Pourquoi les composants et câbles RF sont-ils toujours aussi gros?

Avec l'avènement des circuits intégrés au cours des dernières décennies, les circuits ont diminué de façon exponentielle au fil du temps. Cependant, il semble que les composants et les connexions RF, avec le câble coaxial SMA, les connecteurs et les composants, comme celui ci-dessous, soient toujours lourds et volumineux:

Pourquoi n'ont-ils pas diminué? Pourquoi le coaxial, comme vous le voyez sur le côté de cet amplificateur, ne peut-il pas être réduit en dimensions?

Pourquoi le coaxial, comme vous le voyez sur le côté de cet amplificateur, ne peut-il pas être réduit en dimensions?

Tout dépend de l'impédance caractéristique du câble: -

Si vous branchez les chiffres, pour obtenir une épaisseur de conducteur central (d) qui ne soit pas trop petite, la dimension D ne peut pas être trop basse. Par exemple, si d = 1 mm, pour une perméabilité relative de 2,2, D doit être d'environ 3,4 mm pour obtenir une impédance caractéristique de 50 ohms. Ensuite, en plus de cela, l'épaisseur de l'écran et le revêtement extérieur en plastique.

Ces chiffres diminuent de manière ratiométrique, mais imaginez avoir un conducteur central de 0,1 mm - quelle sera sa fiabilité et combien de courant pourrait-il transporter?

Pour les systèmes de 75 ohms et un conducteur central de 1 mm, la dimension D doit être de 6,5 mm (perméabilité relative de 2,2).

L'impédance caractéristique est importante au cas où vous n'en seriez pas conscient.

Parce que les objectifs ne sont pas les mêmes, vous comparez essentiellement une tondeuse à gazon avec un hélicoptère d'attaque.

Les circuits intégrés et les composants en général ont une taille réduite en raison des améliorations des procédés et de la technique de fabrication permettant de fabriquer des composants plus petits et d'améliorer l'encombrement ou la consommation d'énergie.

Cependant, les câbles SMA ou le té de polarisation que vous montrez ne sont pas conçus pour cela. Ils sont principalement utilisés comme équipement de laboratoire. Ils suivent des normes strictes pour pouvoir avoir une impédance caractéristique 50 (ou tout autre, mais 50 est la plus courante) et des pertes calibrées par mètre. Mais aussi, ils doivent être réparables, modulaires et le plus important: fiables en termes de durée et de propriétés physiques (la plupart des étalonnages des équipements de laboratoire sont généralement garantis et si vous découvrez, à titre d'exemple, qu'un tout juste reçu -5 dB / m de câble est en fait de -6 dB / m, c'est un motif de remboursement immédiat).$\Omega$

Les signaux RF dans les circuits ne sont pas acheminés par des câbles SMA mais généralement avec des lignes microruban, ou toute autre technique miniaturisée, mais au détriment des propriétés citées ci-dessus (fiabilité etc ...)

Outre l'impédance mentionnée dans d'autres réponses: Parce qu'ils n'en ont pas besoin, ou en d'autres termes, il n'y a pas beaucoup de demande du marché.

Je fais surtout référence à des éléments comme celui dont vous avez montré une image. Ils sont principalement (si pour certains non exclusivement) trouvés dans des environnements de laboratoire ou de prototypage où la qualité et la facilité de maintenance sont plus importantes que la taille. Et si vous avez ouvert le biais que vous avez montré là-bas, vous verrez que pour les 100 dollars, cela coûte déjà assez petit et a une plage assez étendue (jusqu'à 12 GHz) avec laquelle il doit travailler.

Comme l'a dit Andy, l'impédance concerne en grande partie les relations physiques des conducteurs entre eux, non seulement sur le câble coaxial mais également sur le circuit imprimé et dans une certaine mesure avec les composants.

Il est beaucoup plus important d'avoir plus d'espace pour les composants de laboratoire que de les avoir dans la plus petite taille possible. Aussi, pour certaines marges de prix, vous voudrez probablement pouvoir remplacer le fusible / TVS / quelle que soit la protection qui a sauté à l'intérieur au lieu d'en acheter un nouveau si vous l'avez mal géré.

