射頻電路中的RF電阻、RF電容和RF電感

RF電路一般由無源元件、有源器件和無源網(wǎng)絡(luò)組成，這些元器件主要是電阻器、電容器和電感器，其頻率特性與低頻電路中的元器件大不相同。

在低頻電路中，電阻、電感和電容呈現(xiàn)的都是純凈的電阻特性，電感特性或者電容特性。在RF電路中，任何一個元器件都有其工作的特定頻段，超過這個工作頻段，其特性也會發(fā)生變化。

1.RF電路特點

RF電路元器件都有工作頻段，例如電阻器，其電容特性會隨著頻率的升高越來越明顯。當(dāng)然電感特性也會突出，在某個頻率處，引線電感和電容產(chǎn)生諧振，過了這個諧振點，電感特性就會成為主要特性。

其次，RF電路存在雜散電容和雜散電感，雜散電感存在于導(dǎo)線連接以及組件本身，雜散電容存在于電路的導(dǎo)體之間以及組件和地之間。隨著頻率的增加，這些雜散參數(shù)的影響越來越大，以至于一些高頻電路不再另外添加電容。

第三，RF電路還存在趨膚效應(yīng)。與直流不同的是，在直流條件下電流在整個導(dǎo)體中流動，而在高頻條件下電流在導(dǎo)體表面流動，其結(jié)果是高頻交流電阻要大于直流電阻。 ?　

還有一個問題是電磁輻射效應(yīng)。隨著頻率的增加，當(dāng)波長可與電路尺寸比擬時，電路會變?yōu)橐粋€輻射體。這時，在電路之間、電路和外部環(huán)境之間會產(chǎn)生各種耦合效應(yīng)，因而引出許多干擾問題。這些問題在低頻條件下往往是無關(guān)緊要的。

2.阻容感元件

電阻、電容、電感是電子線路中的三種基礎(chǔ)元件，在低頻或直流電路中，這些元器件的特性很一致，到了RF電路中問題就復(fù)雜得多。

（1）電阻器

在電子線路中，電阻基本功能是將電能轉(zhuǎn)換成熱產(chǎn)生電壓降。一個或多個電阻可構(gòu)成降壓或分壓電路，也可用作直流或交流電路的負(fù)載電阻實現(xiàn)某些特定功能。

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電阻種類最多，常見的有碳膜電阻、金屬膜電阻、厚膜電阻、實芯電阻、線繞電阻等。在RF/微波電子電路中，使用最多的是表面貼裝的薄膜電阻，例如碳膜和金屬膜。單片微波集成電路中使用的RF電阻有三類：半導(dǎo)體電阻、沉積金屬膜電阻，以及金屬和介質(zhì)組成的混合物電阻。

在RF應(yīng)用中，電阻的等效電路比較復(fù)雜，不僅具有阻值，還會有引線電感和線間寄生電容，其性質(zhì)將不再是純電阻，而是“阻”與“抗”兼有。

在低頻率下阻抗即等于電阻，而隨著頻率的升高達(dá)到10MHz以上，電容Ｃa的影響開始占優(yōu)，導(dǎo)致總阻抗降低；當(dāng)頻率達(dá)到20GHz左右時，出現(xiàn)了并聯(lián)諧振點；越過諧振點后，引線電感的影響開始表現(xiàn)出來，阻抗又加大并逐漸表現(xiàn)為開路或有限阻抗值。

這說明，看似與頻率無關(guān)的電阻器，用于RF/微波波段將不再是一個電阻器，而是一個振蕩網(wǎng)絡(luò)，這需要特別加以注意。因此，低頻電路中的電阻器是長方體，RF及微波電路中的電阻器可能是曲面形狀，以優(yōu)化某些寄生參數(shù)。

（2）電容器

在低頻率下，電容器一般都可以看成是平行板結(jié)構(gòu)，其極板的尺寸要遠(yuǎn)大于極板間距離。理想狀態(tài)下，極板間介質(zhì)中沒有電流。

在RF/微波頻率下，實際的介質(zhì)并非理想介質(zhì)，介質(zhì)內(nèi)部存在傳導(dǎo)電流，也就存在傳導(dǎo)電流引起的損耗，更重要的是介質(zhì)中的帶電粒子具有一定的質(zhì)量和慣性，在電磁場的作用下，很難隨之同步振蕩，在時間上有滯后現(xiàn)象，也會引起能量損耗。

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RF/微波應(yīng)用中，還要考慮引線電感L以及引線導(dǎo)體損耗的串聯(lián)電阻Rs和介質(zhì)損耗電阻Re。從等效電路的頻率響應(yīng)曲線看出，其特性在高頻段已經(jīng)偏離理想電容很多。

在真實情況下，損耗角正切本身還是頻率的函數(shù)，這時的特性曲線變異將更嚴(yán)重。

（3）電感器

電感一般用直導(dǎo)線沿柱狀結(jié)構(gòu)纏繞而成，導(dǎo)線的纏繞構(gòu)成電感的主要部分。

低頻電路中，電感器一般是線圈結(jié)構(gòu)，所以通常稱作電感線圈。這時，導(dǎo)線本身的電感可以忽略不計，發(fā)揮作用的是細(xì)長螺線管所感應(yīng)出的電感量。

高頻率環(huán)境下，電感器被稱為扼流圈，主要功能包括電路調(diào)諧、阻抗匹配、高通和低通濾波器、RF扼流圈。

在RF/微波應(yīng)用中，考慮了寄生旁路電容Cs以及引線導(dǎo)體損耗的串聯(lián)電阻Rs后，電感的等效電路以及對應(yīng)的阻抗頻率特性曲線已經(jīng)變化。這一銅電感線圈的高頻特性已經(jīng)完全不同于理想電感，在諧振點之前其阻抗升高很快，而在諧振點之后，由于寄生電容Cs的影響已經(jīng)逐步處于優(yōu)勢地位而逐漸減小。

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值得注意的是，RF電路還使用大量的RF網(wǎng)絡(luò)，包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)（Matching Network）、低通濾波器（Low Pass Filter）、電源濾波電路等。隨著5G應(yīng)用的不斷擴大，有助于降低BOM成本的RF網(wǎng)絡(luò)將會越來越多。

審核編輯：符乾江