射频电路中的无源元件
电阻器、电容器、天线……了解射频系统中使用的无源元件。
射频系统与其他类型的电路本质上并无不同。它们遵循相同的物理定律，因此，射频设计中使用的基本元件也存在于数字电路和低频模拟电路中。
然而，射频设计面临着一系列独特的挑战和目标，因此，在射频环境下工作时，元件的特性和用途需要特别考虑。此外，一些集成电路的功能高度依赖于射频系统——它们不用于低频电路，而且对于那些缺乏射频设计经验的人来说，可能难以理解。
我们通常将元件分为有源元件和无源元件，这种方法在射频领域同样适用。本文主要讨论射频电路中的无源元件，下一页将介绍有源元件。
电容器
理想电容器对 1 Hz 信号和 1 GHz 信号的功能完全相同。但元件永远不可能理想，电容器的非理想特性在高频下可能非常显著。
“C”对应于理想电容器，但它被众多寄生元件所掩盖。我们有极板间非无穷大的电阻（RD）、串联电阻（RS）、串联电感（LS）以及PCB焊盘与接地层之间的并联电容（CP）（我们假设是表面贴装元件；稍后会详细介绍）。
处理高频信号时，最显著的非理想因素是电感。我们预期电容器的阻抗会随着频率的增加而无限降低，但寄生电感的存在会导致阻抗在自谐振频率处下降，然后开始上升：
电阻器等
即使是电阻器，在高频下也会造成问题，因为它们具有串联电感、并联电容以及与 PCB 焊盘相关的典型电容。
这就引出了一个重要问题：在高频电路中，寄生元件无处不在。无论电阻元件多么简单或理想，它仍然需要封装并焊接在印刷电路板上，而这必然会产生寄生效应。其他任何元件也是如此：只要经过封装并焊接在电路板上，就会存在寄生元件。
晶体
射频技术的本质在于操控高频信号以传递信息，但在操控之前，我们需要先生成高频信号。与其他类型的电路一样，晶体是生成稳定参考频率的基本手段。
然而，在数字和混合信号设计中，基于晶体的电路通常并不需要晶体所能提供的精度，因此在晶体选择方面很容易疏忽大意。相比之下，射频电路可能对频率有严格的要求，这不仅需要初始频率精度，还需要频率稳定性。
普通晶体的振荡频率对温度变化非常敏感。由此产生的频率不稳定性会给射频系统带来问题，尤其是在环境温度变化较大的情况下。因此，系统可能需要使用温度补偿晶体振荡器（TCXO）。这些器件内置电路，可以补偿晶体的频率变化：
天线
天线是一种无源元件，用于将射频电信号转换为电磁辐射（EMR），反之亦然。我们利用其他元件和导体来尽量减少电磁辐射的影响，并利用天线来根据应用需求优化电磁辐射的产生或接收。
天线科学绝非易事。选择或设计适用于特定应用的最佳天线需要考虑诸多因素。AAC 的两篇文章（点击此处和此处）对天线概念进行了精彩的介绍。
虽然更高的频率会带来各种设计挑战，但随着频率的提高，系统的天线部分实际上会变得不那么棘手，因为更高的频率允许使用更短的天线。如今，常用的天线类型有两种：一种是“芯片天线”，它像典型的表面贴装元件一样焊接在PCB上；另一种是PCB天线，它是通过在PCB布局中集成专门设计的走线而制成的。
概括
有些元件仅在射频应用中常见，而另一些元件由于其不理想的高频特性，必须更加谨慎地选择和实施。
由于寄生电感和电容的存在，无源元件会表现出非理想的频率响应。
射频应用可能需要比数字电路中常用的晶体更精确和/或更稳定的晶体。
天线是关键组件，必须根据射频系统的特性和要求进行选择。
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发布时间：2022年11月3日
