为什么面包板不适合高频电路？

 

一、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，面面包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。

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二、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。

▲ 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。

▲ 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。

▲ 小型面包板

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三、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。

▲ 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。

▲ 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。

▲ 直接相连所得到频谱图

▲ 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）。

▲ 通过面包板直接连接

此时对应的DSA815测量的频谱特性为：

▲ 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.

▲ 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

• 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。

▲ 底线信号对应的输出频谱曲线

• 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：

▲ 信号线相连，底线分开使得频谱

• 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。

▲ 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。

▲ 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。

▲ 相距不同距离输入输出之间的耦合频谱

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四、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。