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Forum: HF, Funk und Felder Hochfrequenz Bauteile für 5GHz


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Autor: Vicky M. (vicky_m)
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Hallo alle zusammen,

ich habe eine Frage bezüglich der korrekten Bauteilauswahl für 
hochfrequente Schaltungen um die 5GHz.

Passive Bauteile werden nun auch bei HF Anwendungen benötigt, doch 
welches Material und Bauart sollte man wählen?

Bei Induktivitäten hat man ja die Auswahl zwischen:

Keramik-SMD,Ferrit-SMD, SMD-Dünnfilm, Multilayer-Keramik-SMD, 
Luftspulen, ... usw.

Bei Widerständen:

Metalloxid-, Folie,Dünn- und Dickschichtwiderstände usw. . Auch die 
Materialen variieren von Kohle, Aluminium,

Bei Kondensatoren
Folienkondensatoren, Multilayer, ....


Eine riesige Auswahl doch ich weiß nice so richtig was ich am besten 
wählen soll. Gibt es da Literatur oder Tabellen?

Was wählt Ihr?

Beste Grüße

Autor: Alter Sack (Gast)
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Bei so hohen Frequenzen versucht man nach Möglichkeit diskrete 
Bauelemente zu vermeiden und in die Strukturen des Layouts zu verstecken 
bzw zu integrieren. Viele leistungsfähige Schaltungsfunktionen lassen 
sich so als Layout Strukturen umsetzen. Man muss lernen in Wellenlängen 
und elektromagnetische Felder zu denken und mit verteilten RLCs im 
Gegensatz zu "Lumped Components".

Diskrete Komponenten haben parasitäre Eigenschaften wie z.B. 
Selbstresonanz Effekte bei Cs, Anschlußkapazitäten und Induktivitäten 
bei Widerständen. die der Entwickler genau kennen muss um Nebeneffekte 
zu maskieren. Deshalb wird man nach Möglichkeit simulieren zu versuchen. 
Es gibt eine Anzahl von freier Software die für einfache Projekte oft 
reichen oder nützlich sind.

Der erfahrene Entwickler kann oft die "Feinde" in Freunde verwandeln 
wenn er die parasitären Effekte im Design "versteckt" und ausnützen 
kann.

Bei weiten Frequenzbereichen kann es passieren, daß Oberwelleneffekte 
auftreten die für unwillkommene Überraschungen sorgen können.

Abblock Cs macht man oft Breitband durch entsprechende Geometrie des 
Layouts (Radial Stub). Siehe hier:

https://www.flambda.com/stub/stub.php

Damit kann man z.B. die Wirkung eines Abblock Cs im gewuenschten 
Frequenzbereich breitbandig machen.

Induktivitäten kann man oft durch dünne Leiterzüge berechneter Länge und 
Impedanz ersetzen. Man kann zum Beispiel Filter diverser Art als 
Streifenleitungen konzipieren ohne irgendwelche Bauteile. Da ist dann 
die LP die Komponente.

Auch wird man meist bei diesen Frequenzen mit HF gerechten LP Substraten 
arbeiten müssen um definierbare Wellenwiderstände und niedrige Verluste 
zu erzielen. FR4 ist meist völlig ungeeignet. Die Firma Rogers ist da 
ein Beispiel mit ihrem Duroid-RT.

Als Verstärker und Mischer sollte man nach Möglichkeit sogenannte MMICs 
verwenden die schon für 50 Ohm ausgelegt sind um aufwendige 
Impedanztransformationen vermeiden zu können.

Auch die Übergänge zwischen Leiterplatte und brauchbare Coaxialbuchsen 
müssen beherrscht werden.

Wenn man also auf diesen Gebiet noch keine Erfahrung hat steht man erst 
mal vor der Wand.

Am besten ist es mal am Anfang das Internet nach Beispielen von 
Mikrowellen Layouts zu durchsuchen und entsprechend Fachbücher und 
Appnotes zu studieren. Auch sollte man lernen die freien und 
kommerziellen Simulationsprogramme zu beherrschen.

