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微波电路及其PCB设计二

发布时间:2020-07-21 18:43:30 阅读: 来源:耳罩厂家

接上

本文引用地址:三.双传输线理论对微波电路设计及其PCB布线原则指导意义综述

(一)双线理论下的PCB概念

对于微波级高频电路,PCB上每根相应带状线都与接地板形成微带线(非对称式),对于两层以上的PCB,即可形成微带线,又可形成带状线(对称式微带传输线)。各不同微带线(双面PCB)或带状线(多层PCB)相互之间,又形成耦合微带线,由此又形成各类复杂的四端口网络,从而构成微波级电路PCB的各种特性规律。

可见,微带传输线理论,是微波级高频电路PCB的设计基础。 ■ 对于800MHz以上的RF-PCB设计,天线附近的PCB网路设计,应完全遵循微带理论基础(而不是仅仅将微带概念用于改善集中参数器件性能的工具)。频率越高,微带理论的指导意义便越显著。 ■ 对于电路的集中参数与分布参数,虽然工作频率越低,分布参数的作用特性越弱,但分布参数却始终是存在的。是否考虑分布参数对电路特性的影响,并没有明确的分界线。所以,微带概念的建立,对于数字电路与相对中频电路PCB设计,同样是重要的。 ■微带理论的基础与概念和微波级RF电路及PCB设计概念,实际上是微波双传输线理论的一个应用方面,对于RF-PCB布线,每相邻信号线(包括异面相邻)间均形成遵循双线基础原理的特征(对此,后续将有明确的阐述)。 ■ 虽然通常的微波 RF 电路均在其一面配置接地板,使得其上的微波信号传输线趋向复杂的四端口网路,从而直接遵循耦合微带理论,但其基础却仍是双线理论。所以在设计实际中,双线理论所具有的指导意义更为广泛。 ■ 通常而言对于微波电路,微带理论具有定量指导意义,属于双线理论的特定应用,而双线理论具有更广泛的定性指导意义。 ■ 值得一提的是:双线理论给出的所有概念,从表面上看,似乎有些概念与实际设计工作并无联系(尤其是数字电路及低频电路),其实是一种错觉。双线理论可以指导一切电子电路设计中的概念问题,特别是PCB线路设计概念方面的意义更为突出。

虽然双线理论是在微波高频电路前提下建立的,但这仅仅因为高频电路中分布参数的影响变得显著,使得指导意义特别突出。在数字或中低频电路中,分布参数与集中参数元器件相比,达到可以忽略的地步,双线理论概念变得相应模糊。

然而,如何分清高频与低频电路,在设计实际中却是经常容易忽略的方面。通常的数字逻辑或脉冲电路属于哪一类?最明显的具非线性元器件之低频电路及中低频电路,一旦某些敏感条件改变,很容易体现出某些高频特征。高档CPU的主频已经到1.7GHz,远超过微波频率下限,但仍然属于数字电路。正因为这些不确定性,使的PCB设计异常重要。

■ 在许多情况下,电路中的无源元器件,均可等效为特定规格的传输线或微带线,并可用双传输线理论及其相关参量去描述。

总之,可以认为双传输线理论是在综合所有电子电路特征基础上诞生的。因此,从严格意义上说,如果设计实际中的每一环节,首先以双传输线理论所体现的概念为原则,那末相应的PCB电路所面临的问题就会很少(无论该电路是在什么工作条件下应用)。

(二)双传输线与微带线构造简介

1、微波双线的PCB 形式

微带线是由微波双线在特定条件下的具体应用。图1-a. 即为微波双线及其场分布示意图。在微波级工作频率的PCB 基板上,可以构成常规的异面平行双线(图1-b.所示)或变异的异面平行双线(图1-c.所示)。当其中一条状线与另一条状线相比可等效为无穷大时,便构成典型的微带线(如图1-d.所示)。从双传输线到微带,仅边缘特性改变,定性特征基本一致。

注:在许多微波专业论述中,均仅仅描述由常规均匀圆柱形导体构成的双传输线,对PCB 电路的双线描述则以矩形条状线为常规双传输线。

2、微带线的双线特征

图2-a.为常规微波双线的场分布示意图。图2-b.为PCB 条状线场分布示意图。图2-c.为带有有限接地板的

微波双线场分布示意(注:图中双线之一和接地板连通)。图2-d 为具有相对无穷大接地板之双线场分布示意(注:

图中双线之一和接地板连通)。

图3-a.为典型偶模激励耦合微带线场分布示意。图3-b. 为典型奇模激励耦合微带线场分布示意。

从图1 、图2 、图3 所示场分布状态看,双线与微带线(包括耦合微带线)特性仅仅为边缘特性的不同。

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