Componentes pasivos en circuitos de RF
Resistencias, condensadores, antenas... Aprenda sobre los componentes pasivos utilizados en los sistemas de radiofrecuencia.
Los sistemas de radiofrecuencia (RF) no difieren fundamentalmente de otros tipos de circuitos eléctricos. Se aplican las mismas leyes de la física y, por consiguiente, los componentes básicos utilizados en los diseños de RF también se encuentran en los circuitos digitales y en los circuitos analógicos de baja frecuencia.
Sin embargo, el diseño de radiofrecuencia (RF) presenta desafíos y objetivos únicos, por lo que las características y usos de los componentes requieren una consideración especial al trabajar en este ámbito. Además, algunos circuitos integrados realizan funciones específicas de los sistemas de RF; no se utilizan en circuitos de baja frecuencia y quienes tienen poca experiencia en técnicas de diseño de RF pueden no comprenderlos del todo.
Solemos clasificar los componentes como activos o pasivos, y este enfoque es igualmente válido en el ámbito de la radiofrecuencia (RF). Esta noticia trata específicamente sobre los componentes pasivos en relación con los circuitos de RF, y la página siguiente aborda los componentes activos.
Condensadores
Un condensador ideal proporcionaría exactamente la misma funcionalidad para una señal de 1 Hz y una de 1 GHz. Sin embargo, los componentes nunca son ideales, y las no idealidades de un condensador pueden ser bastante significativas a altas frecuencias.
La «C» corresponde al condensador ideal que se encuentra entre numerosos elementos parásitos. Tenemos una resistencia no infinita entre las placas (RD), una resistencia en serie (RS), una inductancia en serie (LS) y una capacitancia en paralelo (CP) entre las almohadillas de la PCB y el plano de tierra (suponemos componentes de montaje superficial; hablaremos de esto más adelante).
La no idealidad más significativa al trabajar con señales de alta frecuencia es la inductancia. Esperamos que la impedancia de un condensador disminuya indefinidamente al aumentar la frecuencia, pero la presencia de la inductancia parásita provoca que la impedancia caiga en la frecuencia de resonancia propia y luego comience a aumentar:
Resistencias, et al.
Incluso las resistencias pueden resultar problemáticas a altas frecuencias, debido a que presentan inductancia en serie, capacitancia en paralelo y la capacitancia típica asociada a las almohadillas de la PCB.
Esto nos lleva a un punto importante: al trabajar con altas frecuencias, los elementos parásitos están presentes en todos los circuitos. Por muy simple o ideal que sea un elemento resistivo, debe encapsularse y soldarse a una placa de circuito impreso, lo que genera elementos parásitos. Lo mismo ocurre con cualquier otro componente: si se encapsula y suelda a la placa, habrá elementos parásitos.
Cristales
La esencia de la radiofrecuencia (RF) radica en manipular señales de alta frecuencia para que transmitan información, pero antes de manipularlas necesitamos generarlas. Al igual que en otros tipos de circuitos, los cristales son un medio fundamental para generar una referencia de frecuencia estable.
Sin embargo, en el diseño digital y de señal mixta, a menudo los circuitos basados en cristales no requieren la precisión que estos pueden proporcionar, por lo que es fácil descuidar su selección. En cambio, un circuito de radiofrecuencia (RF) puede tener requisitos de frecuencia estrictos, lo que exige no solo precisión inicial en la frecuencia, sino también estabilidad en la misma.
La frecuencia de oscilación de un cristal común es sensible a las variaciones de temperatura. La inestabilidad de frecuencia resultante genera problemas en los sistemas de radiofrecuencia (RF), especialmente en aquellos expuestos a grandes variaciones de temperatura ambiente. Por lo tanto, un sistema puede requerir un TCXO (oscilador de cristal con compensación de temperatura). Estos dispositivos incorporan circuitos que compensan las variaciones de frecuencia del cristal.
Antenas
Una antena es un componente pasivo que se utiliza para convertir una señal eléctrica de radiofrecuencia (RF) en radiación electromagnética (EMR), o viceversa. Con otros componentes y conductores se busca minimizar los efectos de la EMR, mientras que con las antenas se busca optimizar su generación o recepción según las necesidades de la aplicación.
La ciencia de las antenas no es en absoluto sencilla. Diversos factores influyen en el proceso de selección o diseño de una antena óptima para una aplicación específica. La AAC cuenta con dos artículos (haga clic aquí y aquí) que ofrecen una excelente introducción a los conceptos de antenas.
Las frecuencias más altas presentan diversos desafíos de diseño, aunque la parte de la antena del sistema puede resultar menos problemática a medida que aumenta la frecuencia, ya que estas permiten el uso de antenas más cortas. Actualmente, es común utilizar una antena de chip, soldada a una placa de circuito impreso como los componentes de montaje superficial convencionales, o una antena de PCB, creada mediante la incorporación de una pista especialmente diseñada en el diseño de la placa.
Resumen
Algunos componentes son comunes solo en aplicaciones de radiofrecuencia (RF), y otros deben elegirse e implementarse con mayor cuidado debido a su comportamiento no ideal a altas frecuencias.
Los componentes pasivos presentan una respuesta en frecuencia no ideal como resultado de la inductancia y capacitancia parásitas.
Las aplicaciones de radiofrecuencia pueden requerir cristales más precisos y/o estables que los cristales utilizados habitualmente en circuitos digitales.
Las antenas son componentes críticos que deben elegirse de acuerdo con las características y requisitos de un sistema de radiofrecuencia.
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Fecha de publicación: 3 de noviembre de 2022
