DIY高频电路板的非常规方法

不要误会——我非常喜欢印刷电路板（PCB）。印刷电路板对于批量生产的产品而言肯定是必不可少的。即便是业余爱好者，只要略经练习，也可以制作出几近完美的、可复验的电路。而且，带有良好接地层的印刷电路板对工作频率超过几兆赫的高频电路非常重要。接地层是一个大面积的敷铜层，充当电路中各元件与电源之间的低电感回路。它可以防止寄生电容拖尾高频信号形成噪声。如果缺少接地层，你就别指望用面包板制作的高频电路能运行良好了，哪怕是正常工作都无法保障。

但与用面包板制作电路的速度和简易程度相比，使用印刷电路板快速制作电路也有劣势。你可以迅速制作自己的印刷电路板——只要你不介意凌乱和衣服上沾染的污渍，并且愿意自己钻孔。你也可以把自己的印刷电路板布局寄给制作商，让他们帮你制作，但这样至少需要几天的时间，价格也很贵。

所以我开始思考，是否有可行的替代方案，方便制作者迅速制作易于检测和改装的高频电路板。本文中，我仅展示其中的一个关键概念；后续的策略和方法将在接下来几周内在IEEE Spectrum网站上公布。应当说这里并没有什么原创性的内容：我只是采用了一些被遗忘了几十年之久的工艺，没想到在工作频率高达千兆赫、表面贴装元件的时代，它们竟然非常有效。

大体上来说，这种方式首先需要一个铜箔未经处理的标准电路板，通常是FR-4树脂电路板。不用蚀刻线圈，而是用导线将各元件连接起来，留出较大的接地面。我制作了一个“梳状波发生器电路”作为演示。

梳状波发生器电路可产生一组频率范围广且边界清晰的谐波，我做的这款频率最高可达1千兆赫，是微波系统中十分有用的一个模块。发生器的核心是一个74HC00集成电路，含有4个“与非”（NAND）逻辑门。25兆赫的表面贴装发生器产生的信号，经过两个串联的与非门之后，会产生两个略有延迟的方波信号。这些信号进入最后一个与非门，产生窄脉冲，形成谐波谱。

为了制作电路，我将敷铜层分成了两块，打算让顶端较小的区域充当5伏电源导轨，其余部分则形成接地层。

为了隔离这两块区域，我剥离出3条细长的长方形铜箔，作为电源导轨的边界。先用划线器来标记平行线；然后，将钢尺紧贴平行线标记，用割刀沿钢尺将铜割透（需要相当大的力气，通常要好几次才能割透）。最后用烙铁加热平行线之间的铜箔，用镊子把每块铜片剥离。

电路板通常是没有通孔的单个接地层，那么，如何安装集成电路呢？向后弯曲集成电路的接地脚，使之接触表面，然后将接地脚放在恰当的位置，焊在接地层上。弯曲其他引脚，使之与板平行，然后直接把引线焊接在这些引脚上。由于集成电路看起来就像是虫子把腿伸了出来，所以这种方法有时也称为“死虫”法。这种方法的优点是，比使用传统印刷电路板更容易接近连接点，更易焊接表面贴装元件。另外，接地层上有一片区域，方便连接梳状波发生器的功率调节器散热块。

不断从敷铜层上割下、剥离条块，可在板的中部形成一片隔离区域，作为表面贴装或通孔插装元件间的连接点。这片隔离区域与地面之间的电容非常小。

这种安装方式的另一个优点是，可以很方便地检查高频电路是否确实在按照设计的方式运行。带有500欧姆电阻探针的频谱分析仪（如Tektronix P6056）非常适合这类电路，只需将探针的屏蔽层在测试电路节点附近接地即可。将探针的接地屏蔽层与板面接地屏蔽层的上弹簧针连接后，无论探针在旁边探测哪个脚，我都能接地。（如果找不到P6056或类似的探针，你可以自己做一个：将450欧的电阻与50欧的同轴电缆串联，但一定记得在分析仪端使用50欧姆的端子）。

这些方法产生的电路板并不总是非常美观，但我在使用这些技术制作微波电路时，取得了很好的效果。你可以在网上关注我，了解上述接地层方法的更多相关信息，以及我和伙伴们在制作高频电路过程中用到的技巧。