微波電路及其PCB設計（一）

　　一．關于CAD輔助設計軟件與網(wǎng)絡分析儀

　　對于高頻電路設計，當前已經(jīng)有了很好的CAD類軟件，其強大的功能足以克服人們在設計經(jīng)驗方面的不足及繁瑣的參數(shù)檢索與計算，再配合功能強大的網(wǎng)絡分析儀，按理應該是稍具經(jīng)驗者便能完成質量較好的射頻部件。但是，實際中卻不是這回事。

　　CAD 設計軟件依靠的是強大的庫函數(shù)，包含了世界上絕大部分無線電器件生產(chǎn)商提供的元器件參數(shù)與基本性能指標。不少射頻工程師錯誤地認為：只要利用該工具軟件進行設計，就不會有多大問題。但實際結果卻總是與愿望相反，原因是他們在錯誤認識下放棄高頻電路設計基本概念的靈活應用及基本設計原則的應用經(jīng)驗積累，結果在軟件工具的應用中常犯下基本應用錯誤。射頻電路設計CAD軟件屬于透明可視化軟件，利用其各類高頻基本組態(tài)模型庫來完成對實際電路工作狀態(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)設計中的局部功能模型。于是存在如下方面問題：
   
　?。?）元器件模型與CAD軟件長期互動發(fā)展，日趨完善，實際中可以基本相信模型的*真度。但元器件模型所考慮的應用環(huán)境（尤其是元器件應用的電環(huán)境）均為典型值。多數(shù)情況下，必須利用經(jīng)驗確定系列應用參數(shù)，否則其實際結果有時甚至比不借助CAD軟件的設計結果相差更遠。
   
　?。?）CAD軟件中建立的常規(guī)高頻基本組態(tài)模型，通常限于目前應用條件下可預知的方面，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，是以典型方式應用元器件并以典型完善的工藝方式構造（包括PCB構造）下完成的，其性能也達到“典型”的較高水平。但在實際中，就是完全模仿，也與模型狀態(tài)相差甚遠。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)生致命的錯誤。
   
　?。?）在利用CAD軟件進行設計中，軟件的容錯設計并不理睬是否發(fā)生與實際情況相違背的錯誤參數(shù)設置，于是，按照其軟件運行路徑給出一理想的結果，實際中卻是問題百出的結果。可以知道其關鍵錯誤環(huán)節(jié)在于沒有利用射頻電路設計的基本原則去正確應用CAD軟件。

　?。?）CAD軟件僅僅屬于設計輔助工具，利用其具備的實時模擬功能、強大的元器件模型庫及其函數(shù)生成功能、典型應用模型庫等等方面來簡化人們的繁瑣設計與計算工作，到目前為為止，尚遠遠無法在具體設計方面代替人工智能。
CAD 軟件在射頻PCB輔助設計中所體現(xiàn)的強大功能是該軟件大受歡迎的一個重要方面。但實際中，許多射頻工程師會經(jīng)常“遭其暗算”。導致原因仍然是其對參數(shù)設置的容錯特性。往往利用其仿真功能得出一理想的模型（包括各個功能環(huán)節(jié)），一到實際調試中才發(fā)現(xiàn)：還不如利用自己的經(jīng)驗來設計。
   
　　所以，CAD軟件在PCB設計中，仍然僅僅有利于擁有基本的射頻設計經(jīng)驗與技巧的工程師，幫助他們從事繁瑣的過程設計（非基本原則設計）。

　　網(wǎng)絡分析儀分為標量和矢量兩種，是射頻電路設計必不可少的儀器。通常的做法是：結合基本的射頻電路設計理念和原則完成電路及PCB設計（或利用CAD軟件完成），按要求完成PCB的樣品加工并裝配樣機，然后利用網(wǎng)絡分析儀對各個環(huán)節(jié)的設計逐個進行網(wǎng)路分析，才有可能使電路達到最佳狀態(tài)。但如此工作的代價是以至少3~5版的PCB實際制作，而若沒有基本的PCB設計原則與基礎理念，所需要的PCB版本將更多（或者無法完成設計）。

　　由上述可見：

　?。?）在利用網(wǎng)絡分析儀對射頻電路進行分析過程中，必須具有完備的高頻電路PCB設計理念和原則，必須能通過分析結果而明確知道PCB的設計缺陷棗僅此一項就要求相關工程師具備相當?shù)慕?jīng)驗。
   
　?。?）對樣機網(wǎng)路環(huán)節(jié)進行分析過程中，必須依靠熟練的實驗經(jīng)驗和技巧來構造局部功能網(wǎng)絡。因為很多時候，通過網(wǎng)絡分析儀所發(fā)現(xiàn)的電路缺陷，會同時存在多方面的導致因素，于是必須利用構造局部功能網(wǎng)路來加以分析，徹查導致原因。這種實驗性電路構造必須借助清晰的高頻電路設計經(jīng)驗與熟練的電路PCB構造原則。

　　二．本文的針對范疇

　　本文主要針對通訊產(chǎn)品的一個前沿范疇棗微波級高頻電路及其PCB設計方面的理念及其設計原則。之所以選擇微波級高頻電路之PCB設計原則，是因為該方面原則具有廣泛的指導意義且屬當前的高科技熱門應用技術。從微波電路PCB設計理念過渡到高速無線網(wǎng)絡（包括各類接入網(wǎng)）工程，也是一脈相通的，因為它們基于同一基本原理棗雙傳輸線理論。