Por que os componentes e cabos de RF ainda são tão grandes?

Com o advento dos CIs nas últimas décadas, os circuitos diminuíram de tamanho exponencialmente ao longo do tempo. No entanto, parece que os componentes e conexões de RF, com cabo SMA coaxial, conectores e componentes, como o abaixo, ainda são robustos e grandes:

Por que eles não encolheram? Por que o cabo coaxial, como você vê no lado deste amplificador, não pode ser reduzido em dimensões?

Por que o cabo coaxial, como você vê no lado deste amplificador, não pode ser reduzido em dimensões?

Tudo se resume à impedância característica do cabo: -

Se você inserir os números, para obter uma espessura do condutor central (d) que não seja invulgarmente pequena, a dimensão D não poderá ser muito baixa. Por exemplo, se d = 1 mm, para uma permeabilidade relativa de 2,2, D deve ser de cerca de 3,4 mm para obter uma impedância característica de 50 ohm. Além disso, a espessura da tela e a cobertura externa de plástico.

Esses números diminuem proporcionalmente, mas imagine ter um condutor central de 0,1 mm - quão confiável isso será e quanta corrente ele poderia suportar?

Para sistemas de 75 ohm e um condutor central de 1 mm, a dimensão D precisa ser 6,5 mm (permeabilidade relativa de 2,2).

A impedância característica é importante caso você não esteja ciente disso.

Como os objetivos não são os mesmos, você está basicamente comparando um cortador de grama com um helicóptero de ataque.

O IC e os componentes em geral diminuíram de tamanho devido a melhorias nos processos e técnicas de fabricação, permitindo fabricar componentes menores e melhorar a sobrecarga ou o consumo de energia.

$\Omega$

Os sinais de RF nos circuitos não são transportados por cabos SMA, mas tipicamente com linhas de microfita, ou qualquer outra técnica miniaturizada, mas com o custo das propriedades citadas acima (confiabilidade, etc ...)

Além da impedância mencionada em outras respostas: Porque elas não precisam, ou em outras palavras, não há muita demanda de mercado.

Refiro-me principalmente a itens como o que você mostrou uma imagem. Eles são encontrados principalmente (se não para alguns não exclusivamente) em ambientes de laboratório ou prototipagem, onde a qualidade e a capacidade de manutenção são mais valorizadas do que o tamanho. E se você abriu o tee de viés que você mostrou lá, verá que, pelos 100 dólares que custa, ele já é bem pequeno e tem um alcance (até 12 GHz) com o qual precisa trabalhar.

Como Andy disse, a impedância é bastante relacionada às relações físicas dos condutores entre si, não apenas no cabo coaxial, mas também no PCB e, em certa medida, com os componentes.

Ter mais espaço de manobra para os componentes de nível de laboratório é muito mais importante do que tê-los no menor tamanho possível. Também para determinadas margens de preço, você provavelmente deseja substituir o fusível / TVS / qualquer proteção que explodiu dentro dele, em vez de comprar um novo se você o manuseou incorretamente.

Portanto, a partir disso, também se segue que, para esse tipo de dispositivo, o coaxial UFL é um absurdo, porque não ganha nada.

No entanto, se você olhar em volta no hardware de consumidor moderno, verá muitos cabos coaxiais de UFL minúsculos (atualmente, todos os laptops ou roteadores com Wi-Fi atualmente os utilizam), mas não é necessário ser útil em uma banda larga e isso só importa se você combinar as características em uma banda muito estreita.

A relação entre o diâmetro interno e o externo é definida pela impedância característica desejada e pelos materiais utilizados. Para um comportamento de baixa perda e baixa reflexão, você deseja controlar rigidamente essa proporção.

Você pode diminuir o coaxial, mas fica mais difícil controlar rigidamente a proporção do tamanho, a perda por metro do cabo aumenta devido à maior resistência e o hardware fica menos robusto.

Falando em robustez, se você deseja ter um cabo de baixa perda de gordura, deseja um conector grande para acompanhá-lo. Um cabo grosso com um pequeno conector na extremidade é um recipiente para quebrar as coisas.

Em um laboratório ou ambiente industrial, geralmente robusto bate pequeno. Não se trata tanto de conectar e desconectar o cabo em questão, mas de aplicar inadvertidamente forças ao trabalhar em outras coisas na área.

Você pode diminuir o tamanho geral do sistema colocando mais itens em uma placa ou em várias placas na mesma caixa, mas isso custa uma flexibilidade.

Você pode usar facilmente o cabo coaxial de 0,81 mm de diâmetro, mas é bastante com perdas (3dB / m). Compare com o RF-9913 a menos de 0,2dB / m, mas com 10 mm de diâmetro.

Dentro de um dispositivo compacto como um laptop ou um roteador sem fio, alguns centímetros de cabo com perdas não são um problema, mas para uma configuração maior o desempenho é muito alto.

Também usamos conectores BNC e plugues / tomadas de banana para equipamentos de teste (provavelmente na era da Segunda Guerra Mundial ou mais antigos), mesmo para baixas frequências. Às vezes, é para alta tensão, mas geralmente é apenas porque esse é o padrão, funciona bem o suficiente em uma ampla gama de frequências e tensões, e ninguém quer ter que mexer com adaptadores para montar um equipamento de teste.

A força também desempenha um papel. O hardware de RF usa conectores padrão, e esses conectores podem ser alojados em qualquer lugar, desde o ambiente calmo da parte inferior de uma mesa, até instalações externas, onde serão expostos ao vento, chuva, neve, granizo e qualquer outra coisa que o clima joga neles. Um conector frágil, seguindo as linhas do que você costumava ver conectando uma antena a uma placa sem fio PCMCIA, por exemplo, não duraria um dia nessas condições.

Implícita, mas não declarada, é a atual. Um sinal de 1,2 V em 0,1 ohm requer 12 Amperes, no seu fio de 0,1 mm. Baixas tensões são muito sensíveis ao ruído. Você pode projetar uma placa de PC com componentes conhecidos e terra de 10 mm entre componentes conhecidos.

Quão útil é um cabo muito fino de 12 mm de comprimento que conecta duas caixas. Você deve pensar em sistemas e SNR. O que acontece quando a resistência do fio excede a impedância característica do fio? A energia é a voltagem ao quadrado dividida pela resistência. Os sinais acoplados à corrente são muito sensíveis aos comprimentos e reflexões do caminho. Você deseja alterar a infraestrutura. (Pense em todas as alterações causadas pelo USB. Eles diminuíram o tamanho do conector, mas ele ainda deve ser manuseado por dedos humanos. Tente alterar um conector IPC intermediário em um labirinto 9X12 atrás de um chassi. Você precisa começar pela borda e trabalhe do seu jeito.