微波電路及其PCB設計（一）

　　一．關(guān)于CAD輔助設計軟件與網(wǎng)絡(luò )分析儀

　　對于高頻電路設計，當前已經(jīng)有了很好的CAD類(lèi)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檢索與計算，再配合功能強大的網(wǎng)絡(luò )分析儀，按理應該是稍具經(jīng)驗者便能完成質(zhì)量較好的射頻部件。但是，實(shí)際中卻不是這回事。

　　CAD 設計軟件依靠的是強大的庫函數，包含了世界上絕大部分無(wú)線(xiàn)電器件生產(chǎn)商提供的元器件參數與基本性能指標。不少射頻工程師錯誤地認為：只要利用該工具軟件進(jìn)行設計，就不會(huì )有多大問(wèn)題。但實(shí)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(lèi)高頻基本組態(tài)模型庫來(lái)完成對實(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)節棗高頻基本組態(tài)模型有兩類(lèi)，一類(lèi)屬于集中參數形態(tài)之元器件模型，另一類(lèi)屬于常規設計中的局部功能模型。于是存在如下方面問(wèn)題：
   
　?。?）元器件模型與CAD軟件長(cháng)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用環(huán)境（尤其是元器件應用的電環(huán)境）均為典型值。多數情況下，必須利用經(jīng)驗確定系列應用參數，否則其實(shí)際結果有時(shí)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(wú)須用人，僅靠CAD一手包辦而誕生各類(lèi)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(shí)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(jìn)行設計中，軟件的容錯設計并不理睬是否發(fā)生與實(shí)際情況相違背的錯誤參數設置，于是，按照其軟件運行路徑給出一理想的結果，實(shí)際中卻是問(wèn)題百出的結果?？梢灾榔潢P(guān)鍵錯誤環(huán)節在于沒(méi)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(shí)時(shí)模擬功能、強大的元器件模型庫及其函數生成功能、典型應用模型庫等等方面來(lái)簡(jiǎn)化人們的繁瑣設計與計算工作，到目前為為止，尚遠遠無(wú)法在具體設計方面代替人工智能。
CAD 軟件在射頻PCB輔助設計中所體現的強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”。導致原因仍然是其對參數設置的容錯特性。往往利用其仿真功能得出一理想的模型（包括各個(gè)功能環(huán)節），一到實(shí)際調試中才發(fā)現：還不如利用自己的經(jīng)驗來(lái)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(guò)程設計（非基本原則設計）。

　　網(wǎng)絡(luò )分析儀分為標量和矢量?jì)煞N，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(luò )分析儀對各個(gè)環(huán)節的設計逐個(gè)進(jìn)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(jià)是以至少3~5版的PCB實(shí)際制作，而若沒(méi)有基本的PCB設計原則與基礎理念，所需要的PCB版本將更多（或者無(wú)法完成設計）。

　　由上述可見(jiàn)：

　?。?）在利用網(wǎng)絡(luò )分析儀對射頻電路進(jìn)行分析過(guò)程中，必須具有完備的高頻電路PCB設計理念和原則，必須能通過(guò)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(guān)工程師具備相當的經(jīng)驗。
   
　?。?）對樣機網(wǎng)路環(huán)節進(jìn)行分析過(guò)程中，必須依靠熟練的實(shí)驗經(jīng)驗和技巧來(lái)構造局部功能網(wǎng)絡(luò )。因為很多時(shí)候，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )分析儀所發(fā)現的電路缺陷，會(huì )同時(shí)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(lái)加以分析，徹查導致原因。這種實(shí)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(gè)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(mén)應用技術(shù)。從微波電路PCB設計理念過(guò)渡到高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )（包括各類(lèi)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(xiàn)理論。