为什么射频组件和电缆仍然这么大?


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在过去的几十年中,随着IC的出现,电路的尺寸随着时间的推移呈指数级下降。但是,似乎射频组件和连接以及同轴SMA电缆,连接器和组件(如下图所示)仍然庞大而庞大:

在此处输入图片说明

他们为什么不缩水?如您在此放大器的侧面所见,为什么不能减小同轴电缆的尺寸?


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您最近看过蓝牙USB适配器吗?高频无线电设备可以做得很小,仅仅是使人类可访问的连接器变得很小会导致更多的问题而不是解决的。SMA的下一步是UFL,您可以获得细小的同轴电缆。
pjc50 '16

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复古的兼容性,未来的兼容性,过度设计的耐用性/耐用性等。
韦斯利李

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实际上,只有二进制晶体管的尺寸显着减小。其他所有东西都以不那么令人印象深刻的方式收缩,包括受散热限制的模拟功率晶体管。
Agent_L '16

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有趣的是您应该显示该图片-它是最新的Mini-circuits机箱样式,并且非常紧凑。它所替换的零件通常在每个尺寸上至少要大一倍。这些小巧的封装是制造的胜利,以紧凑的方式将两个SMA发射器和几个电源引脚装配在一起。
tomnexus

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有点像说,为什么汽车没有缩小一百万倍呢?还是键盘和屏幕?处理物理系统,而不仅仅是信息密度。

Answers:


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如您在此放大器的侧面所见,为什么不能减小同轴电缆的尺寸?

完全取决于电缆的特性阻抗:-

在此处输入图片说明

如果插入数字,则要获得的中心导体厚度(d)不太小,尺寸D不能太小。例如,如果d = 1mm,那么对于2.2的相对磁导率,D必须约为3.4 mm,以获得50欧姆的特性阻抗。然后,最上面是屏幕和塑料外壳的厚度。

这些数字按比例缩小,但假设中心导体的直径为0.1mm-这种导体的可靠性如何,可以承载多少电流?

对于75欧姆的系统和1mm的中心导体,尺寸D必须为6.5mm(相对磁导率为2.2)。

万一您不知道,特性阻抗就很重要。


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感谢安迪(Andy)的快速解答- E上面的方程式是什么?
Tosh 2016年

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答案是这样的:Microwaves101.com/encyclopedias/why-fifty-ohms但是我怀疑您尚未理解我们为什么需要受控阻抗的原因-随着频率的上升,波长变小,并且(例如)在300 MHz,波长仅为1仪表。根据一般经验,这意味着要终止长度超过波长的十分之一的电缆,以防止反射和驻波。用0.1欧姆端接是不切实际的,尤其是在低功率系统上。
安迪(aka Andy)

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同样,电缆和连接器越小,它们在物理上就越脆弱。我当前的项目有一些看起来像7 / 0.1“的电缆,但实际上是微型同轴电缆。即使捆绑成多路电缆,它们也没有像“常规”同轴电缆那么坚固。此外,公司中只有一个人-他的焊接技术足够熟练,这对他来说是一项缓慢的工作
Graham

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除了当前的容量外,还必须考虑机械应力。如果您使电线更细,甚至保持阻抗不变,它开始变得越来越难以弯曲。同样,即使走线不折断,由弯曲引起的宽度差异也会产生较大的差异。
罗南派尚

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可以使用外径最小为0.15mm的uCoax电缆(内部导体类似56AWG)。但是,随着带宽的减小,带宽会越来越低,因为损耗增加并且阻抗开始从其特性值开始发生巨大变化。使用较大的同轴电缆,您可以轻松达到GHz范围,但是您很幸运能够获得几百MHz的微型信号而没有明显的损耗。
汤姆·卡彭特

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因为目标不同,所以您基本上是将割草机与攻击直升机进行比较。

通常,由于制造工艺和技术的改进,IC和组件的尺寸减小了,从而可以制造出更小的组件,并改善了负担或功耗。

Ω

电路中的RF信号不是由SMA电缆承载的,而是通常由微带线或任何其他小型化技术承载的,但以上述特性(可靠性等)为代价


类似于我在上面的评论中询问的内容-为什么我们选择50欧姆作为匹配的标准阻抗,而不是选择更小的值?似乎通过选择较小的阻抗,我们可以根据引用的Andy公式减小直径。
Tosh 2016年

