射頻頻率上電感、電阻、電容都有變化？

為啥在外行的人看來，射頻這么玄乎呢？

我想大概是因?yàn)椋搅松漕l甚至微波頻率后，一切就都變了。

比如電容，你看到的是這樣的。

但實(shí)際它的內(nèi)在是這樣的。

電感，展現(xiàn)給你的是這樣的。

但它實(shí)際上是這樣的。

電阻也是，外表是這樣的。

里子是這樣的。

所以，進(jìn)行射頻電路設(shè)計(jì)之前，我們需要先了解一下，這些常用的集總器件，在射頻甚至微波的頻率下，到底是個(gè)什么表現(xiàn)。

先說說電阻，下圖分別是其低頻模型和高頻模型。

在DC時(shí)，電阻是一個(gè)不隨頻率變化的器件，但到高頻時(shí)，由于寄生參數(shù)，比如寄生電感，寄生電容的影響，其阻值會(huì)隨著頻率的變化而發(fā)生變化。

比如，下圖所示，是廠家標(biāo)稱高頻電阻的阻值與頻率之間的關(guān)系。雖然在其手冊(cè)上，寫的是High Frequency（Up to 40GHz）Resistor, 但從其曲線上看，阻值還是會(huì)隨著頻率發(fā)生較大的變化。

標(biāo)稱的高頻電阻都不能保證始終如一，就不用說，我們平時(shí)使用的普通厚膜電阻了。

再來說說電容，下圖分別是電容的低頻模型和高頻模型。

在低頻處，電容的阻抗為1/(jwC)，其阻抗隨著頻率的升高而降低，如下圖所示。

但是實(shí)際的電容，剛開始其阻抗隨頻率的升高而降低，當(dāng)封裝的寄生電感與電容本身的發(fā)生諧振時(shí)，此時(shí)電容的電抗達(dá)到最低點(diǎn)，然后又開始升高，但是這個(gè)時(shí)候，電容的感性大于容性，即主要是寄生電感在起作用。這個(gè)頻率，稱為級(jí)聯(lián)諧振頻率(SRF,series resonant frequency).

電容在射頻電路中的應(yīng)用，包括隔直，去耦，還有匹配。

隔直和去耦應(yīng)用

對(duì)于隔直和去耦應(yīng)用，都希望電容在所工作的頻率處于一個(gè)非常低的阻抗?fàn)顟B(tài)，也就是說，最好工作頻率就在SRF頻率附近。

有時(shí)候?qū)τ趯拵У腞F應(yīng)用，可能會(huì)用多個(gè)電容并聯(lián)，來實(shí)現(xiàn)寬頻帶范圍內(nèi)的低阻抗。但是并聯(lián)使用時(shí)，最好仿真看看，確認(rèn)一下這些電容之間有沒有發(fā)生諧振，因?yàn)槿绻l(fā)生諧振的話，會(huì)顯著影響性能。

匹配應(yīng)用

對(duì)于匹配應(yīng)用，則希望工作頻率遠(yuǎn)低于SRF頻率。

前陣子，隊(duì)友他們想降低成本，問我一個(gè)射頻通路上的電容能不能換一下。

額，好吧。

即使是同樣的容值，同樣的封裝，不同廠家出來的電容，其寄生參數(shù)也不可能一樣。

而且，由于電容容差的存在，就算同一廠家同一型號(hào)，電容容值也不一定一樣。

所以，如果想替換掉現(xiàn)有的電容，性能嘛，肯定是會(huì)有變化。

所以想替換也可以，但是你要把所有的指標(biāo)再重新測(cè)試一遍，看看影響大不大。

因此，能不能替換，我也不好說，不怕麻煩的話，就去測(cè)一下；要怕有風(fēng)險(xiǎn)的話，那就別換了。

再來看看電感，下圖是電感的低頻和高頻模型。

理想的電感，其電抗為jwL，即會(huì)隨著頻率的升高而升高，但是實(shí)際的電感，由于寄生電容的影響，這個(gè)寄生電容會(huì)與電感諧振，從而在某個(gè)頻率處產(chǎn)生一個(gè)很高的阻抗。如下圖所示。

在射頻電路中，電感的作用包括：

(1) 隔交，就是阻止射頻通路中的射頻進(jìn)入電源。而這時(shí)的電感，就希望工作頻率位于其諧振頻率附近，以獲得高的電抗。

(2) 匹配。

參考文獻(xiàn)：

【1】 Complete wireless design

【2】射頻電路設(shè)計(jì)--理論與應(yīng)用

編輯：黃飛

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