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1、微波电路路及其PPCB设设计中国PCCB技术术网 一关关于CAAD辅助助设计软软件与网网络分析析仪 对于高高频电路路设计，当当前已经经有了很很好的CCAD类类软件，其其强大的的功能足足以克服服人们在在设计经经验方面面的不足足及繁琐琐的参数数检索与与计算，再再配合功功能强大大的网络络分析仪仪，按理理应该是是稍具经经验者便便能完成成质量较较好的射射频部件件。但是是，实际际中却不不是这回回事。 CADD设计软软件依靠靠的是强强大的库库函数，包包含了世世界上绝绝大部分分无线电电器件生生产商提提供的元元器件参参数与基基本性能能指标。不不少射频频工程师师错误地地认为：只要利利用该工工具软件件进行设设计，就
2、就不会有有多大问问题。但但实际结结果却总总是与愿愿望相反反，原因因是他们们在错误误认识下下放弃高高频电路路设计基基本概念念的灵活活应用及及基本设设计原则则的应用用经验积积累，结结果在软软件工具具的应用用中常犯犯下基本本应用错错误。射射频电路路设计CCAD软软件属于于透明可可视化软软件，利利用其各各类高频频基本组组态模型型库来完完成对实实际电路路工作状状态的模模拟。至至此，我我们已经经可以明明白其中中的关键键环节棗棗高频基基本组态态模型有有两类，一一类属于于集中参参数形态态之元器器件模型型，另一一类属于于常规设设计中的的局部功功能模型型。于是是存在如如下方面面问题： （11）元器器件模型型与CA
3、AD软件件长期互互动发展展，日趋趋完善，实实际中可可以基本本相信模模型的*真度。但但元器件件模型所所考虑的的应用环环境（尤尤其是元元器件应应用的电电环境）均均为典型型值。多多数情况况下，必必须利用用经验确确定系列列应用参参数，否否则其实实际结果果有时甚甚至比不不借助CCAD软软件的设设计结果果相差更更远。 （22）CAAD软件件中建立立的常规规高频基基本组态态模型，通通常限于于目前应应用条件件下可预预知的方方面，而而且只能能局限于于基本功功能模型型（否则则产品研研发无须须用人，仅仅靠CAAD一手手包办而而诞生各各类产品品）。 （3）特特别值得得注意的的是：典典型功能能模型的的建立，是是以典型型
4、方式应应用元器器件并以以典型完完善的工工艺方式式构造（包包括PCCB构造造）下完完成的，其其性能也也达到“典型”的较高高水平。但但在实际际中，就就是完全全模仿，也也与模型型状态相相差甚远远。原因因是：尽尽管选用用的元器器件及其其参数一一致，但但它们的的组合电电环境却却无法一一致。在在低频电电路或数数字电路路中，这这种相差差毫厘的的情况妨妨碍不大大，但在在射频电电路中，往往往发生生致命的的错误。 （4）在利用CAD软件进行设计中，软件的容错设计并不理睬是否发生与实际情况相违背的错误参数设置，于是，按照其软件运行路径给出一理想的结果，实际中却是问题百出的结果。可以知道其关键错误环节在于没有利用射频
5、电路设计的基本原则去正确应用CAD软件。 （5）CAD软件仅仅属于设计辅助工具，利用其具备的实时模拟功能、强大的元器件模型库及其函数生成功能、典型应用模型库等等方面来简化人们的繁琐设计与计算工作，到目前为为止，尚远远无法在具体设计方面代替人工智能。CAD软件在射频PCB辅助设计中所体现的强大功能是该软件大受欢迎的一个重要方面。但实际中，许多射频工程师会经常“遭其暗算”。导致原因仍然是其对参数设置的容错特性。往往利用其仿真功能得出一理想的模型（包括各个功能环节），一到实际调试中才发现：还不如利用自己的经验来设计。 所以，CAD软件在PCB设计中，仍然仅仅有利于拥有基本的射频设计经验与技巧的工程师
6、，帮助他们从事繁琐的过程设计（非基本原则设计）。 网络分分析仪分分为标量量和矢量量两种，是是射频电电路设计计必不可可少的仪仪器。通通常的做做法是：结合基基本的射射频电路路设计理理念和原原则完成成电路及及PCBB设计（或或利用CCAD软软件完成成），按按要求完完成PCCB的样样品加工工并装配配样机，然然后利用用网络分分析仪对对各个环环节的设设计逐个个进行网网路分析析，才有有可能使使电路达达到最佳佳状态。但但如此工工作的代代价是以以至少335版版的PCCB实际际制作，而而若没有有基本的的PCBB设计原原则与基基础理念念，所需需要的PPCB版版本将更更多（或或者无法法完成设设计）。 由上述述可见：
7、（11）在利利用网络络分析仪仪对射频频电路进进行分析析过程中中，必须须具有完完备的高高频电路路PCBB设计理理念和原原则，必必须能通通过分析析结果而而明确知知道PCCB的设设计缺陷陷棗仅此此一项就就要求相相关工程程师具备备相当的的经验。 （2）对样机网路环节进行分析过程中，必须依靠熟练的实验经验和技巧来构造局部功能网络。因为很多时候，通过网络分析仪所发现的电路缺陷，会同时存在多方面的导致因素，于是必须利用构造局部功能网路来加以分析，彻查导致原因。这种实验性电路构造必须借助清晰的高频电路设计经验与熟练的电路PCB构造原则。 二本本文的针针对范畴畴 本文主主要针对对通讯产产品的一一个前沿沿范畴棗棗
