射频电容ESR

陶瓷电容的等效串联电阻损耗

在选用射频片状陶瓷电容时，等效串联电阻（ESR）常常是最重要参数。ESR通常以毫欧姆为单位，是电容的介质损耗（Rsd）和金属损耗（Rsm）的综合（ESR＝Rsd+Rsm）。事实上所有射频线路都用到陶瓷电容，所以评估陶瓷电容损耗对线路性能的影响是十分重要的。

低损耗射频电容的优点

在所有射频电路设计中，选用低损耗（超低ESR）片状电容都是一项重要考虑。以下是几种应用中低损耗电容的优点。在手持便携式发射设备的末级功率放大器内使用低损耗电容作场效应晶体管源极旁路和漏极耦合，可以延长电池寿命。ESR高的电容增加I2ESR损耗，浪费电池能量。使用低损耗电容产品使射频功率放大器更容易提高功率输出和和效率。例如，用低损耗射频片状电容作耦合，可以实现最大的放大器功率输出和效率。对于目前的射频半导体设备，例如便携手持设备的单片微波集成电路，尤其是如此。许多这种设备的输入阻抗极低，因此输入匹配电路中电容的ESR损耗在全部网络的阻抗中占了很大的百分比。如果设备输入阻抗是1欧姆而电容ESR是0.8欧姆，约40％的功率将由于ESR损耗而被电容消耗掉。这将减低效率和输出功率。高射频功率应用也需要低损耗电容，这方面的典型应用是要使一个高射频功率放大器和动态阻抗相匹配。例如半导体等离子炉需要高射频功率匹配，设计匹配网络时使用了电容。负载从接近零的低阻抗大幅度摆动到接近开路，导致匹配网络中产生大电流，使电容负荷剧增。这种情况使用超低损耗电容，例如ATC的100系列陶瓷电容，最为理想。发热控制，特别是在高射频功率情况下，和元件ESR直接有关。这种情况下的电容功率耗散可以经由I2ESR 损耗计算出来。低损耗电容产品在这些线路中能减少发热，使线路发热问题更容易控制。见下节“功率耗散”中的例子。

使用低损耗电容可增加小信号放大器的有效增益和效率。设计低噪声放大器（LNA）时使用低损耗陶瓷电容可以把热噪声（KTB）减到最小。使用超低损耗电容也可很容易地改善信噪比和总体噪声温度。设计滤波网络时使用低损耗陶瓷电容能把输入频带插入损耗（S21）减到最小，而且使滤波曲线更接近矩形，折返损耗性能更好。MRI成象线圈的陶瓷电容必须是超低损耗。这些电容和MRI线圈相接，线圈是调谐电路的一部分。因为MRI 扫描器要检测极弱的信号，线圈的损耗必须很低，一般在几个毫欧姆的量级。如果ESR损耗超过这个量级，而设计者没有采取措施降低损耗，成象分辨率就会降低。ATC100系列陶瓷电容组具有超低损耗，因而经常用于线圈电路。这些电容组在谐振电路中发挥功能，却不增加整个线路的损耗。

ESR引起的电容功率耗散

ESR乘以射频网络电流的平方就得到耗散在电容里的功率。所以耗散在电容里的功率可以表示为：Pd=ESRx(射频电流)2或Pd=ESR x I2一个有趣的现象是，低损耗电容用于高射频功率设备中时，设备功率可以是电容额定功率的几百倍。

下面是低ESR电容这样使用的一例。射频功率＝1000瓦电容是ATC100E102 （1000pF）

频率＝30MHzESR＝0.018 欧姆（18 毫欧姆）；设备线路阻抗＝50 欧姆。

注意，100E系列最大允许功率耗散是大约5瓦。