微波電路及其PCB設(shè)計(jì)(二)
接上
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/82809.htm三.雙傳輸線理論對(duì)微波電路設(shè)計(jì)及其PCB布線原則指導(dǎo)意義綜述
(一)雙線理論下的PCB概念
對(duì)于微波級(jí)高頻電路,PCB上每根相應(yīng)帶狀線都與接地板形成微帶線(非對(duì)稱(chēng)式),對(duì)于兩層以上的PCB,即可形成微帶線,又可形成帶狀線(對(duì)稱(chēng)式微帶傳輸線)。各不同微帶線(雙面PCB)或帶狀線(多層PCB)相互之間,又形成耦合微帶線,由此又形成各類(lèi)復(fù)雜的四端口網(wǎng)絡(luò),從而構(gòu)成微波級(jí)電路PCB的各種特性規(guī)律。
可見(jiàn),微帶傳輸線理論,是微波級(jí)高頻電路PCB的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
■ 對(duì)于800MHz以上的RF-PCB設(shè)計(jì),天線附近的PCB網(wǎng)路設(shè)計(jì),應(yīng)完全遵循微帶理論基礎(chǔ)(而不是僅僅將微帶概念用于改善集中參數(shù)器件性能的工具)。頻率越高,微帶理論的指導(dǎo)意義便越顯著。
■ 對(duì)于電路的集中參數(shù)與分布參數(shù),雖然工作頻率越低,分布參數(shù)的作用特性越弱,但分布參數(shù)卻始終是存在的。是否考慮分布參數(shù)對(duì)電路特性的影響,并沒(méi)有明確的分界線。所以,微帶概念的建立,對(duì)于數(shù)字電路與相對(duì)中頻電路PCB設(shè)計(jì),同樣是重要的。
■微帶理論的基礎(chǔ)與概念和微波級(jí)RF電路及PCB設(shè)計(jì)概念,實(shí)際上是微波雙傳輸線理論的一個(gè)應(yīng)用方面,對(duì)于RF-PCB布線,每相鄰信號(hào)線(包括異面相鄰)間均形成遵循雙線基礎(chǔ)原理的特征(對(duì)此,后續(xù)將有明確的闡述)。
■ 雖然通常的微波 RF 電路均在其一面配置接地板,使得其上的微波信號(hào)傳輸線趨向復(fù)雜的四端口網(wǎng)路,從而直接遵循耦合微帶理論,但其基礎(chǔ)卻仍是雙線理論。所以在設(shè)計(jì)實(shí)際中,雙線理論所具有的指導(dǎo)意義更為廣泛。
■ 通常而言對(duì)于微波電路,微帶理論具有定量指導(dǎo)意義,屬于雙線理論的特定應(yīng)用,而雙線理論具有更廣泛的定性指導(dǎo)意義。
■ 值得一提的是:雙線理論給出的所有概念,從表面上看,似乎有些概念與實(shí)際設(shè)計(jì)工作并無(wú)聯(lián)系(尤其是數(shù)字電路及低頻電路),其實(shí)是一種錯(cuò)覺(jué)。雙線理論可以指導(dǎo)一切電子電路設(shè)計(jì)中的概念問(wèn)題,特別是PCB線路設(shè)計(jì)概念方面的意義更為突出。
雖然雙線理論是在微波高頻電路前提下建立的,但這僅僅因?yàn)楦哳l電路中分布參數(shù)的影響變得顯著,使得指導(dǎo)意義特別突出。在數(shù)字或中低頻電路中,分布參數(shù)與集中參數(shù)元器件相比,達(dá)到可以忽略的地步,雙線理論概念變得相應(yīng)模糊。
然而,如何分清高頻與低頻電路,在設(shè)計(jì)實(shí)際中卻是經(jīng)常容易忽略的方面。通常的數(shù)字邏輯或脈沖電路屬于哪一類(lèi)?最明顯的具非線性元器件之低頻電路及中低頻電路,一旦某些敏感條件改變,很容易體現(xiàn)出某些高頻特征。高檔CPU的主頻已經(jīng)到1.7GHz,遠(yuǎn)超過(guò)微波頻率下限,但仍然屬于數(shù)字電路。正因?yàn)檫@些不確定性,使的PCB設(shè)計(jì)異常重要。
■ 在許多情況下,電路中的無(wú)源元器件,均可等效為特定規(guī)格的傳輸線或微帶線,并可用雙傳輸線理論及其相關(guān)參量去描述。
總之,可以認(rèn)為雙傳輸線理論是在綜合所有電子電路特征基礎(chǔ)上誕生的。因此,從嚴(yán)格意義上說(shuō),如果設(shè)計(jì)實(shí)際中的每一環(huán)節(jié),首先以雙傳輸線理論所體現(xiàn)的概念為原則,那末相應(yīng)的PCB電路所面臨的問(wèn)題就會(huì)很少(無(wú)論該電路是在什么工作條件下應(yīng)用)。
(二)雙傳輸線與微帶線構(gòu)造簡(jiǎn)介
1、微波雙線的PCB 形式
微帶線是由微波雙線在特定條件下的具體應(yīng)用。圖1-a. 即為微波雙線及其場(chǎng)分布示意圖。在微波級(jí)工作頻率的PCB 基板上,可以構(gòu)成常規(guī)的異面平行雙線(圖1-b.所示)或變異的異面平行雙線(圖1-c.所示)。當(dāng)其中一條狀線與另一條狀線相比可等效為無(wú)窮大時(shí),便構(gòu)成典型的微帶線(如圖1-d.所示)。從雙傳輸線到微帶,僅邊緣特性改變,定性特征基本一致。
注:在許多微波專(zhuān)業(yè)論述中,均僅僅描述由常規(guī)均勻圓柱形導(dǎo)體構(gòu)成的雙傳輸線,對(duì)PCB 電路的雙線描述則以矩形條狀線為常規(guī)雙傳輸線。
2、微帶線的雙線特征
圖2-a.為常規(guī)微波雙線的場(chǎng)分布示意圖。圖2-b.為PCB 條狀線場(chǎng)分布示意圖。圖2-c.為帶有有限接地板的
微波雙線場(chǎng)分布示意(注:圖中雙線之一和接地板連通)。圖2-d 為具有相對(duì)無(wú)窮大接地板之雙線場(chǎng)分布示意(注:
圖中雙線之一和接地板連通)。
圖3-a.為典型偶模激勵(lì)耦合微帶線場(chǎng)分布示意。圖3-b. 為典型奇模激勵(lì)耦合微帶線場(chǎng)分布示意。
從圖1 、圖2 、圖3 所示場(chǎng)分布狀態(tài)看,雙線與微帶線(包括耦合微帶線)特性?xún)H僅為邊緣特性的不同。
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