Perché i componenti e i cavi RF sono ancora così grandi?

Con l'avvento dei circuiti integrati negli ultimi decenni, i circuiti sono diminuiti esponenzialmente nel tempo. Tuttavia, sembra che i componenti e le connessioni RF, con cavo SMA coassiale, connettori e componenti, come quello qui sotto, siano ancora pesanti e grandi:

Perché non si sono ridotti? Perché il coassiale, come vedete sul lato di questo amplificatore, non può essere ridotto di dimensioni?

Perché il coassiale, come vedi sul lato di questo amplificatore, non può essere ridotto di dimensioni?

Tutto dipende dall'impedenza caratteristica del cavo: -

Se si inseriscono i numeri, per ottenere uno spessore del conduttore centrale (d) non eccessivamente piccolo, la dimensione D non può essere troppo bassa. Ad esempio, se d = 1mm, per una permeabilità relativa di 2,2, D deve essere di circa 3,4 mm per ottenere un'impedenza caratteristica di 50 ohm. In cima a questo c'è lo spessore dello schermo e il rivestimento esterno in plastica.

Questi numeri si ridimensionano in modo raziometrico ma immaginano di avere un conduttore centrale di 0,1 mm: quanto sarà affidabile e quanta corrente potrebbe trasportare?

Per i sistemi da 75 ohm e un conduttore centrale da 1 mm, la dimensione D deve essere 6,5 mm (permeabilità relativa di 2,2).

L'impedenza caratteristica è importante nel caso in cui non ne fossi a conoscenza.

Poiché gli obiettivi non sono gli stessi, stai sostanzialmente confrontando un tosaerba con un elicottero d'attacco.

IC e componenti in generale hanno dimensioni ridotte a causa di miglioramenti nei processi e nella tecnica di produzione che consentono di rendere più piccoli i componenti e migliorare l'ingombro o il consumo di energia.

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I segnali RF nei circuiti non sono trasportati da cavi SMA ma in genere con linee microstrip o qualsiasi altra tecnica miniaturizzata, ma a scapito delle proprietà sopra citate (affidabilità ecc ...)

Oltre all'impedenza menzionata in altre risposte: perché non è necessario o, in altre parole, non c'è molta domanda del mercato.

Mi riferisco principalmente a elementi come quello di cui hai mostrato un'immagine. Si trovano principalmente (se per alcuni non esclusivamente) in ambienti di laboratorio o di prototipazione in cui la qualità e la manutenzione sono valutate più delle dimensioni. E se hai aperto il bias-t che hai mostrato lì, vedrai che per i 100 dollari costa già che è piuttosto piccolo e ha un raggio d'azione (fino a 12 GHz) con cui deve lavorare.

Come ha detto Andy, l'impedenza riguarda le relazioni fisiche dei conduttori tra loro, non solo in coassiale ma anche sul pcb e in una certa misura con i componenti.

Avere più spazio per i componenti di laboratorio è molto più importante che averli nella dimensione più piccola possibile. Anche per determinati margini di prezzo probabilmente vorrai essere in grado di sostituire il fusibile / TVS / qualunque protezione sia esplosa al suo interno invece di acquistarne uno nuovo se lo hai maneggiato male.

Quindi da ciò segue anche che per questo tipo di dispositivi, il coassiale UFL non ha senso perché non ti guadagna nulla.

Se ti guardi intorno nel moderno hardware di consumo, vedi molti piccoli coax UFL (su ogni laptop o router abilitato al giorno d'oggi li utilizza) ma lì non hai la necessità di essere utile in una banda larga e conta solo se abbini le caratteristiche in una banda molto stretta.

Il rapporto tra diametro interno ed esterno è impostato dall'impedenza caratteristica desiderata e dai materiali utilizzati. Per un comportamento a bassa riflessione a bassa perdita, si desidera controllare strettamente tale rapporto.

Puoi ridurre il coassiale ma diventa più difficile controllare strettamente il rapporto dimensionale, la perdita per metro del cavo aumenta a causa della maggiore resistenza e l'hardware diventa meno robusto.

Parlando di robustezza se si desidera avere un cavo grasso a bassa perdita, si desidera disporre di un connettore di grandi dimensioni. Un cavo grasso con un piccolo connettore all'estremità è una ricetta per rompere le cose.

In un laboratorio o in un ambiente industriale, i solidi battiti generalmente piccoli. Non si tratta solo di collegare e scollegare il cavo in questione, ma di applicare inavvertitamente forze ad esso mentre si lavora su altre cose nell'area.

È possibile ridurre le dimensioni complessive del sistema inserendo più elementi su una scheda o su più schede nella stessa casella, ma ciò costa flessibilità.

Puoi facilmente usare un cavo coassiale di 0,81 mm di diametro ma è piuttosto dispersivo (3dB / m). Confronta con RF-9913 a meno di 0,2 dB / m, ma più simile a 10 mm di diametro.

All'interno di un dispositivo compatto come un laptop o un router wireless, qualche cm di cavo con perdita non è un problema, ma per una configurazione più ampia il risultato è eccessivo.

Utilizziamo anche connettori BNC e spinotti a banana / prese per apparecchiature di prova (probabilmente progetti dell'era della seconda guerra mondiale o precedenti), anche per le basse frequenze. A volte è per l'alta tensione, ma spesso è solo perché è lo standard, funziona abbastanza bene su una vasta gamma di frequenze e tensioni, e nessuno vuole andare in giro con adattatori per mettere insieme un banco di prova.

Anche la forza gioca un ruolo. L'hardware RF utilizza connettori standard e questi connettori possono essere alloggiati ovunque dall'ambiente calmo della parte inferiore di una scrivania, fino alle installazioni esterne, dove saranno esposti a vento, pioggia, neve, nevischio e qualsiasi altra cosa che il tempo li lancia. Un connettore fragile, sulla falsariga di quello che vedevi connettere un'antenna a una scheda wireless PCMCIA, ad esempio, non sarebbe durato un giorno in quelle condizioni.

È implicita ma non dichiarata la corrente. Un segnale da 1,2 V su 0,1 ohm richiede 12 Amp, sul filo da 0,1 mm. Le basse tensioni sono molto sensibili al rumore. È possibile progettare una scheda PC con componenti noti e 10 mm di terra tra componenti noti.

Quanto è utile un cavo molto sottile da 12 mm che collega due scatole. Devi pensare a sistemi e SNR. Cosa succede quando la resistenza del filo supera l'impedenza caratteristica del filo? La potenza è la tensione al quadrato divisa per la resistenza. I segnali accoppiati attuali sono molto sensibili alle lunghezze del percorso e ai riflessi. Vuoi cambiare l'infrastruttura. (Pensa a tutti i cambiamenti causati da USB. Hanno ridotto le dimensioni del connettore, ma deve comunque essere gestito da dita umane. Prova a cambiare un connettore IPC centrale in un labirinto 9X12 dietro uno chassis. Devi iniziare dal bordo e entra.