常用RF元器件—电容

电容是电子设备中最常用也是最重要的元器件之一，在几乎所有的电子产品中都能见到它的身影。但它又常常被人们所忽视，在很多人心中，它不过是两个导体外加中间隔离电解质的一个元器件而已。他的用途非常多，主要有：1)隔直通交;2)去耦电容;3)耦合电容;4)滤波;5)调谐;6)计时;7)储能; 8)用于匹配电路等等……本次要讨论的是在rf链路上的电容。
图1.射频放大器的典型设计电路
先将上图中的电容先分类，可以看出其中c1,c5是rf耦合电容，是我们主要讨论的部分；c2,c3,c4,c6,c7是匹配电容，它能让放大器很好地工作在某一特定的频段；c8是电源去耦电容。
针对c1、c5而言，它主要有2个功能：
其一：隔离外部的直流部分。因为大部分的rf混频器、衰减器等器件都会由于过高的直流输入电平、过高的功率或esd而损坏，而电容的出现能够帮助消除直流的影响；
其二：频率选择功能。有时候我们期望放大器仅仅放大wifi频段的信号，而不用理会fm, gsm等低频信号，这时候选择容值比较小的电容就能起到高通滤波器作用。
在实际选择rf耦合电容时需要注意哪些参数呢？
1.电容容值。它决定了电路的工作频段，一般放大器等器件会有典型的参考设计，对于某几个频点，手册会给出参考值。
图2.元器件手册给出的设计参考值
从上表可以看出，器件使用的频段越低，所需要的容值就越大；反之，频段越高所需的容值就越小。这与电容在电源去耦时的选择方法是一致的。当频段低至几百khz时，所需的容值大约在uf级别。
2.q值。它是衡量电容插损的重要指标，q值越高，射频功率损耗越小。q=1/[(2πfc)*esr]。q值与电容的材料有关，esr越低，q值越高。在设计滤波器时，使用高q值的电容能使滤波器的带宽做得比较窄，如dli或atc公司的电容，他们能做到很高的q值。
3.等效串联电阻及等效串联电感。理想的电容只有容性，但实际的电容模型是由几部分串联组成的：电容、等效串联电阻、等效串联电感。其等效的阻抗为z=r+j(ωl-1/ωc)
图3电容的等效模型
它们的出现使得电容会有自谐振频率，定义为：f0=1/(2π*)，当工作频率小于f0时，电容呈现出容性阻抗；当频率等于f0时，呈现出纯阻性z=resr；当频率大于f0时它即呈现出感性。
图4电容阻抗随频率的变化
4.耐压。它是必须考虑的因素之一，一般耐压越高，体积也就越大，目前rf设备内的耦合电容尺寸以0402，0603，0805等典型贴片封装为主。
5.温度系数与容差。他们是反映电容容值准确性的参数，选择时根据实际需要而定。
6.焊接方式。水平或垂直。在没有深入研究电容之前，我从未考虑过电容的不同焊接方式会导致它插损和谐振的变化。请看下面的列子：
图5水平焊接vs垂直焊接
可以看到，当水平焊接时该电容在1.2g左右产生了一个自谐振点，而当改用垂直焊接时，该谐振点提高到了2.3g附近，使得无谐振的频带得到了展宽。这一点对需要做宽带系统的设备而言是很重要的。往往srf(self resonant frequency)比较高的电容都价格不菲，利用电容的这一特性可以帮助节约成本。