Các linh kiện thụ động trong mạch RF
Điện trở, tụ điện, anten… Tìm hiểu về các linh kiện thụ động được sử dụng trong hệ thống tần số vô tuyến (RF).
Hệ thống RF về cơ bản không khác biệt so với các loại mạch điện khác. Các định luật vật lý tương tự được áp dụng, và do đó, các thành phần cơ bản được sử dụng trong thiết kế RF cũng được tìm thấy trong các mạch kỹ thuật số và mạch tương tự tần số thấp.
Tuy nhiên, thiết kế RF bao gồm một tập hợp các thách thức và mục tiêu độc đáo, và do đó, đặc điểm và công dụng của các linh kiện cần được xem xét đặc biệt khi chúng ta hoạt động trong bối cảnh RF. Ngoài ra, một số mạch tích hợp thực hiện các chức năng rất đặc thù cho hệ thống RF — chúng không được sử dụng trong các mạch tần số thấp và có thể không được hiểu rõ bởi những người ít kinh nghiệm về kỹ thuật thiết kế RF.
Chúng ta thường phân loại các linh kiện thành linh kiện chủ động hoặc thụ động, và cách tiếp cận này cũng hoàn toàn đúng trong lĩnh vực tần số vô tuyến (RF). Bài viết này sẽ thảo luận về các linh kiện thụ động cụ thể liên quan đến mạch RF, và trang tiếp theo sẽ đề cập đến các linh kiện chủ động.
Tụ điện
Một tụ điện lý tưởng sẽ cung cấp chức năng hoàn toàn giống nhau cho tín hiệu 1 Hz và tín hiệu 1 GHz. Nhưng các linh kiện không bao giờ lý tưởng, và những sai lệch của tụ điện có thể khá đáng kể ở tần số cao.
“C” tương ứng với tụ điện lý tưởng nằm giữa rất nhiều phần tử ký sinh. Chúng ta có điện trở không vô hạn giữa các bản cực (RD), điện trở nối tiếp (RS), điện cảm nối tiếp (LS) và điện dung song song (CP) giữa các chân PCB và mặt phẳng nối đất (chúng ta đang giả định các linh kiện gắn trên bề mặt; sẽ nói thêm về điều này sau).
Sai lệch đáng kể nhất khi làm việc với tín hiệu tần số cao là điện cảm. Chúng ta kỳ vọng trở kháng của tụ điện sẽ giảm liên tục khi tần số tăng, nhưng sự hiện diện của điện cảm ký sinh khiến trở kháng giảm xuống ở tần số tự cộng hưởng và sau đó bắt đầu tăng lên:
Điện trở, v.v.
Ngay cả điện trở cũng có thể gây rắc rối ở tần số cao, vì chúng có điện cảm nối tiếp, điện dung song song và điện dung điển hình liên quan đến các điểm tiếp xúc trên mạch in.
Điều này dẫn đến một điểm quan trọng: khi làm việc với tần số cao, các phần tử mạch ký sinh xuất hiện ở khắp mọi nơi. Cho dù một phần tử điện trở đơn giản hay lý tưởng đến đâu, nó vẫn cần được đóng gói và hàn vào mạch in, và kết quả là tạo ra các phần tử ký sinh. Điều tương tự cũng áp dụng cho bất kỳ linh kiện nào khác: nếu nó được đóng gói và hàn vào bo mạch, thì các phần tử ký sinh sẽ xuất hiện.
Tinh thể
Bản chất của RF là thao tác các tín hiệu tần số cao để chúng truyền tải thông tin, nhưng trước khi thao tác, chúng ta cần phải tạo ra chúng. Cũng như trong các loại mạch khác, tinh thể là phương tiện cơ bản để tạo ra nguồn tần số tham chiếu ổn định.
Tuy nhiên, trong thiết kế mạch số và mạch hỗn hợp, các mạch dựa trên tinh thể thường không yêu cầu độ chính xác mà tinh thể có thể cung cấp, và do đó, người ta dễ trở nên bất cẩn trong việc lựa chọn tinh thể. Ngược lại, một mạch tần số vô tuyến (RF) có thể có các yêu cầu tần số nghiêm ngặt, và điều này đòi hỏi không chỉ độ chính xác tần số ban đầu mà còn cả độ ổn định tần số.
Tần số dao động của một tinh thể thông thường rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ. Sự không ổn định tần số này gây ra vấn đề cho các hệ thống RF, đặc biệt là các hệ thống sẽ phải chịu sự thay đổi lớn về nhiệt độ môi trường. Do đó, một hệ thống có thể cần đến TCXO, tức là bộ dao động tinh thể bù nhiệt độ. Các thiết bị này tích hợp mạch điện để bù cho sự thay đổi tần số của tinh thể:
Ăng-ten
Ăng-ten là một linh kiện thụ động được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu điện tần số vô tuyến (RF) thành bức xạ điện từ (EMR), hoặc ngược lại. Với các linh kiện và dây dẫn khác, chúng ta cố gắng giảm thiểu tác động của EMR, còn với ăng-ten, chúng ta cố gắng tối ưu hóa việc tạo ra hoặc thu nhận EMR sao cho phù hợp với nhu cầu của ứng dụng.
Khoa học về anten không hề đơn giản. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lựa chọn hoặc thiết kế một anten tối ưu cho một ứng dụng cụ thể. AAC có hai bài viết (bấm vào đây và đây) cung cấp phần giới thiệu tuyệt vời về các khái niệm anten.
Tần số cao hơn đi kèm với nhiều thách thức về thiết kế, mặc dù phần anten của hệ thống thực tế có thể trở nên ít phức tạp hơn khi tần số tăng lên, bởi vì tần số cao hơn cho phép sử dụng anten ngắn hơn. Ngày nay, người ta thường sử dụng "anten chip", được hàn vào PCB giống như các linh kiện gắn bề mặt thông thường, hoặc anten PCB, được tạo ra bằng cách tích hợp một đường dẫn được thiết kế đặc biệt vào bố cục PCB.
Bản tóm tắt
Một số linh kiện chỉ phổ biến trong các ứng dụng tần số vô tuyến (RF), trong khi những linh kiện khác cần được lựa chọn và triển khai cẩn thận hơn do đặc tính hoạt động không lý tưởng ở tần số cao.
Các linh kiện thụ động thể hiện đáp ứng tần số không lý tưởng do điện cảm và điện dung ký sinh.
Các ứng dụng tần số vô tuyến (RF) có thể yêu cầu các tinh thể có độ chính xác và/hoặc độ ổn định cao hơn so với các tinh thể thường được sử dụng trong các mạch kỹ thuật số.
Ăng-ten là những thành phần quan trọng cần được lựa chọn dựa trên đặc điểm và yêu cầu của hệ thống tần số vô tuyến (RF).
Si Chuan Keenlion Microwave cung cấp nhiều lựa chọn về cấu hình băng tần hẹp và băng tần rộng, bao phủ các tần số từ 0,5 đến 50 GHz. Chúng được thiết kế để xử lý công suất đầu vào từ 10 đến 30 watt trong hệ thống truyền dẫn 50 ohm. Thiết kế vi dải hoặc đường truyền dải được sử dụng và tối ưu hóa để đạt hiệu suất tốt nhất.
Thời gian đăng bài: 03/11/2022
