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 les circuits analogiques basse fréquence.
Cependant, la conception RF présente des défis et des objectifs spécifiques, et par conséquent, les caractéristiques et les usages des composants requièrent une attention particulière dans ce contexte. De plus, certains circuits intégrés offrent des fonctionnalités très spécifiques aux systèmes RF ; ils ne sont pas utilisés dans les circuits basse fréquence et peuvent être difficiles à appréhender pour les personnes peu familiarisées avec les techniques de conception RF.
On classe généralement les composants en deux catégories : actifs et passifs. Cette approche est tout aussi valable dans le domaine des radiofréquences. Cet article traite des composants passifs en lien 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 un signal de 1 GHz. Cependant, les composants ne sont jamais parfaits, et les imperfections d'un condensateur peuvent être considérables aux hautes fréquences.
« C » correspond au condensateur idéal, masqué par de nombreux éléments parasites. On observe 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 CMS ; nous y reviendrons).
L'inductance constitue la principale non-idéalité lors du traitement de signaux haute fréquence. On s'attend à ce que l'impédance d'un condensateur diminue indéfiniment avec l'augmentation de la fréquence, mais la présence de l'inductance parasite provoque une chute d'impédance à la fréquence de résonance propre, suivie d'une remontée.
Résistances, et al.
Même les résistances peuvent poser problème à haute fréquence, car elles présentent une inductance en série, une capacité en parallèle et la capacité typique associée aux pastilles de circuit imprimé.
Ceci soulève un point important : lorsqu’on travaille avec des hautes fréquences, les éléments parasites sont omniprésents. Aussi simple ou idéal soit un élément résistif, son encapsulage et sa soudure sur un circuit imprimé génèrent des éléments parasites. Il en va de même pour tout composant : s’il est encapsulé et soudé sur la carte, des éléments parasites sont présents.
Cristaux
L'essence de la radiofréquence (RF) réside dans la manipulation de signaux à haute fréquence pour la transmission d'informations, mais avant toute manipulation, il est nécessaire de les générer. Comme dans d'autres types de circuits, les cristaux constituent un moyen fondamental de générer une référence de fréquence stable.
Cependant, en conception numérique et mixte, il arrive souvent que les circuits à quartz n'exigent pas la précision qu'un quartz peut offrir, ce qui peut conduire à une négligence dans le choix du quartz. Un circuit RF, en revanche, peut présenter des exigences de fréquence strictes, nécessitant non seulement une précision de fréquence 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 problème pour les systèmes RF, notamment ceux exposés à d'importantes variations de température ambiante. Un système peut donc nécessiter un TCXO, c'est-à-dire un oscillateur à cristal compensé en température. Ces dispositifs intègrent des circuits qui compensent les variations de fréquence du cristal.
Antennes
Une antenne est un composant passif qui convertit un signal électrique RF en rayonnement électromagnétique (REM), et inversement. Avec d'autres composants et conducteurs, on cherche à minimiser les effets du REM, et avec les antennes, on cherche à optimiser la génération ou la réception du REM en fonction des besoins de l'application.
La science des antennes est loin d'être simple. De nombreux 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 offrent une excellente introduction aux concepts d'antennes.
Les hautes fréquences s'accompagnent de divers défis de conception, bien que la partie antenne du système puisse paradoxalement devenir moins problématique à mesure que la fréquence augmente, car les hautes fréquences permettent l'utilisation d'antennes plus courtes. De nos jours, on utilise couramment soit une « antenne puce », soudée sur un circuit imprimé comme les composants CMS classiques, soit une antenne circuit imprimé, 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 non idéal à haute fréquence.
Les composants passifs présentent une réponse en fréquence non idéale en raison de l'inductance et de la 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 d'antennes à bande étroite et à large bande, couvrant les fréquences de 0,5 à 50 GHz. Elles sont conçues pour supporter une puissance d'entrée de 10 à 30 watts dans un système de transmission de 50 ohms. Elles utilisent des circuits microruban ou à lignes coplanaires, optimisés pour des performances optimales.
Date de publication : 3 novembre 2022
