射频微波隔直耦合电容的选择

耦合电容的选取

耦合与隔直电容串联在电路中，耦合电容选择适当能将保证射频能量得到最大限度的传输。

一个实际电容能否满足电路耦合要求，取决于随频率变化的电容相关参数：串联谐振频率FSR 、并联谐振频率FPR 、纯阻抗、等效串联电阻ESR 、插入损耗IL 和品质因数Q 。

上图50Ω线路中的两个射频放大器由耦合电容Co 连接，Rs 为ESR ，Ls 为ESL ，Cp 为寄生并联电容，与并联谐振频率FPR 有关。 阻抗幅值：2C L 2)X -(X ESR Z +=，很大一部分取决于其纯电抗)X -(X L C ，设计者需要知道电容在整个频带上的阻抗幅值。

串联谐振频率：LsCo

21FSR π=，即自谐振频率，与本征容值Co 有关；此频率时，耦合电容阻抗的实部为ESR ，虚部为零。

ATC 耦合电容有关参数如下：

其中，瓷介质电容ATC100A101（100pF ）的FSR=1GHz ，ESR=0.072Ω，其Z-F 曲线如下图所示：

频率低于FSR 时，电容纯阻抗表现为容性，阻抗幅值为C

1ω，为双曲线； 频率高于FSR 时，电容纯阻抗表现为感性，阻抗幅值为L ω，为直线；

测量电容的S21可发现：

在FSR 时，电容提供最低阻抗通道；

在FPR 时，电容阻抗猛然升高，引起极大损耗。

在耦合线路中，工作频率比FSR 稍高。只要此时电容的纯阻抗（感性）不高，就不影响电路性能。

并联谐振频率FPR ，决定电容的带内插损。在电容的FPR 处有明显衰减槽口，若FPR 落在工作频带内，则要考察衰减槽口深度，线路能否承受该损耗。通常十分之几dB 的插损是可接受的。

ATC100A101（100pF 片式电容，水平安装，电容极板平行于线路板）插损与频率关系如下图：

由上图可知，在200MHz~1.5GHz 之间，电容插损＜0.1dB ；若将电容垂直安装，即电容极板垂直于线路板，就能压制1.6GHz 处的并联谐振窗口，电容的可用范围扩展到2.4GHz 左右。所以改变安装取向可扩展电容的适用频率范围，用于宽带耦合电路。

等效串联电阻ESR 和品质因数Q ：

ESR 是电容内所有串联损耗的总和，由介质损耗SD R 和金属损耗SM R 组成，一般为mΩ级。SM SD R R ESR +=

介质损耗SD R ，由介质材料特性决定，每种介质材料都有自己的损耗系数，通常称损耗正切或耗散系数（DF ）。损耗造成介质发热，极端情况下使元件失效。耗散系数（DF ）是介质损耗很好的指示，通常在低频（1MHz ）时测得，因为该损耗在低频时起主导作用。

金属损耗SM R ，由电容中所用金属材料的导电性决定，包括电极板、终端和阻挡层等，SM R 造成电容发热，极端情况下使元件失效。高频时，这些损耗包括“趋肤效应”，损耗程度和频率关系为f 。

产品说明中的“ESR -频率”曲线通常集中在金属损耗为主的频率范围内，介质损耗可忽略不计。 品质因数：ESR

X -X ESR X Q C L N ==，即电容纯电抗与ESR 的比值。 设计者需知道电容在整个工作频带内，特别是高于FSR 时的ESR ，在趋肤效应开始影响损耗时，ESR 正比于f ，此时趋肤效应为主要损耗来源。衰减槽口在FPR 处产生，槽口深度与ESR 成反比，所以电容的ESR 对FPR 处的衰减槽口影响很大。

隔直电容取值：（旁路电容也按此取值）

100MHz 取1000pF

400MHz 取100pF

900MHz 取33pF

1.2GHz 取10pF

2.5GHz 取5pF

10GHz 取1~2pF

0.8pF

大于2GHz 采用陶瓷微波芯片电容 经验公式：f

f 301251>C ≈*⨯π ，f 为要通过的最低频率。 100kHz 信号用0.01uf 电容测的输出为-5dbm ，换成0.1uf 的，输出为5dBm 。

除满足x=1/wc 外，频率太高时要考虑q 值，要用高q 值微波电容

微波去耦电容也有用微带线设计，有扇形，有方形，尺寸和工作频率相关。