什么是射頻電容器

每年，超過四萬億個陶瓷電容器應(yīng)運而生，它們?nèi)缤燎诘拿鄯洌?wù)于各種領(lǐng)域。從微小的玩具到高端的可穿戴科技，再到龐大的電動汽車與高遠(yuǎn)的衛(wèi)星，它們的用途廣泛，無處不在。這些電容器，就如同魔術(shù)師一般，變幻莫測，展現(xiàn)出令人驚嘆的魅力。它們在電路中躍動，穩(wěn)定供電，讓科技的世界得以流暢運轉(zhuǎn)。

著多樣的功能，如去耦、濾波以及瞬態(tài)電壓抑制等。對于絕大多數(shù)應(yīng)用來說，它們無疑是一股不可或缺的力量。

大多數(shù)這些應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)賤金屬電極（BME）陶瓷技術(shù)使用鎳作為內(nèi)部電極。事實上，目前出貨的陶瓷電容器中超過99%使用鎳電極技術(shù)。然而，目前使用的應(yīng)用子集在更高的頻率下工作，標(biāo)準(zhǔn)鎳電極技術(shù)不適合。本文深入探討了RF電容器的一些關(guān)鍵特性，以及它們對高頻應(yīng)用的重要性。

什么是射頻？

在我們定義什么是RF電容器之前，我們需要提供有關(guān)RF的一些背景知識。 RF代表“射頻”，是指電子設(shè)備或介質(zhì)中交流電壓，電流或電磁波的振蕩速率。今天，幾乎所有電子設(shè)備都使用交流電壓和電流，范圍從50Hz到100s的GHz。 RF是一個非常廣泛的術(shù)語，指的是交流電壓高于20kHz時的頻率。然而，在RF應(yīng)用和RF電容器的背景下，RF通常被稱為頻率從幾MHz以上開始。有時，術(shù)語“RF”和“高頻”在指高頻組件和應(yīng)用時可以互換使用。

RF頻譜可以根據(jù)頻率范圍和目標(biāo)應(yīng)用劃分為多個區(qū)域（頻段）。RF“高頻”范圍可分為范圍從300MHz到300GHz的“微波頻段”和從28GHz開始的mmWave（毫米波）頻段。隨著頻率的增加，波長減小，如下圖所示。術(shù)語毫米波的名字來源于以毫米為單位測量的電磁波的波長。

圖1 - 射頻頻譜

但是為什么要去更高的頻率范圍呢？

當(dāng)增加應(yīng)用程序的頻率越來越高時，有一些關(guān)鍵優(yōu)勢。通過增加頻率，設(shè)計人員可以更好地利用頻譜，使更多設(shè)備是無線的，而不會造成干擾。此外，增加頻率允許更高的帶寬。因此，增加了數(shù)據(jù)傳輸。

但是，更高的頻率也有缺點。這些包括較短的范圍，被密集物體阻擋的信號以及受天氣條件影響的信號。這就是為什么更高頻率的毫米波5G技術(shù)將需要在人口密集的地區(qū)使用更多的蜂窩基站。

射頻電容器應(yīng)用

RF電容器用于各種功能，如直流阻斷、旁路、濾波和阻抗匹配。常見應(yīng)用包括：

射頻功率放大器 （PA）

蜂窩基站（4G、5G）

無線局域網(wǎng)

全球定位系統(tǒng)

無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)

汽車V2X、安全系統(tǒng)、動力總成、通信系統(tǒng)

但是，是什么讓射頻電容器與眾不同呢？

RF應(yīng)用所需的電容器具有四個關(guān)鍵特性。

高頻下的等效串聯(lián)電阻 （ESR） 非常低：

這是電容器的電阻，包括由于電介質(zhì)和電極損耗引起的電阻。這一點很重要，因為ESR以熱量的形式與功耗直接相關(guān)。較高的ESR會導(dǎo)致電容器過熱，RF電容器在高頻下必須具有盡可能低的ESR。

功耗 = i2* DS3

為了實現(xiàn)陶瓷電容器的低ESR，必須優(yōu)化電介質(zhì)和電極，以使其具有盡可能低的損耗。對于電介質(zhì)，RF電容器幾乎總是I類C0G/NPO材料，因為它們的損耗非常低。

更重要的是內(nèi)部電極材料的選擇。圖2顯示了由鎳制成的100mm導(dǎo)線與由銅制成的相同導(dǎo)線之間的電阻比較。該圖顯示，隨著頻率增加到10MHz以上，鎳線的電阻開始急劇增加，而銅線的電阻保持相對平坦。因此，銅是基本金屬電極RF電容器的首選材料。

圖2 - 由銅和鎳制成的100mm導(dǎo)線的電阻。

高頻下的高品質(zhì)因數(shù) （Q）：

Q表示電容器的效率，表示電容器中存儲的能量與因等效串聯(lián)電阻（ESR）引起的熱損耗而耗散的能量之比。Q 與 ESR 直接相關(guān)，因為較低的 ESR 意味著較高的 Q，因為它成反比。RF電容器由于其低電容和非常低的ESR，具有非常高的Q值。因此，RF電容器通常被稱為高Q值電容器。

電容穩(wěn)定性與溫度的關(guān)系：

由于RF電容器通常用于調(diào)諧和阻抗匹配應(yīng)用，因此電容與溫度的關(guān)系穩(wěn)定性至關(guān)重要。電容隨溫度的任何變化都可能導(dǎo)致電路失諧或變得不匹配。

圖 3 - 1 類 RF 電容器的電容隨溫度的變化

串聯(lián)諧振頻率：

SRF顯示總阻抗不再是電容并開始上升趨勢的位置。這被稱為阻抗曲線的電感區(qū)域，是電容器等效串聯(lián)電感（ESL）的直接結(jié)果。對于某些應(yīng)用，必須保持在SRF以下，因此RF電容器需要具有盡可能高的SRF。

圖 4 - 顯示 SRF 的 1 類 RF 電容器的阻抗與頻率的關(guān)系。

什么是射頻電容器？

了解了RF電容器的四個關(guān)鍵特性，就可以提供一個定義。

定義：RF電容器是在RF頻率下“特性”最佳的電容器。

因此，對于RF電容器，選擇材料并優(yōu)化設(shè)計，以使電容器的特性在較高頻率下達(dá)到最佳。

用于射頻和微波應(yīng)用的 KEMET HiQ CBR 系列

CCT的 HiQ CBR RF 電容器系列采用銅電極 BME（基本金屬電極）系統(tǒng)，可在 VHF、UHF 和微波頻段提供超低 ESR 和高 Q。低 ESR 允許更高的射頻電流，非常適合各種應(yīng)用。這些電容器提供商業(yè)級和汽車級兩種規(guī)格，具有非常低的 ESR 和高 Q 值以及高 SRF，非常適合 1 MHz 至 50 GHz 的應(yīng)用。