TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA 1 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO

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CAPÍTULO 1INTRODUÇÃO

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1.1 OBJETIVOS DO CURSO

Objetivo principal: Fornecer ao estudante fundamentos teóricos e aspectos práticos necessários ao projeto de circuitos analógicos que operam em freqüências na faixa de rádio-freqüência (RF) e de microondas (MW).

Responder às seguintes perguntas:

1. A partir de qual freqüência a análise de circuitos convencional se torna inadequada?

2. Que características fazem com que os componentes tenham comportamentos distintos em alta e baixa freqüência ?

3. Qual “nova” teoria de circuitos deve ser empregada?

4. Como essa teoria é aplicada ao projeto de circuitos analógicos de rádio-freqüência?

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DIAGRAMA EM BLOCOS DE UM SITEMA DE RF GENÉRICO

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CIRCUITO SIMPLIFICADO DE UM AMPLIFICADOR DE POTÊNCIA PARA TELEFONE CELULAR ( 2 GHz)

TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA5

LAYOUT DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO DO AMPLIFUICADOR DE POTÊNCIA

TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA6

1.2 GRANDEZAS E DIMENSÕES

Representação de uma onda eletromagnética

)cos(

)cos(

0

0

ztHH

ztEE

yy

xx

TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA7

)cos(

)cos(

0

0

ztHH

ztEE

yy

xx

- freqüência angular

- constante de propagação

2

- comprimento de onda

rrrry

x ZH

E 377000

Z0 - impedância intrínseca - permeabilidade - permissividade

1

pv Vp – velocidade de fase

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1.3 ESPECTRO DE FREQÜENCIA

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1.4 COMPORTAMENTO DE ELEMENTOS PASSIVOS EM RF

Análise convencional de circuitos em corrente alternada

• Resistência (R) independe da freqüência

• Capacitância (C)

• Indutância (L)

CXC

1

LX L

TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA10

Em alta freqüência um fio de cobre ou uma linha de cobre em um circuito impresso possui uma resistência dependente da freqüência e uma indutância.

Exemplo: Fio de cobre cilíndrico de raio a, comprimento l e condutividade cond tem uma resistência DC

condDC a

lR

2

Em DC toda a seção transversal é usada para a condução de corrente.

TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA11

Em AC a corrente tende a fluir mais próxima à superfície do condutor a medida que a freqüência aumenta.

A densidade de corrente é dada por

paJ

prJ

apI

J z1

0

2

onde condjp 2e paJprJ 10 ,

são funções de Bessel de ordem 0 e de primeira ordem respectivamente.

TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA12

A resistência e a indutância normalizadas em alta freqüência (f>500MHz) são dadas por:

2aRR DC 2aRL DC

21 condf Profundidade pelicular

Para << a

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TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA14

Densidade de corrente normalizada para um fio de cobre de 1mm de diâmetro.

TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA15

Aproximação para a densidade de corrente em alta freqüência

raj

z eraj

pIJ

1

2

aa

Ra

RR DCDC 22

2

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1.4.1 RESISTORES EM ALTA FREQÜÊNCIA

Tipos de resistores

•Resistores de carbono

•Resistores de fio

•Resistores de filme metálico

•Resistores de filme fino de alumínio ou berílio

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Circuitos equivalentes para resistores em alta freqüência

Resistores de filme

Resistores de fio

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Exemplo: Determinar a variação da impedância com a freqüência de um resistor de filme metálico de 500, com conexôes de fio de cobre de 2,5 cm de comprimento e raio de 2,032x10-4 m e uma capacitância parasita de 5pF.

TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA20

1.4.1 CAPACITORES EM ALTA FREQÜÊNCIA

Capacitor de placas planas e paralelasdA

dA

C r

0

Em alta freqüênciaCjG

Ze

1

ss

diele

Cd

Ad

AG

tantan

diels

tan

TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA21

Exemplo: Determinar a impedância de um capacitor de 47 pF cujo dielétrico é óxido de alumínio (tan s= 10-4) e cujas conexões são de fio de cobre de 2,032x10-4 m de raio e 1,25 cm de comprimento.

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Construção de um capacitor cerâmico para montagem em superfície

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1.4.1 INDUTORES EM ALTA FREQÜÊNCIA

TE 043 CIRCUITOS DE RÁDIO-FREQÜÊNCIA24

Exemplo: Estimar a resposta em freqüência de um indutor formado por 3,5 espiras de fio de cobre de acordo com a figura abaixo.

mmd

mmr

ma

mml

36,0

27,1

5,63

27,1

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1.5 COMPONENTES REAIS

1.5.1 RESISTORES

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1.5.2 CAPACITORES

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1.5.3 INDUTORES