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

低損耗射頻電容的優(yōu)點

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。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效應晶體管源極旁路和漏極耦合，可以延長電池壽命。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，可以實現(xiàn)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高射頻功率放大器和動態(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)絡時使用了電容。負載從接近零的低阻抗大幅度擺動到接近開路，導致匹配網(wǎng)絡中產(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。這種情況下的電容功率耗散可以經(jīng)由I2ESR 損耗計算出來。低損耗電容產(chǎn)品在這些線路中能減少發(fā)熱，使線路發(fā)熱問題更容易控制。見下節(jié)“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)絡時使用低損耗陶瓷電容能把輸入頻帶插入損耗（S21）減到最小，而且使濾波曲線更接近矩形，折返損耗性能更好。MRI成象線圈的陶瓷電容必須是超低損耗。這些電容和MRI線圈相接，線圈是調諧電路的一部分。因為MRI 掃描器要檢測極弱的信號，線圈的損耗必須很低，一般在幾個毫歐姆的量級。如果ESR損耗超過這個量級，而設計者沒有采取措施降低損耗，成象分辨率就會降低。ATC100系列陶瓷電容組具有超低損耗，因而經(jīng)常用于線圈電路。這些電容組在諧振電路中發(fā)揮功能，卻不增加整個線路的損耗。

ESR引起的電容功率耗散

ESR乘以射頻網(wǎng)絡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 I2一個有趣的現(xiàn)象是，低損耗電容用于高射頻功率設備中時，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）；設備線路阻抗＝50 歐姆。

注意，100E系列最大允許功率耗散是大約5瓦。