Mikrowellen-Technik - Unkonventionelle Methode der DIY Hochfrequenz-Leiterplatte

Leiterplatten sind für Massenprodukte definitiv unverzichtbar. Selbst Amateure können mit etwas Übung nahezu perfekte, wiederholbare Schaltungen herstellen. Darüber hinaus ist eine Leiterplatte mit einer guten Masseebene sehr wichtig für Hochfrequenzschaltungen, die mit Frequenzen über mehreren Megahertz arbeiten. Die Masseebene ist eine großflächige Kupferschicht, die als Niederinduktivitätsschleife zwischen den Komponenten in der Schaltung und der Stromversorgung fungiert. Es kann verhindern, dass parasitäre Kapazitäten hochfrequente Signale verfolgen, um Rauschen zu bilden. Wenn Ihnen eine Erdungsebene fehlt, erwarten Sie nicht, dass Hochfrequenzschaltungen mit Breadboards gut funktionieren, auch wenn sie richtig funktionieren. Aber im Vergleich zur Geschwindigkeit und Einfachheit der Herstellung von Schaltungen mit Breadboards hat die Verwendung von Leiterplatten, um Schaltungen schnell herzustellen, Nachteile. Sie können Ihre eigenen Leiterplatten schnell herstellen – solange Sie das Chaos und die Flecken auf Ihrer Kleidung nicht stören und bereit sind, Ihre eigenen zu bohren. Sie können auch Ihr eigenes Leiterplattenlayout an den Hersteller senden und ihn für Sie anfertigen lassen, aber es dauert mindestens ein paar Tage und der Preis ist sehr teuer.

Also begann ich darüber nachzudenken, ob es eine praktikable Alternative gibt, Hochfrequenz-Leiterplatten herzustellen, die leicht zu erkennen und zu modifizieren sind. In diesem Artikel zeige ich nur eines der Schlüsselbegriffe; Nachfolgende Strategien und Methoden werden in den nächsten Wochen auf der IEEE Spectrum Website bekannt gegeben. Es sollte gesagt werden, dass es hier keinen ursprünglichen Inhalt gibt: Ich habe nur einige Techniken verwendet, die seit Jahrzehnten vergessen wurden. Ich hatte nicht erwartet, dass sie im Zeitalter der Arbeitsfrequenzen von bis zu Gigahertz- und Oberflächenbauteilen sehr effektiv sind. Generell erfordert dieses Verfahren zunächst eine Standard-Leiterplatte mit unbehandelter Kupferfolie, in der Regel FR-4-Harz-Leiterplatte. Anstatt die Spule zu ätzen, verwenden Sie Drähte, um die Komponenten zu verbinden, so dass eine größere Masseebene übrig bleibt. Ich habe eine "Kammgeneratorschaltung" als Demonstration gemacht. Die Kammwellengeneratorschaltung kann eine Reihe von Oberschwingungen mit einem breiten Frequenzbereich und klaren Grenzen erzeugen. Die Frequenz, die ich gemacht habe, kann bis zu 1 Gigahertz erreichen. Es ist ein sehr nützliches Modul in einem Mikrowellensystem. Kern des Generators ist ein 74HC00 integrierter Schaltkreis mit 4-NAND-Logik-Gates. Das vom 25-MHz-Oberflächenmontagegerät erzeugte Signal erzeugt zwei leicht verzögerte Quadratwellensignale, nachdem zwei NAND-Gates in Reihe passiert sind. Diese Signale dringen in das letzte NAND-Gate ein, erzeugen schmale Impulse und bilden ein harmonisches Spektrum. Um die Schaltung herzustellen, teilte ich die Kupferschicht in zwei Teile auf, mit der Absicht, dass der kleinere Bereich oben als 5-Volt-Stromschiene dient, und der Rest eine Erdungsebene bildet. Um die beiden Bereiche zu isolieren, habe ich drei lange und dünne rechteckige Kupferfolien als Begrenzung der Stromschiene abgezogen. Verwenden Sie zuerst einen Schreiber, um die parallelen Linien zu markieren; Schließen Sie dann das Stahllineal an die parallele Linienmarkierung und schneiden Sie mit einem Cutter das Kupfer entlang der Stahlregel (erfordert beträchtliche Festigkeit, normalerweise mehrmals durchzuschneiden). Schließlich erhitzen Sie die Kupferfolie zwischen den parallelen Linien mit einem Lötkolben und schälen Sie jedes Stück Kupfer mit einer Pinzette ab. Die Leiterplatte ist in der Regel eine einzige Masseebene ohne Durchgangslöcher, also wie installiert man eine integrierte Schaltung? Biegen Sie den Erdungsstift der integrierten Schaltung zurück, damit er die Oberfläche berührt, und platzieren Sie dann den Erdungsstift in die richtige Position und löten Sie ihn mit der Erdungsebene. Biege die anderen Pins, um sie parallel zur Platine zu machen, und löte dann die Leitungen direkt an diese Pins. Da der integrierte Schaltkreis mit ausgestreckten Beinen wie ein Bug aussieht, wird diese Methode manchmal als "tote Bug"-Methode bezeichnet. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es einfacher ist, auf die Verbindungspunkte zuzugreifen als mit einer herkömmlichen Leiterplatte, und es ist einfacher, Oberflächenmontageteile zu löten. Darüber hinaus gibt es einen Bereich auf der Erdungsebene, um den Anschluss an den Kühlkörper des Leistungsreglers des Kammwellengenerators zu erleichtern. Durch kontinuierliches Abschneiden und Abziehen der Streifen aus der kupferplattierten Schicht kann ein isolierter Bereich in der Mitte der Platine als Verbindungspunkt zwischen Oberflächen- oder Durchgangssteckkomponenten entstehen. Die Kapazität zwischen diesem isolierten Bereich und dem Boden ist sehr gering. Ein weiterer Vorteil dieser Installationsmethode ist, dass leicht überprüft werden kann, ob der Hochfrequenzschalt tatsächlich wie vorgesehen funktioniert. Spektrumanalysatoren mit 500ohm Widerstandssonden (wie Tektronix P6056) sind für diese Art von Schaltungen sehr geeignet. Sie müssen nur den Schirm der Sonde in der Nähe des Prüfkreisknotens erden. Nachdem ich die Erdungsschutzschicht der Sonde mit dem oberen Pogo-Pin der Erdungsschutzschicht auf der Platine verbunden habe, kann ich erden, egal welchen Stift die Sonde daneben erkennt. (Wenn Sie keine P6056 oder ähnliche Sonde finden, können Sie eine selbst herstellen: Verbinden Sie einen 450-Ohm-Widerstand in Reihe mit einem 50-Ohm-Koaxialkabel, aber denken Sie daran, einen 50-Ohm-Anschluss auf der Analyseseite zu verwenden). Die mit diesen Methoden hergestellten Leiterplatten sind nicht immer sehr schön, aber wenn ich diese Techniken zur Herstellung von Mikrowellen-Hochfrequenz-Leiterplatten verwende, habe ich gute Ergebnisse erzielt. Sie können mir im Internet folgen, um mehr über die Methoden der oberirdischen Ebene zu erfahren, sowie über die Fähigkeiten, die meine Partner und ich bei der Herstellung von Hochfrequenzschaltungen verwendet haben.