微波射频设计经验法则

原创 5G通信射频有源无源 2021-11-01 00:00

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本文翻译自Microwaves101 | Microwave Rules of Thumb

汇总了一些微波电路中的经验法则（Rules of Thumb）

所谓经验法则，就是一些长期总结出来的规律，多数情况下适用，但并不是任何时候都适用，请读者自行斟酌。

1、

对于直径1mil（25um）的金丝，等效的电感量（以nH为单位）约等于其长度（以mm为单位），这可是公制单位相较于英制单位的一个优点！

我们换个方式来表述一下，以便棒球运动爱好者也能使用：长度1mil的键合线等效电感量约为25pH，或者说长度40mil的键合线电感量约为1nH。

2、

要能当做一个集总参数元件来对待，那么一个电路结构的任何一个特征尺寸都不能超过该电路最高工作频率对应波长的1/10。

3、

微带电路板的介质厚度不能超过该电路最高工作频率对应波长的1/10，否则不能使用。

4、

如何看一眼波导就知道其型号WR后面的数字？WR后面的数字就是波导宽边长度以mil为单位，除以10。

作者注：例如WR34表示波导的宽边长度为340mil；我国的标准矩形波导命名规则是BJ##，后面数字代表主模中心频率以GHz为单位乘以10，例如BJ260表示主模中心频率为26GHz的标准矩形波导。

5、

一个记住矩形波导E面和H面的好方法是：当你弯曲它，沿着E面弯折是很容易的，而沿着H面弯折就很困难。

6、

对于Si或SiGe半导体，110℃是器件可靠工作的最大结温（平均无故障时间MTTF=1,000,000小时）。

硅工艺的LDMOS是例外，据一个主流LDMOS供应商的说法，它可以在175℃温度下工作800年。

GaAs的FET（或者说pHEMT）沟道温度不能超过150℃才能确保长期可靠工作。对于GaN HEMT而言，最大沟道温度175℃是一个合理值。

7、

为了截止掉杂散模式，封装（腔体）的宽度一般不要超过最高工作频率对应在真空中的半个波长。

8、

X波段及以下的微带线和带状线最小转弯半径不要低于三倍线宽，频率更高时最小转弯半径取五倍线宽，最好的做法是使用最佳切角代替曲线转弯！

9、

一个脉冲信号的10%-90%上升时间，以ns为单位时，近似等于0.35除以网络的带宽，以GHz为单位。

作者举例？？：假设一个低通网络的截止频率是1GHz，则传输一个矩形脉冲时，10%-90%上升时间约为0.35ns。

10、

如果你想用1/4短截线来实现射频短路，那么应该使用低阻线，而且最好是使用扇形枝节。

11、平面对上单位面积的回路电感是33PHx 介质厚度(MIL)。

12、过孔的直径越大，它的扩散电感就越低。一个直径为25MIL 过孔的扩散电感约为50PH。

13、如果有一个出沙孔区域，当空闲面积占到50%时，将会使平面对间的回路电感增加25%。

14、铜的趋肤深度与频率的平方跟成反比。1GHZ 时，其为2UM。所以，10MHZ 时，铜的趋肤是20UM。

15、在50 欧姆的1 盎司铜传输线中，当频率约高于50MHZ 时，单位长度回路电感为一常数。这说明在频率高于50MHZ 时，特性阻抗时一常数。

16、铜中电子的速度极慢，相当于蚂蚁的速度，也就是1CM/S。

17、信号在空气中的速度约是12IN/NS。大多数聚合材料中的信号速度约为6IN/NS。

18、大多数辗压材料中，线延迟1/V 约是170PS/IN。

19、信号的空间延伸等于上升时间X 速度，即RTx6IN/NS。

20、传输线的特性阻抗与单位长度电容成反比。

21、 FR4 中，所有50 欧姆传输线的单位长度电容约为3.3PF/IN。

22、 FR4 中，所有50 欧姆传输线的单位长度电感约为8.3NH/IN。

23、对于FR4 中的50 欧姆微带线，其介质厚度约是线宽的一半。

24、对于FR4 中的50 欧姆带状线，其平面间的间隔时信号线线宽的2倍。

25、在远小于信号的返回时间之内，传输线的阻抗就是特性阻抗。例如，当驱动一段3IN 长的50 欧姆传输线时，所有上升时间短与1NS 的驱动源在沿线传输并发生上升跳变时间内感受到的就是50 欧姆恒定负载。

26、一段传输线的总电容和时延的关系为C=TD/Z0。

27、一段传输线的总回路电感和时延的关系为L=TDxZ0。

28、如果50 欧姆微带线中的返回路径宽度与信号线宽相等，则其特性阻抗比返回路径无限宽时的特性阻抗高20%。

29、如果50 欧姆微带线中的返回路径宽度至少时信号线宽的3 倍，则其特性阻抗与返回路径无限宽时的特性阻抗的偏差小于1%。

30、布线的厚度可以影响特性阻抗，厚度增加1MIL,阻抗就减少2欧姆。

31、微带线定部的阻焊厚度会使特性阻抗减小，厚度增加1MIL,阻抗减少2欧姆。

32、为了得到精确的集总电路近似，在每个上升时间的空间延伸里至少需要有3.5 个LC 节。

33、单节LC 模型的带宽是0.1/TD。

34、如果传输线时延比信号上升时间的20%短，就不需要对传输线进行端接。

35、在50 欧姆系统中，5 欧姆的阻抗变化引起的反射系数是5%。

36、保持所有的突变(IN)尽量短于上升时间(NS)的量值。

37、远端容性负载会增加信号的上升时间。10-90 上升时间约是(100xC)PS,其中C 的单位是PF。

38、如果突变的电容小于0.004XRT,则可能不会产生问题。

39、 50 欧姆传输线中拐角的电容(Ff)是线宽(MIL)的2 倍。

40、容性突变会使50%点的时延约增加0.5XZ0XC。

41、如果突变的电感(NH)小于上升时间(NS)的10 倍，则不会产生问题。

42、对上升时间少于1NS 的信号，回路电感约为10NH 的轴向引脚电阻可能会产生较多的反射噪声，这时可换成片式电阻。

43、在50 欧姆系统中，需要用4PF 电容来补偿10NH 的电感。

44、 1GHZ 时，1 盎司铜线的电阻约是其在DC 状态下电阻的15 倍。

45、 1GHZ 时，8MIL 宽的线条的电阻产生的衰减与介质此材料产生的衰减相当，并且介质材料产生的衰减随着频率变化得更快。

46、对于3MIL或更宽的线条而言，低损耗状态全是发生在10MHZ频率以上。在低损耗状态时，特性阻抗以及信号速度与损耗和频率无关。在常见的级互连中不存在由损耗引起的色散现象。

47、 -3DB 衰减相当于初始信号功率减小到50%，初始电压幅度减小到70%。

48、 -20DB 衰减相当于初始信号功率减小到1%，初始电压幅度减小到10%。

49、当处于趋肤效应状态时，信号路径与返回路径的单位长度串联约是(8/W)Xsqrt(f)(其中线宽W:MIL;频率F:GHZ)。

50、 50 欧姆的传输线中，由导体产生的单位长度衰减约是36/(Wz0)DB/IN。