微波電路及其PCB設(shè)計(jì)（一）

　　一．關(guān)于CAD輔助設(shè)計(jì)軟件與網(wǎng)絡(luò)分析儀

　　對(duì)于高頻電路設(shè)計(jì)，當(dāng)前已經(jīng)有了很好的CAD類軟件，其強(qiáng)大的功能足以克服人們?cè)谠O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面的不足及繁瑣的參數(shù)檢索與計(jì)算，再配合功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)分析儀，按理應(yīng)該是稍具經(jīng)驗(yàn)者便能完成質(zhì)量較好的射頻部件。但是，實(shí)際中卻不是這回事。

　　CAD 設(shè)計(jì)軟件依靠的是強(qiáng)大的庫(kù)函數(shù)，包含了世界上絕大部分無(wú)線電器件生產(chǎn)商提供的元器件參數(shù)與基本性能指標(biāo)。不少射頻工程師錯(cuò)誤地認(rèn)為：只要利用該工具軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，就不會(huì)有多大問(wèn)題。但實(shí)際結(jié)果卻總是與愿望相反，原因是他們?cè)阱e(cuò)誤認(rèn)識(shí)下放棄高頻電路設(shè)計(jì)基本概念的靈活應(yīng)用及基本設(shè)計(jì)原則的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)果在軟件工具的應(yīng)用中常犯下基本應(yīng)用錯(cuò)誤。射頻電路設(shè)計(jì)CAD軟件屬于透明可視化軟件，利用其各類高頻基本組態(tài)模型庫(kù)來(lái)完成對(duì)實(shí)際電路工作狀態(tài)的模擬。至此，我們已經(jīng)可以明白其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)棗高頻基本組態(tài)模型有兩類，一類屬于集中參數(shù)形態(tài)之元器件模型，另一類屬于常規(guī)設(shè)計(jì)中的局部功能模型。于是存在如下方面問(wèn)題：
   
　　（1）元器件模型與CAD軟件長(zhǎng)期互動(dòng)發(fā)展，日趨完善，實(shí)際中可以基本相信模型的*真度。但元器件模型所考慮的應(yīng)用環(huán)境（尤其是元器件應(yīng)用的電環(huán)境）均為典型值。多數(shù)情況下，必須利用經(jīng)驗(yàn)確定系列應(yīng)用參數(shù)，否則其實(shí)際結(jié)果有時(shí)甚至比不借助CAD軟件的設(shè)計(jì)結(jié)果相差更遠(yuǎn)。
   
　　（2）CAD軟件中建立的常規(guī)高頻基本組態(tài)模型，通常限于目前應(yīng)用條件下可預(yù)知的方面，而且只能局限于基本功能模型（否則產(chǎn)品研發(fā)無(wú)須用人，僅靠CAD一手包辦而誕生各類產(chǎn)品）。

　?。?）特別值得注意的是：典型功能模型的建立，是以典型方式應(yīng)用元器件并以典型完善的工藝方式構(gòu)造（包括PCB構(gòu)造）下完成的，其性能也達(dá)到“典型”的較高水平。但在實(shí)際中，就是完全模仿，也與模型狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)。原因是：盡管選用的元器件及其參數(shù)一致，但它們的組合電環(huán)境卻無(wú)法一致。在低頻電路或數(shù)字電路中，這種相差毫厘的情況妨礙不大，但在射頻電路中，往往發(fā)生致命的錯(cuò)誤。
   
　?。?）在利用CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)中，軟件的容錯(cuò)設(shè)計(jì)并不理睬是否發(fā)生與實(shí)際情況相違背的錯(cuò)誤參數(shù)設(shè)置，于是，按照其軟件運(yùn)行路徑給出一理想的結(jié)果，實(shí)際中卻是問(wèn)題百出的結(jié)果?？梢灾榔潢P(guān)鍵錯(cuò)誤環(huán)節(jié)在于沒(méi)有利用射頻電路設(shè)計(jì)的基本原則去正確應(yīng)用CAD軟件。