Siehe hier für den Anfang:

https://www.microwaves101.com/

https://www.microwaves101.com/encyclopedias/low-noise-amplifiers

Ob Dir das hilft weiß ich nicht. Mikrowellen Design ist vom 
herkömmlichen Design total verschieden.

Autor: Zitronen F. (jetztnicht)
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Ich wuerd mal die Datenblaetter der Bauteile konsultieren. Also eher 
keine Restposten aus der Bucht.

Autor: Heinz (Gast)
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Diskrete Cs und Ls machen bei diesen Frequenzen in der Regel keinen 
Sinn. Anpassungen werden in Streifenleitertechnik als geätzte Struktur 
auf der Platine realisiert. Stichworte Smith-Diagramm, S-Parameter.
Widerstände kommen im GHz-Bereich im Signalweg normalerweise nicht vor. 
Da ist man froh, wenn man keine Verluste hat :-)
Für definierte Signalreduktion werden koaxiale Dämpfungsglieder 
eingesetzt.

Autor: nachtmix (Gast)
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Vicky M. schrieb:
> Bei Induktivitäten hat man ja die Auswahl zwischen:
>
> Keramik-SMD,Ferrit-SMD, SMD-Dünnfilm, Multilayer-Keramik-SMD,
> Luftspulen, ... usw.
>
> Bei Widerständen:
>
> Metalloxid-, Folie,Dünn- und Dickschichtwiderstände usw. . Auch die
> Materialen variieren von Kohle, Aluminium,
>
> Bei Kondensatoren
> Folienkondensatoren, Multilayer, ....

Bei 5GHz hast du nicht mehr viel Auswahl an diskreten Bauteilen, weil 
sie vor allem winzig sein müssen.
1pF z.B. hat bei 5GHz nur noch einen Blindwiderstand von 30 Ohm, und ein 
noch einigermaßen handhabbarer SMD-Kondensator der Baugröße 0201 (0,6mm 
x 0,3mm) mit dieser Kapazität hätte allein schon aufgrund seiner 
Abmessungen eine Eigenresonanz von nur 2GHz.
Darüber verhält er sich als Induktivität!

Aus diesem Grund werden passive Bauteile in solchen Schaltugen fast nur 
nur für die Beeinflussung von Gleichstrom oder relativ niedrigen 
Hochfrequenzen (z.B. ZF, Modulation) verwendet.
Abblockung, Drosseln, Anpassung und Bandfilter macht man vorzugsweise 
mit Leiterstücken unterschiedlicher Länge und Breite.

Autor: Zonengabi (Gast)
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> SMD-Kondensator der Baugröße 0201 (0,6mm
> x 0,3mm) mit dieser Kapazität hätte allein schon aufgrund seiner
> Abmessungen eine Eigenresonanz von nur 2GHz.

Glaub ich nicht.

Als S.B.Z.ler mit Antennenverstärkerbauerfahrung weiss ich
zumindest bis 860 MHz bescheid.
Das sind ja immerhin auch 0.86 GHz!

Und S.B.Z.-Kondensatoren waren nie so niedlich wie die
kleine Kröte in 0201.

Autor: Tom (Gast)
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Wer HF macht benötigt die S-Parameter

schau hier: https://ds.murata.co.jp/simsurfing/index.html?lcid=en-us

Autor: ZF (Gast)
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Moin Vicky,

wie schon geschrieben sind diskrete Passive bei 5GHz selten. Am 
häufigsten dürften noch Cs zu finden sein, ATC hat speziale Keramik Cs 
im Angebot, aber erschreck Dich nicht bei den Preisen. Franco Rota hat 
vor einigen Jahren in den UKW-Berichten gezeigt, wie man durch 90 Grad 
gedrehte, eigentlich nicht bestimmungsgemäße, Montage die parasitären 
Induktivitäten dieser Cs weiter reduzieren kann.

Tipps vin Leuten welche die wunderbare SBZ mit krimineller Energie durch 
bunte Darstellung des Westens zersetzt haben helfen bei 5 GHz nicht. Die 
TV Wellenlänge endete einst bei 35 cm, das ist selbst mit (kurzen) 
bedrahteten Bauteilen noch zu machen.

