Understanding Single Layer Capacitors for Microwave Applications

Tecdia，www.tecdia.com.cn

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Tecdia在适用于微波和光学市场中单层电容器（SLC）的制造方面拥有40多年的经验。Tecdia的SLC应用于：

l 微波/光收发器

l 合成器、振荡器和其他信号发生器

l TOSA/ROSA/BOSA（发射/接收/双向光学组件）

l 微波/光放大器和调制器

l 高频信号和射频测量设备

它们在这些应用中用于隔直流、高频旁路或阻抗匹配。在所有这些应用中，选择正确的电容是获得理想性能的第一步。SLC的电容可根据平行板电容方程计算：

      （1）

其中：C是电容，单位为法拉；A是两块板重叠的面积，单位为平方米；e_r是介电常数；e₀是电常数(e₀≈8.854×10^-12F/m)；d是平行板之间的间距，单位为米。

我们有标准系列的介电材料，这些是通过混合和烧结制成的，介电常数范围从40到50,000。我们的电容器厚度从75微米到300微米不等，可以切成精细到0.20毫米尺寸的正方形。

选择好了电容，接下来就是了解它在工作频率范围内的表现。

图1：Tecdia PN SK06C102M12A6的典型电容频率特性

图1显示了1000pF 1.00x1.00x0.15 mm电容器在1到3 GHz范围内的典型表现。通过测量ESR（等效串联电阻）和Z（阻抗），并使用下述近似公式计算电容器在特定频率上的电容。在SRF（自谐振频率）以上，ESL（等效串联电感）引起的感抗随频率增加，在交流耦合应用中导致更大的信号衰减，但是保持了直流阻断特性。通过这种方式，它们在谐振时基本上起隔直电感的作用。

     （2）

其中f是频率，C是电容。

然而，公式2只能在接近SRF时使用，因为接近或超过自谐振频率时还需要考虑电感。图1显示在SRF处电容降到零。

实际上，并没有理想的电容器，所以每个电容器都有电阻和电感，如图2所示。

（Minamiya san供图）

图2：显示ESR和ESL元件的实际电容电路

ESR和ESL元件的总阻抗公式如下：

    (3)

其中：=总阻抗；j=虚数。

实际电容器的阻抗和频率之间的这种关系可以在图3中观察到。被测电容器与图1相同。

图3：Tecdia的SK06C102M12A6电容器的频位。

在理想的电容器中没有电阻或电感，因此阻抗随频率成反比下降。然而，如图3所示，当频率达到SRF时，阻抗降到最小，然后电感占主导地位，阻抗随频率而增加。图1中SRF后的电容下降是因为SRF后ESL占主导地位，公式2不能使用。因此，电容值无法计算。

另一个需要注意的是，SLC在SRF附近的阻抗比理想电容器小。这是因为理想的电容器没有ESL或ESR，但是SLC的ESL抵消了SRF附近的电容电抗（从而抵消了阻抗）。这意味着在SRF附近，SLC比理想电容器的损耗小。

其他感兴趣的参数包括电容器的RWV（额定工作电压）、IR（绝缘电阻），它们与电介质的厚度成正比。电容会随着偏置电压而变化，其偏置电压又会随着介电常数的增加而恶化；电容会随着温度的变化而改变，其温度又会随特定的介电材料而变化。

一般来说，在选择SLC时，可遵循以下原则：

l 为获得最佳ESR，请选择尺寸大而薄的SLC。

l 为获得最佳IR和RWV，请选择较厚的电容。

l 对于最高的SRF，选择尺寸更小、更薄的电容。

l 对于最低损耗，使用最低介电常数。