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这是30到77欧姆之间的
折衷方案

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试想一下,尽管这些实验室设备仍然很大,但即使是普通的智能手机,也可能在单个芯片中具有多个无线电。因此,射频电路已经缩小,但是传输,特别是在实验室环境中使用模块化设备的传输,仍然必须遵守一些规则。
RonanPaixão16年

@RonanPaixão根据评论编辑,谢谢
MaximGi '16

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除了在其他答案中提到的阻抗之外:因为它们不需要,或者换句话说,市场需求不多。

我主要指的是像您展示图片一样的商品。它们大部分(如果不是唯一的话)在实验室或原型环境中发现,在这些环境中,质量和可维护性的价值超过规模。而且,如果您打开在那里显示的bias-tee,您会发现,花费100美元,它的成本已经很小了,并且有一个相当大的范围(最高12GHz)可以使用。

正如安迪所说,阻抗在很大程度上取决于导体彼此之间的物理关系,不仅在同轴电缆中,而且在PCB上以及与部件之间都有一定程度。

在实验室级组件中留出更多的摆动空间比将它们以尽可能小的尺寸放置更为重要。同样,对于某些价格利润,您可能希望能够更换保险丝/ TVS /内部发生的任何损坏,而不是如果处理不当就购买新的保险丝。

因此,对于这种设备,UFL同轴电缆也毫无意义,因为它不会给您带来任何好处。

但是,如果您在现代消费类硬件中环顾四周,那么您会看到许多细小的UFL同轴电缆(如今,每台支持wifi的笔记本电脑或路由器都使用它们),但是您不必在宽带中使用,这仅是重要的如果您在很窄的范围内匹配特性。


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内径与外径之比由所需的特性阻抗和所用材料设置。对于低损耗,低反射行为,您希望严格控制该比率。

您可以使同轴电缆更小,但是很难严格控制尺寸比率,由于电阻更高,每米电缆的损耗也更高,并且硬件的坚固性也降低了。

说到坚固性,如果您想要一根低损耗的粗电缆,那么您想要一个大的连接器。一端带有小连接器的粗线电缆可以用来折断东西。

在实验室或工业环境中,鲁棒性通常很小。这与连接和断开所讨论的电缆无关,而在于在处理该区域的其他事物时无意中对其施加了力。

通过将更多的东西放在一个板中或放在同一盒中的多个板上,可以减小系统的整体尺寸,但是这样做会增加灵活性。


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您可以轻松地使用直径为0.81mm的同轴电缆,但是损耗却非常大(3dB / m)。与RF-9913相比,其发射频率小于0.2dB / m,但直径更接近10mm。

在诸如笔记本电脑或无线路由器之类的紧凑型设备中,几厘米的有损电缆不是问题,但是对于较大的设置,性能影响太大。

我们还将BNC连接器和香蕉插头/插孔用于测试设备(可能是二战时期或更早的设计),甚至用于低频。有时是用于高压,但通常只是因为这是标准,它在很宽的频率和电压范围内都能很好地工作,而且没有人愿意混搭适配器来组装测试架。


2

力量也很重要。RF硬件使用标准的连接器,这些连接器可以放置在从桌子下面的安静环境到室外安装的任何地方,在那里它们会暴露于风,雨,雪,雨夹雪和任何其他天气情况下朝他们扔。脆弱的连接器(例如,您以前看到的将天线连接到PCMCIA无线卡的连接)在这种情况下不会持续一天。


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目前默示但未声明。0.1欧姆上的1.2V信号在0.1mm电线上需要12安培。低压对噪声非常敏感。您可以设计一个带有已知组件的PC板,并且已知组件之间的间距为10mm。

一条非常细的12毫米长的电缆连接两个盒子的用处很大。您必须考虑系统和SNR。当导线的电阻超过导线的特征阻抗时会发生什么?功率是电压的平方除以电阻。电流耦合信号对路径长度和反射非常敏感。您要更改基础结构。(考虑到USB引起的所有变化。它们确实缩小了连接器的尺寸,但是仍然必须用人的手指来操作。尝试在机箱后面的9X12迷宫中更改中间的IPC连接器。您必须从边缘开始,努力工作。


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您实际上在这里写什么?1.2V信号和0.1欧姆从何而来?为什么要使用12毫米长的电缆?您是在回答错误的问题吗?
管道

这个答案很相关。为了通过匹配较低的阻抗来使电缆更细,您会使电流上升,并且电缆电阻随之增加,从而在任何合理的电缆长度下都不会造成损耗。上面的30-77欧姆tadeoff链接有不错的东西。- microwaves101.com/encyclopedias/why-fifty-ohms
KalleMP
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