chap4(2) protel

2009/11/175,全反射现象1) 电磁波从折射率小的介质入 射到折射率高的介质分解面时, 反射波位相变化ε cos θ ε 2 cos θ ' ' E0 ⊥ ' = 1 E0 ⊥ ε 1 cos θ + ε 2 cos θ ' 's 偏振 (E⊥ )rr E2 ' 'r k2 ' 'r E1 r k1r E1 ' r k1 'ε 2 cos θ ε 1 cos θ ' ' E0 // ' = E0 // ε 2 cos θ + ε 1 cos θ ' 'p 偏振 (E // )rr E2 '' r E1r k1r k2 ''r E1 ' r k1 '12009/11/17p 偏振:r E2 '' r E1 r k1r k2 ''ε 2 cos θ ε 1 cos θ ' ' E0 // ' = E0 // ε 2 cos θ + ε 1 cos θ ' 'r E1 ' r k1 'ε cos θ ε 1 cos θ ' ' E0 // ' = 2 E0 // ε 2 cos θ + ε 1 cos θ ' 'r k1r E2 '' r E1r k2 ''r E1 'r k1 '假设: n1 = 1.00, n2 = 1.42 (n1 < n2 )r E2 ' ' r E1 r k1r E2 '' r E1 r k1 r E1 ' r k1 'r k2 ' 'θBr E1 ' r k1 'r k2 '' 此时,对于s 偏振,反射波的电场与入射波的电 场始终反向——电磁波反射过程中的半波损失 半波损失.22009/11/17n1 sin θ = n2 sin θ ' '2)电磁波从折射率高的介质入射到折射率低 的介质分解面时,发生全反射现象.θ ''2r k1θr 1 k1 '(n2 < n1 )假设:n1 = 1.42, n2 = 1.00假设: n1 = 1.42, n2 = 1.00r E2 ' 'r E1 r k1 r k2 ' 'r E1 ' r k1 'ε cos θ ε 2 cos θ ' ' E0 ⊥ ' = 1 E0 ⊥ ε 1 cos θ + ε 2 cos θ ' 'r E2 '' r E1 r k1r k2 ''r E1 'r k1 'ε cos θ ε 1 cos θ ' ' E0 // ' = 2 E0 // ε 2 cos θ + ε 1 cos θ ' '32009/11/17θCθBθC90 80 70 60θ'' (deg gree)21θ ''θr k2 ' ' r k1 '50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40θ (degree)r 玻璃 k1θC50发现:当 θ = θ c 时, "= 90 o θ42009/11/17(n2 < n1 )1)定义临界角:θ ''2r k1θcr 1 k1 'sin θ c = n21n1 sin θ = n2 sin θ ' '① 当 θ > θ c 时 sin θ ' ' > 1 时, ② 在 θ > θ c 时,θ''已失去它作为几何上角度的解释.2)全反射情况下的反射波52009/11/17当θ > θ c 时, sin θ ' ' > 1ε cos θ ε 2 cos θ ' ' E0 ⊥ ' = 1 E0 ⊥ ε 1 cos θ + ε 2 cos θ ' 'sin θ ' ' = sin θ n21 (> 1)cos θ ' ' = 1 sin 2 θ ' 'E0 // ' n cos θ n1 cos θ ' ' = 2 E0 // n2 cos θ + n1 cos θ ' ' sin θ =i n21 1 22 2 E0⊥ ' cos θ i sin θ n21 = 2 E0⊥ cos θ + i sin 2 θ n212 2 n21 cos θ i sin 2 θ n21 E0 // ' = 2 2 E0 // n21 cos θ + i sin 2 θ n21Both complex beyond the critical angle!θCθC62009/11/172 2 E0⊥ ' cos θ i sin θ n21 = 2 E0⊥ cos θ + i sin 2 θ n212 2 2 E0 // ' n21 cos θ i sin θ n21 = 2 2 E0 // n21 cos θ + i sin 2 θ n21可以验证:当θ > θ c 时,E0 ⊥ ' =1 E0 ⊥E0 // ' =1 E0 //在全反射条件下: ① 对于任意偏振,都存在全反射; ② 反射波与入射波具有相同的振幅,但存在 一定的位相差; ③ 反射波的平均能流密度等于入射波的平均 能流密度.72009/11/173)全反射情况的折射波① 介质 2 中的折射波数:k2 x 2k 2 ' ' n2 = k1 n1 k 2 ' ' = n21k1②r k1θ(θ ≥ θ c )r k1 '1在全反射的情况下,波矢分量边值关系仍然 在全反射的情况下 波矢分量边值关系仍然 成立 k 2 x ' ' = k1 x = k1 sin θ82009/11/17k 2 ' ' = n21k1③ 全反射的折射波矢 z 分量:k2 z ' ' =k 2 x ' ' = k1 x = k1 sin θ(k 2 ' ' )2 (k2 x ' ' )22 = k12 n21 k12 sin 2 θ 2 = ik1 sin 2 θ n21k2 x 2(一个纯虚数) 定义: k 2 z ' ' = iκ2 κ = k1 sin 2 θ n21r k1θ(θ ≥ θ c )r k1 '1k 2 z ' ' = iκ④全反射的折射波成为一表面波r r r r r E ' ' (x , t ) = E0 ' ' exp i k 2 ' ' x ω ' ' t2 κ = k1 sin 2 θ n21[()]r r k 2 ' ' x = k 2 x ' ' x + k 2 z ' ' zr r r E ' ' ( x , t ) = E0 ' ' exp ( κz ) exp[i(k 2 x ' ' x ωt )]r r r E ' ' ( x , t ) = E0 ' ' e κz e i (k 2 x '' x ωt )92009/11/17zr r E ' ' (x , t )r = E0 ' ' e κz e i (k 2 x '' x ωt ) 它表示沿 x方向传播,振 幅沿 z 轴衰减的时谐波;2 1 r θ k1xr k1 '(θ ≥ θ c )这种时谐波只存在于界面附近 簿层内,该簿 这种时谐波只存在于界面附近一簿层内,该簿 层的厚度在1~2个λ的线度内. 