Warum sind HF-Komponenten und -Kabel immer noch so groß?

Mit dem Aufkommen von ICs in den letzten Jahrzehnten hat die Größe von Schaltkreisen im Laufe der Zeit exponentiell abgenommen. Es scheint jedoch, dass HF-Komponenten und -Verbindungen mit Koaxial-SMA-Kabeln, -Anschlüssen und -Komponenten, wie die folgende, immer noch kräftig und groß sind:

Warum sind sie nicht geschrumpft? Warum kann Koax nicht verkleinert werden, wie Sie auf der Seite dieses Verstärkers sehen?

Warum kann Koax nicht verkleinert werden, wie Sie auf der Seite dieses Verstärkers sehen?

Auf die charakteristische Impedanz des Kabels kommt es an:

Wenn Sie die Zahlen eingeben, kann das Maß D nicht zu niedrig sein, um eine nicht undurchführbare Mittelleiterdicke (d) zu erzielen. Wenn beispielsweise d = 1 mm ist, muss D für eine relative Permeabilität von 2,2 etwa 3,4 mm betragen, um eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm zu erhalten. Hinzu kommt die Dicke des Bildschirms und der Kunststoffaußenhülle.

Diese Zahlen verkleinern sich ratiometrisch, aber stellen Sie sich einen Mittelleiter von 0,1 mm vor - wie zuverlässig ist dieser und wie viel Strom könnte er führen?

Bei 75-Ohm-Systemen und einem 1-mm-Mittelleiter muss das Maß D 6,5 mm betragen (relative Permeabilität von 2,2).

Die charakteristische Impedanz ist wichtig, falls Sie sich dessen nicht bewusst waren.

Da die Ziele nicht dieselben sind, vergleichen Sie im Grunde einen Rasenmäher mit einem Kampfhubschrauber.

IC und Komponenten haben im Allgemeinen aufgrund von Verbesserungen in den Herstellungsprozessen und der Technik, die es ermöglichen, kleinere Komponenten herzustellen und die Belastung oder den Energieverbrauch zu verbessern, an Größe verloren.

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HF-Signale in Schaltkreisen werden nicht von SMA-Kabeln übertragen, sondern normalerweise mit Mikrostreifenleitungen oder einer anderen miniaturisierten Technik, jedoch auf Kosten der oben genannten Eigenschaften (Zuverlässigkeit usw.).

Neben der Impedanz, die in anderen Antworten erwähnt wird: Weil sie es nicht müssen oder mit anderen Worten, es gibt nicht viel Marktnachfrage.

Ich spreche hauptsächlich von Gegenständen wie dem, von dem Sie ein Bild gezeigt haben. Sie werden meistens (wenn nicht nur für einige) in Labor- oder Prototypenumgebungen eingesetzt, in denen Qualität und Wartungsfreundlichkeit wichtiger sind als Größe. Und wenn Sie das Bias-Tee geöffnet haben, das Sie dort gezeigt haben, werden Sie sehen, dass es für die 100 Dollar, die es kostet, bereits ziemlich klein ist und eine ziemlich große Reichweite (bis zu 12 GHz) hat, mit der es arbeiten muss.

Wie andy sagte, handelt es sich bei der Impedanz in hohem Maße um physikalische Beziehungen der Leiter untereinander, nicht nur im Koax, sondern auch auf der Leiterplatte und zu einem gewissen Grad mit den Bauteilen.

Es ist viel wichtiger, mehr Spielraum für die Komponenten in Laborqualität zu haben, als sie in der kleinstmöglichen Größe zu haben. Auch für bestimmte Preisspannen möchten Sie wahrscheinlich die Sicherung / das Fernsehgerät / den darin durchgebrannten Schutz ersetzen können, anstatt eine neue zu kaufen, wenn Sie sie falsch handhaben.

Daraus folgt auch, dass UFL-Koax für diese Art von Geräten Unsinn ist, weil es Ihnen nichts bringt.

Wenn Sie sich jedoch in moderner Unterhaltungshardware umschauen, sehen Sie viele kleine UFL-Koax-Geräte (die heutzutage von jedem WLAN-fähigen Laptop oder Router verwendet werden), aber dort müssen Sie nicht in einem breiten Band nützlich sein und es kommt nur darauf an wenn Sie die Eigenschaften in einem sehr schmalen Band übereinstimmen.

