Composants passifs dans les circuits RF
Résistances, condensateurs, antennes… Découvrez les composants passifs utilisés dans les systèmes RF.
Les systèmes RF ne diffèrent pas fondamentalement des autres types de circuits électriques. Les mêmes lois de la physique s'appliquent et, par conséquent, les composants de base utilisés dans les conceptions RF se retrouvent également dans les circuits numériques et analogiques basse fréquence.
Cependant, la conception RF présente des défis et des objectifs uniques. Par conséquent, les caractéristiques et les utilisations des composants nécessitent une attention particulière dans ce contexte. De plus, certains circuits intégrés exécutent des fonctionnalités très spécifiques aux systèmes RF : ils ne sont pas utilisés dans les circuits basse fréquence et peuvent être mal compris par les personnes peu familiarisées avec les techniques de conception RF.
Nous classons souvent les composants comme actifs ou passifs, et cette approche est tout aussi valable dans le domaine de la RF. Cet article traite des composants passifs en relation avec les circuits RF, et la page suivante aborde les composants actifs.
Condensateurs
Un condensateur idéal offrirait exactement les mêmes fonctionnalités pour un signal de 1 Hz et de 1 GHz. Cependant, les composants ne sont jamais idéaux, et les défauts d'un condensateur peuvent être considérables à hautes fréquences.
« C » correspond au condensateur idéal, noyé parmi tant d'éléments parasites. Nous avons une résistance non infinie entre les plaques (RD), une résistance série (RS), une inductance série (LS) et une capacité parallèle (CP) entre les pastilles du circuit imprimé et le plan de masse (nous supposons des composants montés en surface ; nous y reviendrons plus tard).
Le défaut d'idéalité le plus important lorsqu'on travaille avec des signaux haute fréquence est l'inductance. On s'attend à ce que l'impédance d'un condensateur diminue sans cesse avec l'augmentation de la fréquence, mais la présence de l'inductance parasite entraîne une baisse de l'impédance à la fréquence de résonance propre, puis une augmentation.
Résistances, et al.
Même les résistances peuvent être problématiques à haute fréquence, car elles ont une inductance série, une capacité parallèle et la capacité typique associée aux pastilles PCB.
Ceci soulève un point important : lorsque l'on travaille avec des hautes fréquences, les éléments parasites sont omniprésents dans les circuits. Aussi simple ou idéal soit-il, un élément résistif doit être encapsulé et soudé sur un circuit imprimé, ce qui engendre des parasites. Il en va de même pour tout autre composant : s'il est encapsulé et soudé sur la carte, des éléments parasites sont présents.
Cristaux
L'essence de la RF consiste à manipuler des signaux haute fréquence afin qu'ils transmettent des informations. Mais avant toute manipulation, il faut d'abord les générer. Comme dans d'autres types de circuits, les cristaux constituent un moyen fondamental de générer une référence de fréquence stable.
Cependant, dans la conception numérique et à signaux mixtes, il arrive souvent que les circuits à base de cristal ne requièrent pas la précision qu'un cristal peut offrir, et il est donc facile de négliger le choix du cristal. Un circuit RF, en revanche, peut avoir des exigences de fréquence strictes, ce qui exige non seulement une précision initiale, mais aussi une stabilité de fréquence.
La fréquence d'oscillation d'un cristal ordinaire est sensible aux variations de température. L'instabilité de fréquence qui en résulte pose des problèmes aux systèmes RF, notamment ceux exposés à de fortes variations de température ambiante. Ainsi, un système peut nécessiter un oscillateur à quartz à compensation de température (TCXO). Ces dispositifs intègrent des circuits qui compensent les variations de fréquence du cristal :
Antennes
Une antenne est un composant passif utilisé pour convertir un signal électrique RF en rayonnement électromagnétique (REM), ou inversement. Avec d'autres composants et conducteurs, nous cherchons à minimiser les effets des REM, et avec les antennes, nous cherchons à optimiser la génération ou la réception des REM en fonction des besoins de l'application.
La science des antennes est loin d'être simple. Différents facteurs influencent le choix ou la conception d'une antenne optimale pour une application donnée. L'AAC propose deux articles (cliquez ici et ici) qui constituent une excellente introduction aux concepts des antennes.
Les fréquences plus élevées s'accompagnent de divers défis de conception, même si la partie antenne du système peut devenir moins problématique à mesure que la fréquence augmente, car elle permet l'utilisation d'antennes plus courtes. De nos jours, il est courant d'utiliser soit une « antenne à puce », soudée sur un circuit imprimé comme les composants montés en surface classiques, soit une antenne PCB, créée en intégrant une piste spécialement conçue dans le circuit imprimé.
Résumé
Certains composants ne sont courants que dans les applications RF, et d’autres doivent être choisis et mis en œuvre avec plus de soin en raison de leur comportement haute fréquence non idéal.
Les composants passifs présentent une réponse en fréquence non idéale en raison d'une inductance et d'une capacité parasites.
Les applications RF peuvent nécessiter des cristaux plus précis et/ou plus stables que les cristaux couramment utilisés dans les circuits numériques.
Les antennes sont des composants essentiels qui doivent être choisis en fonction des caractéristiques et des exigences d'un système RF.
Si Chuan Keenlion Microwave propose une large gamme de configurations à bande étroite et large bande, couvrant des fréquences de 0,5 à 50 GHz. Ces modules sont conçus pour gérer une puissance d'entrée de 10 à 30 watts dans un système de transmission de 50 ohms. Des conceptions microruban ou stripline sont utilisées, optimisées pour des performances optimales.
Date de publication : 03/11/2022
