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为什么面包板不适合高频电路

【导读】面包板是进行一些电子线路实验构建电路方便的平台。多用于普通数字电路和模拟电路。一旦涉及到高频电路,面包板就有很多方面不太适合了。那么到底哪方面不适合?对于高频信号在面包板上的表现形式到底如何?下面通过一些简单的测试来回答这个问题。

01为什么在面包板上玩射频?

方便,当然还是方便。面包板是进行一些电子线路实验构建电路方便的平台。多用于普通数字电路和模拟电路。一旦涉及到高频电路,面包板就有很多方面不太适合了。

那么到底哪方面不适合?对于高频信号在面包板上的表现形式到底如何?下面通过一些简单的测试来回答这个问题。

02实验器材

实验器材包括有以下几个方面:

1.频谱仪

这里使用了一台DSA815频谱仪,它具有“Trace”功能,可以用于测量一些系统的频率特性。

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▲ DSA815频谱仪

DSA815还有具有联网功能,可以通过网络读取它的数据,这样便于分析。比如下面就是从DSA815读取的数据通过Python绘制的频谱图。

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▲ DSA815读取的数据

2.面包板

测试的面包板就是下面这种普通的使用所使用的面包板。

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▲ 小型面包板

03初步信号测试

1.DSA815输出信号

设置DSA815 TG输出0dbm信号。在它的TG输出端口增加50Ω的电阻负载。使用示波器测量50Ω上的波形。此时设置频率范围是:10~150MHz。

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▲ TG输出信号施加在51Ω负载电阻,使用示波器测量输出信号波形

输出波形的峰峰值(指的是中间高频部分,不包括非常低频的那部分的突出峰值)为532mV。

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▲ 测量TG输出电压波形

根据信号的峰峰值Vpp=0.532V,可以算出此时的其他参数:

● 信号的峰峰值 Vpp = 0.532V;

● 信号的有效值 Vrsm = Vpp/2/sqrt(2) = 0.188V

● 信号在50Ω上的功率 P50=0.708mW

● 输出功率的dBm:PdDm = log10(P50*1000)*10 = -1.5

2.频谱仪TG输出与输入在面包板上相连

将DSA815的TG输出如输入端口通过直插线在面包板上相连,看一下他们之间的耦合信号的情况。

(1)通过同轴电缆连接器直接相连

这种情况反映了DSA815本身在TG输出信号的频谱。

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▲ 直接相连所得到频谱图

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▲ 输出与输出通过同轴电缆连接器直接相连的频谱

(2)通过面包板直接相连

通过连接线将射频信号在面包板上相连。两个插针相距200mil(即两排插孔)。

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▲ 通过面包板直接连接

此时对应的DSA815测量的频谱特性为:

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▲ 直接相连下,频谱图

下面将两个曲线对比,会发现他们有区别但相差不超过2.5dBm.

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▲ 对比直接相连与在面包板上相连对应的频谱曲线

(3)在面包边上错位不相连

A. 底线相连

两个接头仅仅是底线相连,信号线左右分开。

下面的曲线表明,面包板上对于输入信号线在仅仅底线相连情况下,仍然有近-37dBm的功率耦合。

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▲ 底线信号对应的输出频谱曲线

B.信号线相连

仅仅将同轴电缆中的相连,底线分开。对应的信号功率频谱如下:

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▲ 信号线相连,底线分开使得频谱

C.信号线相距不同位置

将输入信号与输出信号在面包板上相距一定位置,测量他们之间的耦合关系。

下图是DSA815的输出与输出在面包板上相距21格是对应的位置。

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▲ 两个信号线在面包板上相距21格的位置

测量输入输出之间的耦合关系如下图所示。可以看出。面包板在不同的频率范围内对具有不同的耦合关系。在40MHz, 115MHz左右出现了两个峰值。而对于20MHz以内, 65MHz~90MHz,大于135MHz的频谱耦合强度就弱了。

由此可见,对于普通低于20MHz之内的电路实验,面包板还是可以提供非常优良的隔离绝缘环境的。

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▲ 在相距21格的位置,输入输出之间的频谱特性

下面是测量输入输出之间相距的距离(100mil为单位),每相差一格测量所对应的频谱曲线。从1到21 。距离越远,面包板的的信号耦合强度月底。

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▲ 相距不同距离输入输出之间的耦合频谱

04结论

对于在面包上所做的高频电路实验,需要克服的是面板版内的信号耦合问题。对于低于20MHzy以下的信号。在相距一格之内的射频耦合强度小于40dB。这对于大多数的数字和模拟线路实验都是允许的。

对于处在40MHz,110MHz左右的高频信号,班内的耦合强度很高。特别是在相距1格的情况下,对于40MHz左右的信号,相互之间耦合损耗只有10多个dB,这就有可能使得很多数字信号和模拟信号产生较大的干扰。

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