Autor: Ralph B. (rberres)
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Vicky M. schrieb:
> Passive Bauteile werden nun auch bei HF Anwendungen benötigt, doch
> welches Material und Bauart sollte man wählen?

Hallo Vicky

was hast du an Messmöglichkeiten für diese Frequenzen zur Verfügung?

Hast du Zugriff zu einen Netzwerkanalyzer für diesen Frequenzbereich?

Ganz so kritisch wie einige hier geschrieben haben sehe ich das nicht.

Normale SMD Bauteile insbesonders Widerstände können bei 5GHz durchaus 
noch funktionieren, sofern sie nicht hochohmiger als ein paar hundert 
Ohm sind.

Man sollte aber auf einer Probeplatine solche Widerstände die man 
einsetzen will vorheran einen Netzwerkanalyzer durchmessen.

Ich habe ( zumindest bei 4,3 GHz noch durchaus brauchbare Erfahungen 
gemacht mit handelsüblichen Widerständen der Größe 0806. Kondensatoren 
kann man mehrere Größen paralell schalten. 1pf 10pF 100pf eventuell noch 
1nF.
wobei der kleinste direkt auf die Leiterplatte gelötet wird und die 
anderen entsprechend der größe huckepack darauf. Oder alternativ 
senkrecht auf der langen Seite stehend direk als Block nebeneinander. 
Hier dann der kleinste in der Mitte des Blocks.

HF Führende Leiterbahnen sollte man als coplanare Leitungen mit 
Massefläche  auf der Unterseite der Platine ausführen wobei seitlich der 
Coplanare Leitungen alle 5mm die Masse der oberen Seite zur Unterseite 
durchkontaktiert werden sollte.

Als aktive Baulemente würde ich intern an 50 Ohm angepasste Bauelemente 
den Vorzug geben. ( MMICs als Verstärker usw ).

Koaxbuchsen würde ich die nehmen welche seitlich an die Leiterplatte 
gesetzt werden. Hier sollte man in der Tat Markenprodukte wie 
Rosenberger Telegärtner etc verwenden. Nonameprodukte ala Ebay oder 
Reichelt birgt das Risiko, das sie keinen definierten Wellenwiderstand 
haben.

Leiterplattenmaterial geht bei 5GHz durchaus noch 0,8mm dickes FR4 
Material. 1,5mm werden die Verluste zu groß.

Es sei denn man will Induktivitäten und Kapazitäten als 
Leiterbahnenstruktur realisieren. ( Tiefpässe Bandpässe usw ). Dann sind 
die Toleranzen des Dielektrikums zu groß. In diesen Falle sollte nam 
Roger-Leiterplattenmaterial nehmen.

Allerdings generell sollte man ein Minimum an Messmöglichkeiten in 
diesem Frequenzbereich haben.

Ideal wäre natürlich ein vektorieller Netzwerkanalyzer.

Notfalls tut es auch einWobbler mit einer guten VSWR Messbrücke welche 
bei 5GHz noch 35-40db Richtschärfe hat.

Signalgenerator und HF Milivoltmeter sind auch anzuraten.



Ralph Berres

Autor: Kilo S. (kilo_s)
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ZF schrieb:
> das ist selbst mit (kurzen) bedrahteten Bauteilen noch zu machen.

Jupp, bis 2m Gehts wunderbar mit THT.

Autor: Der Andere (Gast)
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ZF schrieb:
> Tipps vin Leuten welche die wunderbare SBZ mit krimineller Energie durch
> bunte Darstellung des Westens zersetzt haben

Was ist das denn für ein geistiger Dünnschiß?

Autor: Zonengabi (Gast)
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Ich bleib trotzdem dabei.
Niemals hat ein 1 pF in 0201

> eine Eigenresonanz von nur 2GHz.

Wohlgemerkt der Kondensator an sich.

Mein Messzeug hört leider bei 1 GHz auf.
Wenn hier jemand was taugliches zum Messen, möge er das doch
bitte mal tun.
Ersatzweise werde ich versuchem das mal nachzurechnen.

