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常用RF元器件—电容

2015-04-18   来源:互联网   点击:
电容是电子设备中最常用也是最重要的元器件之一,在几乎所有的电子产品中都能见到它的身影。但它又常常被人们所忽视,在很多人心中,它不过是两个导体外加中间隔离电解质的一个元器件而已。他的用途非常多,主

电容是电子设备中最常用也是最重要的元器件之一,在几乎所有的电子产品中都能见到它的身影。但它又常常被人们所忽视,在很多人心中,它不过是两个导体外加中间隔离电解质的一个元器件而已。他的用途非常多,主要有:1)隔直通交; 2)去耦电容; 3)耦合电容; 4)滤波; 5)调谐; 6)计时; 7)储能; 8)用于匹配电路等等……本次要讨论的是在RF链路上的电容。

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图1.射频放大器的典型设计电路

先将上图中的电容先分类,可以看出其中C1,C5是RF耦合电容,是我们主要讨论的部分;C2,C3,C4,C6,C7是匹配电容,它能让放大器很好地工作在某一特定的频段;C8是电源去耦电容。

针对C1、C5而言,它主要有2个功能:

其一:隔离外部的直流部分。因为大部分的RF混频器、衰减器等器件都会由于过高的直流输入电平、过高的功率或ESD而损坏,而电容的出现能够帮助消除直流的影响;

其二:频率选择功能。有时候我们期望放大器仅仅放大wifi频段的信号,而不用理会FM, GSM等低频信号,这时候选择容值比较小的电容就能起到高通滤波器作用。

在实际选择RF耦合电容时需要注意哪些参数呢?

1.电容容值。它决定了电路的工作频段,一般放大器等器件会有典型的参考设计,对于某几个频点,手册会给出参考值。

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图2.元器件手册给出的设计参考值

从上表可以看出,器件使用的频段越低,所需要的容值就越大;反之,频段越高所需的容值就越小。这与电容在电源去耦时的选择方法是一致的。当频段低至几百KHz时,所需的容值大约在uF级别。

2.Q值。它是衡量电容插损的重要指标,Q值越高,射频功率损耗越小。Q=1/[(2πfC)*ESR]。Q值与电容的材料有关,ESR越低,Q值越高。在设计滤波器时,使用高Q值的电容能使滤波器的带宽做得比较窄,如DLI或ATC公司的电容,他们能做到很高的Q值。

3.等效串联电阻及等效串联电感。理想的电容只有容性,但实际的电容模型是由几部分串联组成的:电容、等效串联电阻、等效串联电感。其等效的阻抗为Z=R+j(ωL-1/ωC)

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图3电容的等效模型

它们的出现使得电容会有自谐振频率,定义为:f0=1/(2π*\),当工作频率小于f0时,电容呈现出容性阻抗;当频率等于f0时,呈现出纯阻性Z=Resr;当频率大于f0时它即呈现出感性。

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图4电容阻抗随频率的变化

4.耐压。它是必须考虑的因素之一,一般耐压越高,体积也就越大,目前RF设备内的耦合电容尺寸以0402,0603,0805等典型贴片封装为主。

5.温度系数与容差。他们是反映电容容值准确性的参数,选择时根据实际需要而定。

6.焊接方式。水平或垂直。在没有深入研究电容之前,我从未考虑过电容的不同焊接方式会导致它插损和谐振的变化。请看下面的列子:

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图5水平焊接VS垂直焊接

可以看到,当水平焊接时该电容在1.2G左右产生了一个自谐振点,而当改用垂直焊接时,该谐振点提高到了2.3G附近,使得无谐振的频带得到了展宽。这一点对需要做宽带系统的设备而言是很重要的。往往SRF(Self Resonant Frequency)比较高的电容都价格不菲,利用电容的这一特性可以帮助节约成本。

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