射頻電容ESR

陶瓷電容的等效串聯(lián)電阻損耗

在選用射頻片狀陶瓷電容時(shí)，等效串聯(lián)電阻（ESR）常常是最重要參數。ESR通常以毫歐姆為單位，是電容的介質(zhì)損耗（Rsd）和金屬損耗（Rsm）的綜合（ESR＝Rsd+Rsm）。事實(shí)上所有射頻線(xiàn)路都用到陶瓷電容，所以評估陶瓷電容損耗對線(xiàn)路性能的影響是十分重要的。

低損耗射頻電容的優(yōu)點(diǎn)

在所有射頻電路設計中，選用低損耗（超低ESR）片狀電容都是一項重要考慮。以下是幾種應用中低損耗電容的優(yōu)點(diǎn)。在手持便攜式發(fā)射設備的末級功率放大器內使用低損耗電容作場(chǎng)效應晶體管源極旁路和漏極耦合，可以延長(cháng)電池壽命。ESR高的電容增加I2ESR損耗，浪費電池能量。使用低損耗電容產(chǎn)品使射頻功率放大器更容易提高功率輸出和和效率。例如，用低損耗射頻片狀電容作耦合，可以實(shí)現最大的放大器功率輸出和效率。對于目前的射頻半導體設備，例如便攜手持設備的單片微波集成電路，尤其是如此。許多這種設備的輸入阻抗極低，因此輸入匹配電路中電容的ESR損耗在全部網(wǎng)絡(luò )的阻抗中占了很大的百分比。如果設備輸入阻抗是1歐姆而電容ESR是0.8歐姆，約40％的功率將由于ESR損耗而被電容消耗掉。這將減低效率和輸出功率。高射頻功率應用也需要低損耗電容，這方面的典型應用是要使一個(gè)高射頻功率放大器和動(dòng)態(tài)阻抗相匹配。例如半導體等離子爐需要高射頻功率匹配，設計匹配網(wǎng)絡(luò )時(shí)使用了電容。負載從接近零的低阻抗大幅度擺動(dòng)到接近開(kāi)路，導致匹配網(wǎng)絡(luò )中產(chǎn)生大電流，使電容負荷劇增。這種情況使用超低損耗電容，例如ATC的100系列陶瓷電容，最為理想。發(fā)熱控制，特別是在高射頻功率情況下，和元件ESR直接有關(guān)。這種情況下的電容功率耗散可以經(jīng)由I2ESR 損耗計算出來(lái)。低損耗電容產(chǎn)品在這些線(xiàn)路中能減少發(fā)熱，使線(xiàn)路發(fā)熱問(wèn)題更容易控制。見(jiàn)下節“功率耗散”中的例子。

使用低損耗電容可增加小信號放大器的有效增益和效率。設計低噪聲放大器（LNA）時(shí)使用低損耗陶瓷電容可以把熱噪聲（KTB）減到最小。使用超低損耗電容也可很容易地改善信噪比和總體噪聲溫度。設計濾波網(wǎng)絡(luò )時(shí)使用低損耗陶瓷電容能把輸入頻帶插入損耗（S21）減到最小，而且使濾波曲線(xiàn)更接近矩形，折返損耗性能更好。MRI成象線(xiàn)圈的陶瓷電容必須是超低損耗。這些電容和MRI線(xiàn)圈相接，線(xiàn)圈是調諧電路的一部分。因為MRI 掃描器要檢測極弱的信號，線(xiàn)圈的損耗必須很低，一般在幾個(gè)毫歐姆的量級。如果ESR損耗超過(guò)這個(gè)量級，而設計者沒(méi)有采取措施降低損耗，成象分辨率就會(huì )降低。ATC100系列陶瓷電容組具有超低損耗，因而經(jīng)常用于線(xiàn)圈電路。這些電容組在諧振電路中發(fā)揮功能，卻不增加整個(gè)線(xiàn)路的損耗。

ESR引起的電容功率耗散

ESR乘以射頻網(wǎng)絡(luò )電流的平方就得到耗散在電容里的功率。所以耗散在電容里的功率可以表示為：Pd=ESRx(射頻電流)2或Pd=ESR x I2一個(gè)有趣的現象是，低損耗電容用于高射頻功率設備中時(shí)，設備功率可以是電容額定功率的幾百倍。

下面是低ESR電容這樣使用的一例。射頻功率＝1000瓦電容是ATC100E102 （1000pF）

頻率＝30MHzESR＝0.018 歐姆（18 毫歐姆）；設備線(xiàn)路阻抗＝50 歐姆。

注意，100E系列最大允許功率耗散是大約5瓦。