Autor: Ralph B. (rberres)
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nachtmix schrieb:
> 1pF z.B. hat bei 5GHz nur noch einen Blindwiderstand von 30 Ohm,

das ist OK

 und ein
> noch einigermaßen handhabbarer SMD-Kondensator der Baugröße 0201 (0,6mm
> x 0,3mm) mit dieser Kapazität hätte allein schon aufgrund seiner
> Abmessungen eine Eigenresonanz von nur 2GHz.
> Darüber verhält er sich als Induktivität!

Das rechne uns mal bitte vor.

Wie groß ist die Wellenlänge bei 5GHz? Richtig 6cm!!!

Selbst mit Verkürzungsfaktor komme ich niemals auf 0,6mm

Ralph Berres

Autor: Christoph db1uq K. (christoph_kessler)
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Für SMD-Kondensatoren wird seit vielen Jahren ATC als Hersteller 
empfohlen:
http://www.atceramics.com/

Manche SMD-Widerstände werden für Hochfrequenz spezifiziert, vor allem 
durch einen Laserabgleich ohne spiralförmige Einschnitte, die die 
Induktivität erhöhen "Low-inductance non-helical trimmed product":
https://www.vishay.com/docs/28759/cma0204hf.pdf

Irgendwann ist es aber wirklich vorbei mit Bauteilen im Gehäuse, dann 
wird mit gebondeten Chips gearbeitet.

: Bearbeitet durch User
Autor: Mikrowilli (Gast)
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Ein billiger 4,7pF-Kondensator der Baugröße 0603 in NP0-Keramik hat eine 
Serienresonanzfrequenz von ca. 1900MHz. Das war seinerzeit sehr 
praktisch für den Einsatz als Koppelkondensator im HF-Teil von 
DECT-Schnurlostelefonen :-).

Kondensatoren mit höherer Kapazität hatten dann eine niedrigere SRF. 1pF 
in 0201 dürfte eine deutlich höhere SRF haben als 2 GHz.

Autor: ZF (Gast)
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Hier  https://ds.murata.co.jp/simsurfing/mlcc.html?lcid=en-us    könnt 
ihr die Kurven der normelen (nicht speziell für Mikrowellen optimierten) 
Keramik Cs von Murata plotten lassen.

Autor: Zonengabi (Gast)
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Ja, danke für den Link.
Ist doch schön wenn einen das Bauchgefühl das richtige grsagz hat.

Der im Diagramm ist ein 1 pF in 0201.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Ich habe 1989 den 11Ghz LNB für den ersten Astra aus der Elrad 
nachgebaut und dabei selbstgemachte Teflon-C nach Anleitung gefertigt.
Irgendwelche anderen Bauteile bis auf die HEMT Transistoren kamen im 
Signalweg aber nicht vor.
Heute macht mans, wie oben beschrieben, am besten im Layout auf gutem 
Platinenmaterial.
Anschauen kann man sich dafür die Innereien handelüblicher SAT LNBs.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Angehängte Dateien:

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ZF schrieb:
> Moin Vicky,
>
> wie schon geschrieben sind diskrete Passive bei 5GHz selten. Am
> häufigsten dürften noch Cs zu finden sein, ATC hat speziale Keramik Cs
> im Angebot, aber erschreck Dich nicht bei den Preisen. Franco Rota hat
> vor einigen Jahren in den UKW-Berichten gezeigt, wie man durch 90 Grad
> gedrehte, eigentlich nicht bestimmungsgemäße, Montage die parasitären
> Induktivitäten dieser Cs weiter reduzieren kann.

Dazu gibt es eine AppNote von TI: sloa069 Seite 5ff.

Arno

Autor: ZF (Gast)
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Autor: Arno H. (arno_h)
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OK.
Die Grundlagen bei beiden Artikeln gehen offensichtlich auf ATC zurück.