　?。?）CAD軟件僅僅屬于設(shè)計(jì)輔助工具，利用其具備的實(shí)時(shí)模擬功能、強(qiáng)大的元器件模型庫(kù)及其函數(shù)生成功能、典型應(yīng)用模型庫(kù)等等方面來(lái)簡(jiǎn)化人們的繁瑣設(shè)計(jì)與計(jì)算工作，到目前為為止，尚遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法在具體設(shè)計(jì)方面代替人工智能。
CAD 軟件在射頻PCB輔助設(shè)計(jì)中所體現(xiàn)的強(qiáng)大功能是該軟件大受歡迎的一個(gè)重要方面。但實(shí)際中，許多射頻工程師會(huì)經(jīng)常“遭其暗算”。導(dǎo)致原因仍然是其對(duì)參數(shù)設(shè)置的容錯(cuò)特性。往往利用其仿真功能得出一理想的模型（包括各個(gè)功能環(huán)節(jié)），一到實(shí)際調(diào)試中才發(fā)現(xiàn)：還不如利用自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)。
   
　　所以，CAD軟件在PCB設(shè)計(jì)中，仍然僅僅有利于擁有基本的射頻設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與技巧的工程師，幫助他們從事繁瑣的過(guò)程設(shè)計(jì)（非基本原則設(shè)計(jì)）。

　　網(wǎng)絡(luò)分析儀分為標(biāo)量和矢量?jī)煞N，是射頻電路設(shè)計(jì)必不可少的儀器。通常的做法是：結(jié)合基本的射頻電路設(shè)計(jì)理念和原則完成電路及PCB設(shè)計(jì)（或利用CAD軟件完成），按要求完成PCB的樣品加工并裝配樣機(jī)，然后利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)逐個(gè)進(jìn)行網(wǎng)路分析，才有可能使電路達(dá)到最佳狀態(tài)。但如此工作的代價(jià)是以至少3~5版的PCB實(shí)際制作，而若沒(méi)有基本的PCB設(shè)計(jì)原則與基礎(chǔ)理念，所需要的PCB版本將更多（或者無(wú)法完成設(shè)計(jì)）。

　　由上述可見(jiàn)：

　?。?）在利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)射頻電路進(jìn)行分析過(guò)程中，必須具有完備的高頻電路PCB設(shè)計(jì)理念和原則，必須能通過(guò)分析結(jié)果而明確知道PCB的設(shè)計(jì)缺陷棗僅此一項(xiàng)就要求相關(guān)工程師具備相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。
   
　?。?）對(duì)樣機(jī)網(wǎng)路環(huán)節(jié)進(jìn)行分析過(guò)程中，必須依靠熟練的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和技巧來(lái)構(gòu)造局部功能網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)楹芏鄷r(shí)候，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀所發(fā)現(xiàn)的電路缺陷，會(huì)同時(shí)存在多方面的導(dǎo)致因素，于是必須利用構(gòu)造局部功能網(wǎng)路來(lái)加以分析，徹查導(dǎo)致原因。這種實(shí)驗(yàn)性電路構(gòu)造必須借助清晰的高頻電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與熟練的電路PCB構(gòu)造原則。

　　二．本文的針對(duì)范疇

　　本文主要針對(duì)通訊產(chǎn)品的一個(gè)前沿范疇棗微波級(jí)高頻電路及其PCB設(shè)計(jì)方面的理念及其設(shè)計(jì)原則。之所以選擇微波級(jí)高頻電路之PCB設(shè)計(jì)原則，是因?yàn)樵摲矫嬖瓌t具有廣泛的指導(dǎo)意義且屬當(dāng)前的高科技熱門應(yīng)用技術(shù)。從微波電路PCB設(shè)計(jì)理念過(guò)渡到高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（包括各類接入網(wǎng)）工程，也是一脈相通的，因?yàn)樗鼈兓谕换驹項(xiàng)楇p傳輸線理論。