Das Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser wird durch die gewünschte charakteristische Impedanz und die verwendeten Materialien festgelegt. Für ein verlustarmes, reflexionsarmes Verhalten möchten Sie dieses Verhältnis genau steuern.

Sie können das Koaxialkabel verkleinern, es wird jedoch schwieriger, das Größenverhältnis genau zu steuern, der Verlust pro Meter des Kabels wird aufgrund des höheren Widerstands höher und die Hardware wird weniger robust.

Apropos Robustheit: Wenn Sie ein dickes, verlustarmes Kabel haben möchten, benötigen Sie einen großen Stecker. Ein dickes Kabel mit einem kleinen Stecker am Ende ist ein Rezept, um Dinge zu zerbrechen.

In einem Labor oder einer industriellen Umgebung schlägt robust im Allgemeinen klein. Es geht nicht so sehr darum, das betreffende Kabel anzuschließen und abzuziehen, sondern versehentlich Kräfte darauf auszuüben, während an anderen Dingen in der Umgebung gearbeitet wird.

Sie können die Gesamtgröße des Systems verkleinern, indem Sie mehr Material auf eine oder mehrere Karten in dieselbe Box packen. Dies kostet Sie jedoch Flexibilität.

Sie können problemlos Koaxialkabel mit einem Durchmesser von 0,81 mm verwenden , diese sind jedoch ziemlich verlustbehaftet (3dB / m). Vergleiche mit RF-9913 mit weniger als 0,2 dB / m, aber eher 10 mm Durchmesser.

In einem kompakten Gerät wie einem Laptop oder einem WLAN-Router sind einige cm Kabelverlust kein Problem, aber für ein größeres Setup ist die Leistung zu hoch.

Wir verwenden auch BNC-Stecker und Bananenstecker / -buchsen für Testgeräte (wahrscheinlich Designs aus dem Zweiten Weltkrieg oder älter), auch für niedrige Frequenzen. Manchmal ist es für Hochspannung, aber oft nur, weil das der Standard ist, es funktioniert über einen weiten Bereich von Frequenzen und Spannungen gut genug, und niemand möchte mit Adaptern herumspielen müssen, um einen Prüfstand zusammenzustellen.

Stärke spielt auch eine Rolle. HF-Hardware verwendet Standard-Steckverbinder. Diese Steckverbinder können überall von der ruhigen Umgebung der Unterseite eines Schreibtisches bis hin zu Installationen im Freien untergebracht werden, wo sie Wind, Regen, Schnee, Schneeregen und anderen Witterungseinflüssen ausgesetzt sind wirft auf sie. Ein dünner Stecker, wie Sie ihn zum Beispiel beim Anschließen einer Antenne an eine PCMCIA-Funkkarte gesehen haben, würde unter diesen Bedingungen keinen Tag halten.

Angedeutet, aber nicht angegeben ist der Strom. Ein 1,2-V-Signal an 0,1 Ohm erfordert 12 Ampere an Ihrem 0,1-mm-Kabel. Niederspannungen sind sehr rauschempfindlich. Sie können eine Leiterplatte mit bekannten Bauteilen und einem 10-mm-Steg zwischen bekannten Bauteilen entwerfen.

Wie nützlich ist ein sehr dünnes, 12 mm langes Kabel, das zwei Boxen verbindet. Sie müssen über Systeme und SNR nachdenken. Was passiert, wenn der Widerstand des Drahtes die charakteristische Impedanz des Drahtes überschreitet? Die Leistung ist das Quadrat der Spannung geteilt durch den Widerstand. Stromgekoppelte Signale sind sehr empfindlich gegenüber Weglängen und Reflexionen. Sie möchten die Infrastruktur ändern. (Denken Sie an all die Änderungen, die durch USB verursacht wurden. Sie haben zwar die Steckergröße verkleinert, müssen aber immer noch von menschlichen Fingern gehandhabt werden. Versuchen Sie, einen mittleren IPC-Stecker in einem 9x12-Labyrinth hinter einem Chassis zu wechseln. Sie müssen am Rand beginnen und Arbeite dich ein.