Arno

Autor: Christoph db1uq K. (christoph_kessler)
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Franco Rota verkauft auch solche Bauteile:
https://www.rf-microwave.com/en/home/

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Ralph B. schrieb:
> und ein
>> noch einigermaßen handhabbarer SMD-Kondensator der Baugröße 0201 (0,6mm
>> x 0,3mm) mit dieser Kapazität hätte allein schon aufgrund seiner
>> Abmessungen eine Eigenresonanz von nur 2GHz.
>> Darüber verhält er sich als Induktivität!
>
> Das rechne uns mal bitte vor.


Na ja, das war vielleicht etwas voreilig. Ich  war selbst überrascht, 
dass die Frequenz so niedrig sein soll.
Ich hatte mal kurz ins Datenblatt der hier vorhandenen Murata 
GRM0335C1E1R0CA01D (1pF, 0201) geschaut, aber leider keine 
Resonanzkurven gefunden.
Darum habe ich mit der Faustformel 1nH/mm gerechnet, und das ergibt dann 
bei 0,6mm Länge und 1pF  eine Resonanzfrequenz von 6,5GHz. Offenbar ist 
mir da auch noch ein Rechenfehler passiert (wahrscheinlich pi verloren) 
und schon waren es nur noch 2GHz.

Zonengabi hat ja nun ein Diagramm gepostet, dass die Selbstresonanz für 
einen (wohl etwas anderen) 1pF-Kondensator bei etwa 11 GHz zeigt.
Deshalb habe ich versucht meine Schätzung etwas genauer zu machen:
0,6mm ist die Gesamtlänge des Kondensators incl. der metallisierten 
Endstücke. Diese liegen aber im montierten Zustand auf dem Microstrip 
auf, sind also eigentlich Teil der Leitung, so dass der eigentliche 
Kondensator nur 0,25mm lang ist. Daraus ergibt sich dann eine 
Resonanzfrequenz von 10GHz, im Hinblick auf die Ungenauigkeit der 
Abschätzung also der praktisch gleiche Wert, den auch das Diagramm 
zeigt.

Gut das mal gerechnet zu haben ;-)




Ralph B. schrieb:
> Hast du Zugriff zu einen Netzwerkanalyzer für diesen Frequenzbereich?

Ja, habe ich. Geht bis 20GHz, wegen einer Macke z.Zt. leider nicht unter 
250MHz.
Werd mal schauen, ob ich ein Stück aus einer alten LNB-Platine 
rausschneiden kann (wegen der Durchkontaktierungen des CPW) und dann so 
einen Kondensator draufhalten oder festlöten. Ich hatte mir vor Jahren 
ein kleines Sortiment dieser 0201 Kondensatoren von 0,5pF bis 100pF bei 
Mouser zusammengekauft.
Wird aber nicht vor dem 5. März passsieren.



Ralph B. schrieb:
> Wie groß ist die Wellenlänge bei 5GHz? Richtig 6cm!!!
>
> Selbst mit Verkürzungsfaktor komme ich niemals auf 0,6mm

Das ist auch nicht nötig.
Hier geht es ja nicht um das Abstrahlungsverhalten, sondern um 
Resonanzen, die unabhängig davon vorhanden sind.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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P.S.:

Hp M. schrieb:
> Daraus ergibt sich dann eine
> Resonanzfrequenz von 10GHz, im Hinblick auf die Ungenauigkeit der
> Abschätzung also der praktisch gleiche Wert, den auch das Diagramm
> zeigt.

Ich habe gerade mal den Simulator auf diesen meinen 1pF Kondensator 
losgelassen, und der zeigt die Resonanz bei 9 GHz.
Also auch nicht weit von der Schätzung entfernt.

Autor: Zonengabi (Gast)
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> 1pF-Kondensator bei etwa 11 GHz zeigt

Bei 11 GHz ist die Impedanz am geringsten!
Die Resonanzfrequenz ist im Diagramm gar nicht mehr enthalten.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Zonengabi schrieb:
> Bei 11 GHz ist die Impedanz am geringsten!

Stimmt.
Das ist aber auch die Serienresonanz.
Darüber dominiert die parasitäre Induktivität, das Bauteil verhält sich 
induktiv, und deshalb steigt Z mit der Frequenz.

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