¿Por qué los componentes y cables de RF siguen siendo tan grandes?

Con la llegada de los circuitos integrados en las últimas décadas, los circuitos han disminuido de tamaño exponencialmente con el tiempo. Sin embargo, parece que los componentes y conexiones de RF, con cable coaxial SMA, conectores y componentes, como el que se muestra a continuación, siguen siendo fuertes y grandes:

¿Por qué no se han encogido? ¿Por qué no se puede reducir la dimensión del cable coaxial, como puede ver en el lateral de este amplificador?

¿Por qué no puede coaxial, como puede ver en el lateral de este amplificador, disminuir las dimensiones?

Todo se reduce a la impedancia característica del cable: -

Si conecta los números, para obtener un grosor del conductor central (d) que no sea demasiado pequeño, la dimensión D no puede ser demasiado baja. Por ejemplo, si d = 1 mm, para una permeabilidad relativa de 2.2, D tiene que ser de aproximadamente 3.4 mm para obtener una impedancia característica de 50 ohmios. Luego, además de esto, está el grosor de la pantalla y la cubierta exterior de plástico.

Estos números se reducen gradualmente desde el punto de vista radiométrico, pero imagine tener un conductor central de 0.1 mm: ¿qué tan confiable será y cuánta corriente podría transportar?

Para sistemas de 75 ohmios y un conductor central de 1 mm, la dimensión D debe ser de 6,5 mm (permeabilidad relativa de 2,2).

La impedancia característica es importante en caso de que no lo supiera.

Debido a que los objetivos no son los mismos, básicamente está comparando una cortadora de césped con un helicóptero de ataque.

Los circuitos integrados y los componentes en general se han reducido en tamaño debido a las mejoras en los procesos y la técnica de fabricación que permiten fabricar componentes más pequeños y mejorar la carga o el consumo de energía.

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Las señales de RF en los circuitos no son transportadas por cables SMA, pero generalmente con líneas de microstrip o cualquier otra técnica miniaturizada, sino a costa de las propiedades mencionadas anteriormente (confiabilidad, etc.)

Además de la impedancia mencionada en otras respuestas: porque no es necesario, o en otras palabras, no hay mucha demanda del mercado.

Me refiero principalmente a elementos como el que mostraste una imagen. Se encuentran principalmente (si no es que para algunos de manera exclusiva) en entornos de laboratorio o de creación de prototipos donde la calidad y la facilidad de servicio se valoran más que el tamaño. Y si abriste el sesgo que mostraste allí, verás que por los 100 dólares que cuesta, ya es bastante pequeño y tiene un rango bastante amplio (hasta 12 GHz) con el que tiene que trabajar.

Como dijo Andy, la impedancia tiene mucho que ver con las relaciones físicas de los conductores entre sí, no solo en coaxial, sino también en la PCB y, en cierta medida, con los componentes.

Tener más margen de maniobra allí para los componentes de calidad de laboratorio es mucho más importante que tenerlos en el tamaño más pequeño posible. Además, para ciertos márgenes de precios, es probable que desee reemplazar el fusible / TVS / cualquier protección que haya en su interior en lugar de comprar uno nuevo si lo maneja mal.

Entonces, de eso también se deduce que para este tipo de dispositivos, el coaxial UFL no tiene sentido porque no te da nada.

Sin embargo, si miras a tu alrededor en el hardware de consumo moderno, entonces ves muchos pequeños coaxiales UFL (casi todos los portátiles o enrutadores con wifi actualmente los usan) pero no tienes la necesidad de ser útil en una banda ancha y solo importa si coincide con las características en una banda muy estrecha.

La relación del diámetro interno con el externo se establece mediante la impedancia característica deseada y los materiales utilizados. Para un comportamiento de baja pérdida y baja reflexión, desea controlar estrictamente esa relación.

Puede hacer que el cable coaxial sea más pequeño, pero se hace más difícil controlar estrechamente la relación de tamaño, la pérdida por metro del cable aumenta debido a la mayor resistencia y el hardware se vuelve menos robusto.

Hablando de robustez si quieres tener un cable gordo de baja pérdida, entonces quieres tener un conector grande que lo acompañe. Un cable grueso con un conector pequeño en el extremo es un recipiente para romper cosas.

En un laboratorio o en un entorno industrial, lo robusto generalmente es pequeño. No se trata tanto de conectar y desconectar el cable en cuestión sino de aplicarle fuerzas involuntariamente mientras se trabaja en otras cosas en el área.

Puede reducir el tamaño total del sistema colocando más cosas en una placa o en varias placas en la misma caja, pero hacerlo le cuesta flexibilidad.

Puede usar fácilmente un cable coaxial de 0,81 mm de diámetro, pero es bastante con pérdida (3dB / m). Compare con RF-9913 a menos de 0.2dB / m, pero más como 10 mm de diámetro.

Dentro de un dispositivo compacto como una computadora portátil o un enrutador inalámbrico, unos pocos centímetros de cable con pérdida no son un problema, pero para una configuración más grande, el impacto en el rendimiento es demasiado.

También utilizamos conectores BNC y conectores / conectores banana para equipos de prueba (probablemente diseños de la Segunda Guerra Mundial o anteriores), incluso para bajas frecuencias. A veces es para alto voltaje, pero a menudo es solo porque ese es el estándar, funciona lo suficientemente bien en una amplia gama de frecuencias y voltajes, y nadie quiere tener que manipular los adaptadores para armar una plataforma de prueba.

La fuerza también juega un papel importante. El hardware de RF utiliza conectores estándar, y estos conectores se pueden alojar en cualquier lugar, desde el ambiente tranquilo de la parte inferior de un escritorio, hasta las instalaciones al aire libre, donde estarán expuestos al viento, la lluvia, la nieve, el aguanieve y cualquier otra cosa que el clima los arroja a ellos. Un conector endeble, en la línea de lo que solía ver conectando una antena a una tarjeta inalámbrica PCMCIA, por ejemplo, no duraría un día en esas condiciones.

Implicado pero no declarado es la corriente. Una señal de 1.2V en 0.1 ohm requiere 12 Amps, en su cable de 0.1mm. Los bajos voltajes son muy sensibles al ruido. Puede diseñar una placa de PC con componentes conocidos y una tierra de 10 mm entre componentes conocidos.

Qué útil es un cable muy delgado de 12 mm de largo que conecta dos cajas. Debe pensar en sistemas y SNR. ¿Qué sucede cuando la resistencia del cable excede la impedancia característica del cable? La potencia es el voltaje al cuadrado dividido por la resistencia. Las señales acopladas de corriente son muy sensibles a las longitudes y reflexiones del camino. Desea cambiar la infraestructura. (Piense en todos los cambios causados ​​por USB. Redujeron el tamaño del conector, pero aún debe ser manejado por dedos humanos. Intente cambiar un conector IPC central en un laberinto de 9X12 detrás de un chasis. Debe comenzar en el borde y trabaja tu camino