8、微波级级高频电电路及其其PCBB设计方方面的理理念及其其设计原原则。之之所以选选择微波波级高频频电路之之PCBB设计原原则，是是因为该该方面原原则具有有广泛的的指导意意义且属属当前的的高科技技热门应应用技术术。从微微波电路路PCBB设计理理念过渡渡到高速速无线网网络（包包括各类类接入网网）工程程，也是是一脉相相通的，因因为它们们基于同同一基本本原理棗棗双传输输线理论论。 有经验验的射频频工程师师设计的的数字电电路或相相对较低低频率电电路PCCB，一一次成功功率是非非常高的的，因为为他们的的设计理理念是以以“分布”参数为为核心，而而分布参参数概念念在较低低频率电电路（包包括数字字电路中中）中的的
9、破坏作作用，常常为人们们所忽略略。 长期以以来，许许多同行行完成的的电子产产品（主主要针对对通讯产产品）设设计，往往往问题题重重。一一方面固固然与电电原理设设计（包包括冗余余设计、可可靠性设设计等方方面）的的必要环环节缺乏乏有关，但但更重要要的，是是许多这这类问题题在人们们认为已已经考虑虑了各项项必要环环节下而而发生的的。针对对这些问问题，他他们往往往将精力力花在对对程序、电电原理、参参数冗余余等方面面的核查查上，却却极少将将精力花花在对PPCB设设计的审审核方面面，而往往往正是是由于PPCB设设计缺陷陷，导致致大量的的产品性性能问题题。 PCBB设计原原则涉及及到许多多方方面面面，包包括各项
10、项基本原原则、抗抗干扰、电电磁兼容容、安全全防护，等等等。对对于这些些方面，特特别在高高频电路路（尤其其在微波波级高频频电路）方方面，相相关理念念的缺乏乏，往往往导致整整个研发发项目的的失败。许许多人还还停留在在“将电原原理用导导体连接接起来发发挥预定定作用”基础上上，甚至至认为“PCBB设计属属于结构构、工艺艺和提高高生产效效率等方方面的考考虑范畴畴”。许多多专业射射频工程程师也没没有充分分认识到到该环节节在射频频设计中中，应是是整个设设计工作作的特别别重点，而而错误地地将精力力花费在在选择高高性能的的元器件件，结果果是成本本大幅上上升，性性能的提提高却微微乎其微微。 应特别别在此提提出的是
11、是，数字字电路依依靠其强强的抗干干扰、检检纠错以以及可任任意构造造各个智智能环节节来确保保电路的的正常功功能。一一个普通通的数字字应用电电路而高高附加地地配置各各类“确保正正常”的环节节，显然然属于没没有产品品概念的的举措。但但往往在在认为“不值得得”的环节节，却导导致产品品的系列列问题。原原因是这这类在产产品工程程角度看看不值得得构造可可靠性保保证的功功能环节节，应该该建立在在数字电电路本身身的工作作机理上上，只是是在电路路设计（包包括PCCB设计计）中的的错误构构造，导导致电路路处于一一种不稳稳定状态态。这种种不稳定定状态的的导致，与与高频电电路的类类似问题题属于同同一概念念下的基基本应用
12、用。 在数字字电路中中，有三三个方面面值得认认真对待待： （1）数数字信号号本身属属于广谱谱信号。根根据傅里里叶函数数结果，其其包含的的高频成成份非常常丰富，所所以数字字IC在在设计中中，均充充分考虑虑了数字字信号的的高频分分量。但但除了数数字ICC外，各各功能环环节内部部及之间间的信号号过渡区区域，若若任意而而为，将将会导致致系列问问题。尤尤其在数数字与模模拟和高高频电路路混合应应用的电电路场合合。 （2）数数字电路路应用中中的各类类可靠性性设计，与与电路在在实际应应用中的的可靠性性要求及及产品工工程要求求相关，不不能将采采用常规规设计完完全能达达到要求求的电路路附加各各类高成成本的“保障”
13、部分。 （33）数字字电路的的工作速速率正在在以前所所未有的的发展迈迈向高频频（例如如目前的的CPUU，其主主频已经经达到11.7GGHz棗棗远远超超过微波波频段下下限）。尽尽管相关关器件的的可靠性性保障功功能也同同步配套套，但其其建立在在器件内内部和典典型外部部信号特特征基础础上。 三双双传输线线理论对对微波电电路设计计及其PPCB布布线原则则指导意意义综述述 （一）双双线理论论下的PPCB概概念对于于微波级级高频电电路，PPCB上上每根相相应带状状线都与与接地板板形成微微带线（非非对称式式），对对于两层层以上的的PCBB，即可可形成微微带线，又又可形成成带状线线（对称称式微带带传输线线）。
14、各各不同微微带线（双双面PCCB）或或带状线线（多层层PCBB）相互互之间，又又形成耦耦合微带带线，由由此又形形成各类类复杂的的四端口口网络，从从而构成成微波级级电路PPCB的的各种特特性规律律。 可见，微微带传输输线理论论，是微微波级高高频电路路PCBB的设计计基础。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
15、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。 虽然双双线理论论是在微微波高频频电路前前提下建建立的，但但这仅仅仅因为高高频电路路