Il s'ensuit donc que pour ce type d'appareils, le coaxial UFL est un non-sens car il ne vous rapporte rien.

Cependant, si vous regardez autour de vous dans le matériel grand public moderne, vous voyez beaucoup de minuscules câbles coaxiaux UFL (à propos de chaque ordinateur portable ou routeur compatible Wi-Fi qui les utilise de nos jours), mais là, vous n'avez pas la nécessité d'être utile dans une large bande et cela n'a d'importance si vous correspondez aux caractéristiques dans une bande très étroite.

Le rapport du diamètre intérieur au diamètre extérieur est défini par l'impédance caractéristique souhaitée et les matériaux utilisés. Pour un comportement à faible réflexion et faible perte, vous souhaitez contrôler étroitement ce rapport.

Vous pouvez rendre le câble coaxial plus petit, mais il devient plus difficile de contrôler étroitement le rapport de taille, la perte par mètre du câble augmente en raison d'une résistance plus élevée et le matériel devient moins robuste.

En parlant de robustesse, si vous voulez avoir un gros câble à faible perte, alors vous voulez avoir un gros connecteur pour l'accompagner. Un gros câble avec un petit connecteur à l'extrémité est une recette pour casser des choses.

Dans un environnement de laboratoire ou industriel, la robustesse bat généralement peu. Il ne s'agit pas tant de connecter et de déconnecter le câble en question que de lui appliquer des forces par inadvertance tout en travaillant sur d'autres choses dans la région.

Vous pouvez réduire la taille globale du système en mettant plus de choses sur une seule carte ou sur plusieurs cartes dans la même boîte, mais cela vous coûte de la flexibilité.

Vous pouvez facilement utiliser un câble coaxial de 0,81 mm de diamètre, mais c'est assez avec perte (3 dB / m). Comparez avec le RF-9913 à moins de 0,2 dB / m, mais plutôt à 10 mm de diamètre.

À l'intérieur d'un appareil compact comme un ordinateur portable ou un routeur sans fil, quelques cm de câble avec perte ne sont pas un problème, mais pour une configuration plus grande, les performances sont trop élevées.

Nous utilisons également des connecteurs BNC et des fiches / prises bananes pour les équipements de test (probablement des modèles de la Seconde Guerre mondiale ou plus anciens), même pour les basses fréquences. Parfois, c'est pour la haute tension, mais souvent c'est simplement parce que c'est la norme, cela fonctionne assez bien sur une large gamme de fréquences et de tensions, et personne ne veut avoir à bouder avec des adaptateurs pour assembler un banc d'essai.

La force joue également un rôle. Le matériel RF utilise des connecteurs standard, et ces connecteurs peuvent être logés n'importe où, de l'environnement calme du dessous d'un bureau, jusqu'aux installations extérieures, où ils seront exposés au vent, à la pluie, à la neige, au grésil et à tout ce que la météo leur jette. Un connecteur fragile, dans le sens de ce que vous voyiez auparavant connecter une antenne à une carte sans fil PCMCIA par exemple, ne durerait pas une journée dans ces conditions.

Implicite mais non déclaré est le courant. Un signal de 1,2 V sur 0,1 ohm nécessite 12 ampères, sur votre fil de 0,1 mm. Les basses tensions sont très sensibles au bruit. Vous pouvez concevoir une carte PC avec des composants connus et un espace de 10 mm entre les composants connus.

Quelle utilité est un câble très fin de 12 mm de long reliant deux boîtiers. Vous devez penser aux systèmes et au SNR. Que se passe-t-il lorsque la résistance du fil dépasse l'impédance caractéristique du fil? La puissance est la tension au carré divisée par la résistance. Les signaux couplés en courant sont très sensibles aux longueurs de trajet et aux réflexions. Vous voulez changer l'infrastructure. (Pensez à tous les changements causés par l'USB. Ils ont réduit la taille du connecteur, mais il doit toujours être manipulé par des doigts humains. Essayez de changer un connecteur IPC central dans un labyrinthe 9X12 derrière un châssis. Vous devez commencer par le bord et travaillez votre chemin.