什么是射频电容器

每年，超过四万亿个陶瓷电容器被制造出来，用于从玩具、可穿戴技术、电动汽车到卫星等应用。这些电容器具有广泛的功能，如去耦、滤波、瞬态电压抑制等。对于绝大多数这些应用，标准贱金属电极（BME）陶瓷技术使用镍作为内部电极。事实上，目前出货的陶瓷电容器中超过99%使用镍电极技术。然而，目前使用的应用子集在更高的频率下工作，标准镍电极技术不适合。本文深入探讨了RF电容器的一些关键特性，以及它们对高频应用的重要性。
 

什么是射频？

在我们定义什么是RF电容器之前，我们需要提供有关RF的一些背景知识。 RF代表“射频”，是指电子设备或介质中交流电压，电流或电磁波的振荡速率。今天，几乎所有电子设备都使用交流电压和电流，范围从50Hz到100s的GHz。 RF是一个非常广泛的术语，指的是交流电压高于20kHz时的频率。然而，在RF应用和RF电容器的背景下，RF通常被称为频率从几MHz以上开始。有时，术语“RF”和“高频”在指高频组件和应用时可以互换使用。

RF频谱可以根据频率范围和目标应用划分为多个区域（频段）。RF“高频”范围可分为范围从300MHz到300GHz的“微波频段”和从28GHz开始的mmWave（毫米波）频段。随着频率的增加，波长减小，如下图所示。术语毫米波的名字来源于以毫米为单位测量的电磁波的波长。

 

图1 - 射频频谱

但是为什么要去更高的频率范围呢？

当增加应用程序的频率越来越高时，有一些关键优势。通过增加频率，设计人员可以更好地利用频谱，使更多设备是无线的，而不会造成干扰。此外，增加频率允许更高的带宽。因此，增加了数据传输。

但是，更高的频率也有缺点。这些包括较短的范围，被密集物体阻挡的信号以及受天气条件影响的信号。这就是为什么更高频率的毫米波5G技术将需要在人口密集的地区使用更多的蜂窝基站。

射频电容器应用

RF电容器用于各种功能，如直流阻断、旁路、滤波和阻抗匹配。常见应用包括：

射频功率放大器 （PA）

蜂窝基站（4G、5G）

无线局域网

电信网络

全球定位系统

无钥匙进入系统

蓝牙

汽车V2X、安全系统、动力总成、通信系统

但是，是什么让射频电容器与众不同呢？

RF应用所需的电容器具有四个关键特性。

高频下的等效串联电阻 （ESR） 非常低：

这是电容器的电阻，包括由于电介质和电极损耗引起的电阻。这一点很重要，因为ESR以热量的形式与功耗直接相关。较高的ESR会导致电容器过热，RF电容器在高频下必须具有尽可能低的ESR。

功耗 = i2* DS3

为了实现陶瓷电容器的低ESR，必须优化电介质和电极，以使其具有尽可能低的损耗。对于电介质，RF电容器几乎总是I类C0G/NPO材料，因为它们的损耗非常低。

更重要的是内部电极材料的选择。图2显示了由镍制成的100mm导线与由铜制成的相同导线之间的电阻比较。该图显示，随着频率增加到10MHz以上，镍线的电阻开始急剧增加，而铜线的电阻保持相对平坦。因此，铜是基本金属电极RF电容器的首选材料。

图2 - 由铜和镍制成的100mm导线的电阻。

高频下的高品质因数 （Q）：

Q表示电容器的效率，表示电容器中存储的能量与因等效串联电阻（ESR）引起的热损耗而耗散的能量之比。Q 与 ESR 直接相关，因为较低的 ESR 意味着较高的 Q，因为它成反比。RF电容器由于其低电容和非常低的ESR，具有非常高的Q值。因此，RF电容器通常被称为高Q值电容器。

电容稳定性与温度的关系：

由于RF电容器通常用于调谐和阻抗匹配应用，因此电容与温度的关系稳定性至关重要。电容随温度的任何变化都可能导致电路失谐或变得不匹配。

图 3 - 1 类 RF 电容器的电容随温度的变化

串联谐振频率：

SRF显示总阻抗不再是电容并开始上升趋势的位置。这被称为阻抗曲线的电感区域，是电容器等效串联电感（ESL）的直接结果。对于某些应用，必须保持在SRF以下，因此RF电容器需要具有尽可能高的SRF。

 

图 4 - 显示 SRF 的 1 类 RF 电容器的阻抗与频率的关系。

什么是射频电容器？

了解了RF电容器的四个关键特性，就可以提供一个定义。

定义：RF电容器是在RF频率下“特性”最佳的电容器。

因此，对于RF电容器，选择材料并优化设计，以使电容器的特性在较高频率下达到最佳。

用于射频和微波应用的 KEMET HiQ CBR 系列

KEMET 的 HiQ CBR RF 电容器系列采用铜电极 BME（基本金属电极）系统，可在 VHF、UHF 和微波频段提供超低 ESR 和高 Q。低 ESR 允许更高的射频电流，非常适合各种应用。这些电容器提供商业级和汽车级两种规格，具有非常低的 ESR 和高 Q 值以及高 SRF，非常适合 1 MHz 至 50 GHz 的应用。

审核编辑：郭婷