuiti analogici a bassa frequenza.
Tuttavia, la progettazione RF comporta una serie di sfide e obiettivi unici, e di conseguenza le caratteristiche e gli utilizzi dei componenti richiedono un'attenzione particolare quando si opera nel contesto della RF. Inoltre, alcuni circuiti integrati svolgono funzionalità altamente specifiche per i sistemi RF: non vengono utilizzati nei circuiti a bassa frequenza e potrebbero non essere ben compresi da coloro che hanno poca esperienza con le tecniche di progettazione RF.
Spesso classifichiamo i componenti come attivi o passivi, e questo approccio è altrettanto valido nel campo della radiofrequenza. Le notizie trattano i componenti passivi specificamente in relazione ai circuiti RF, mentre la pagina successiva tratta i componenti attivi.
condensatori
Un condensatore ideale fornirebbe esattamente la stessa funzionalità per un segnale a 1 Hz e uno a 1 GHz. Tuttavia, i componenti non sono mai ideali e le non idealità di un condensatore possono essere piuttosto significative alle alte frequenze.
"C" corrisponde al condensatore ideale, sepolto tra così tanti elementi parassiti. Abbiamo una resistenza non infinita tra le armature (RD), una resistenza in serie (RS), un'induttanza in serie (LS) e una capacità in parallelo (CP) tra le piazzole del PCB e il piano di massa (ipotizziamo componenti a montaggio superficiale; ne parleremo più avanti).
La non-idealità più significativa quando lavoriamo con segnali ad alta frequenza è l'induttanza. Ci aspettiamo che l'impedenza di un condensatore diminuisca all'infinito all'aumentare della frequenza, ma la presenza dell'induttanza parassita fa sì che l'impedenza diminuisca alla frequenza di autorisonanza per poi iniziare ad aumentare:
Resistori, et al.
Anche i resistori possono essere problematici alle alte frequenze, perché presentano induttanza in serie, capacità in parallelo e la tipica capacità associata ai pad dei PCB.
E questo solleva un punto importante: quando si lavora con le alte frequenze, gli elementi parassiti del circuito sono ovunque. Non importa quanto semplice o ideale sia un elemento resistivo, deve comunque essere confezionato e saldato a un PCB, e il risultato sono i parassiti. Lo stesso vale per qualsiasi altro componente: se è confezionato e saldato alla scheda, gli elementi parassiti sono presenti.
Cristalli
L'essenza della radiofrequenza è manipolare segnali ad alta frequenza in modo che trasmettano informazioni, ma prima di manipolarli è necessario generarli. Come in altri tipi di circuiti, i cristalli sono un mezzo fondamentale per generare un riferimento di frequenza stabile.
Tuttavia, nella progettazione digitale e a segnale misto, spesso i circuiti a cristallo non richiedono la precisione che un cristallo può fornire, e di conseguenza è facile cadere in errori nella selezione del cristallo. Un circuito RF, al contrario, può avere requisiti di frequenza rigorosi, e questo richiede non solo la precisione iniziale della frequenza, ma anche la stabilità della stessa.
La frequenza di oscillazione di un cristallo ordinario è sensibile alle variazioni di temperatura. L'instabilità di frequenza che ne deriva crea problemi ai sistemi RF, in particolare a quelli esposti a grandi variazioni di temperatura ambiente. Pertanto, un sistema potrebbe richiedere un TCXO, ovvero un oscillatore a cristallo compensato in temperatura. Questi dispositivi incorporano circuiti che compensano le variazioni di frequenza del cristallo:
Antenne
Un'antenna è un componente passivo utilizzato per convertire un segnale elettrico a radiofrequenza (RF) in radiazione elettromagnetica (EMR) o viceversa. Con altri componenti e conduttori cerchiamo di ridurre al minimo gli effetti dell'EMR, mentre con le antenne cerchiamo di ottimizzare la generazione o la ricezione dell'EMR in base alle esigenze dell'applicazione.
La scienza delle antenne non è affatto semplice. Diversi fattori influenzano il processo di scelta o progettazione di un'antenna ottimale per una particolare applicazione. AAC ha pubblicato due articoli (clicca qui e qui) che forniscono un'eccellente introduzione ai concetti di antenna.
Le frequenze più elevate comportano diverse sfide progettuali, sebbene la parte antenna del sistema possa in realtà diventare meno problematica con l'aumentare della frequenza, poiché frequenze più elevate consentono l'uso di antenne più corte. Oggigiorno è comune utilizzare un'"antenna a chip", saldata a un PCB come i tipici componenti a montaggio superficiale, oppure un'antenna PCB, creata incorporando una traccia appositamente progettata nel layout del PCB.
Riepilogo
Alcuni componenti sono comuni solo nelle applicazioni RF, mentre altri devono essere scelti e implementati con maggiore attenzione a causa del loro comportamento non ideale alle alte frequenze.
I componenti passivi presentano una risposta in frequenza non ideale a causa dell'induttanza e della capacità parassite.
Le applicazioni RF potrebbero richiedere cristalli più precisi e/o stabili rispetto ai cristalli comunemente utilizzati nei circuiti digitali.
Le antenne sono componenti critici che devono essere scelti in base alle caratteristiche e ai requisiti di un sistema RF.
Si Chuan Keenlion Microwave offre un'ampia gamma di configurazioni a banda stretta e larga, che coprono frequenze da 0,5 a 50 GHz. Sono progettati per gestire potenze in ingresso da 10 a 30 watt in un sistema di trasmissione a 50 ohm. Vengono utilizzati design a microstrip o stripline, ottimizzati per le migliori prestazioni.
Data di pubblicazione: 03-11-2022