全反射时的折射波为表面波. 全反射时的折射波为表面波.r r r E ' ' ( x , t ) = E0 ' ' exp ( κz ) exp [i(k 2 x ' ' x ωt )]102009/11/174)折射波的能流密度假设入射波的电场垂直于入射面,即S偏振情形2r E2 ' 'r k2 x ' 'r r r B = (1 ω )k × Ex1 r E1 r k1θr E1 ' r k1 'r k = (k x ,0, k z ) r E ' ' = 0, E '' ,0()折射波: E ' ' ( x , t ) = E0 ' ' e κz e i (k 2 x '' x ωt ) e yrr()r112009/11/17r r r E ' ' ( x , t ) = E0 ' ' e κz e i (k 2 x '' x ωt ) e y()r r r B = (1 ω )k × EB2 z ' ' = 1k 2 ' ' = ω μ 2ε 2ωk 2 x ' ' E2 ' 'k 2 x ' ' = k1 sin θB2 x ' ' = 1ωk 2 z ' ' E2 ' 'k 2 ' ' = n21k1B2 z ' ' =k 2 ' ' sin θ E '' ω n21 2= μ 2ε 2sin θ E2 ' ' n21B2 x ' ' = 1ωk 2 z ' ' E2 ' '2 k 2 z ' ' = ik1 sin 2 θ n21B2 x ' ' = i1ω2 k1 sin 2 θ n21 E 2 ' '= i k1n21 sin 2 θ 2 1 E 2 ' ' n ω 21 k 2 ' ' n2 = k1 n1= i k 2 ' ' sin 2 θ 2 1 E 2 ' ' n ω 21 122009/11/17z2 1 r E1 r k1r r r E ' ' (x , t ) = E0 ' ' e κz e i (k 2 x '' x ωt ) e y()r E2 ' 'r k2 x ' 'xB2 x ' ' = iθr E1 ' r k1 'k 2 ' ' sin 2 θ 1 E2 ' ' 2 n21 ωsin θ E2 ' ' n21B2 z ' ' = μ 2ε 2r r r 介质 2 中的能流密度: S = E × H()S 2 x = E2 ' ' H 2 z =1μ2E2 ' ' B2 z ' '须取其实部S 2 z = E2 ' ' H 2 x = 1μ2E2 ' ' B2 x ' 'Re(B2 z ' ') = μ 2ε 2sin θ Re (E2 ' ') n21B2 z ' ' = μ2ε 2sin θ E2 ' ' n21Re (B2 x ' ') =k 2 ' ' sin 2 θ 1 Im(E2 ' ') 2 ω n21B2 x ' ' = ik 2 ' ' sin 2 θ 1 E2 ' ' 2 ω n21r r r E ' ' ( x , t ) = E0 ' ' e κz e i (k 2 x '' x ωt ) e y()S2 x ==1μ2Re (E2 ' ' ) Re (B2 z ' ' ) =1μ2μ2ε 2sin θ (Re E2 ' ')2 n21ε 2 sin θ i (E0 ' ')2 e 2κz cos 2 (k 2 x ' ' x ωt ) μ 2 n211 2=ε 2 sin θ (E0 ' ')2 e 2κz {1 + cos[2(k 2 x ' ' x ωt )]} μ 2 n21132009/11/17S 2x =1 2ε 2 sin θ (E0 ' ')2 e 2κz {1 + cos[2(k2 x ' ' x ωt )]} μ2 n211 2S2x =ε 2 sin θ (E0 ' ')2 e 2κz μ 2 n212S2 xxr E1 r k11θr E1 ' r k1 'r r r E ' ' ( x , t ) = E0 ' ' e κz e i (k 2 x '' x ωt ) e y()Re (B2 x ' ') =沿 z 轴的能流S 2 z = (1 μ 2 ) Re (E2 ' ') Re (B2 x ' ')k 2 ' ' sin 2 θ 1 Im(E2 ' ') 2 n21 ω 1 k 2 ' ' sin 2 θ 2 1 e 2κz (E0 ' ' )2 = μ2 ω n21 sin (k 2 x ' ' x ωt ) cos (k 2 x ' ' x ωt ) sin 2 θ k '' 2 = 2 (E0 ' ') e 2κz 2 1 sin [2(k 2 x ' ' x ωt )] n 2 μ 2ω 21 1212142009/11/17xr k1 r E1θr E1 ' r k1 '12S2z sin 2 θ k '' 2 = 2 (E0 ' ') e 2κz 2 1 sin [2(k 2 x ' ' x ωt )] n 2 μ 2ω 21 沿 z 轴能流的平均值:S2z = 0在全反射条件下, ① 折射波介质 2 的表面存在电磁波 则其中 的表面存在电磁波,则其中 存在能流; ② 平均能流密度存在沿分界面的分量; ③ 沿面法线方向而透入第二介质的平均能流 密度为零. 密度为零15。

5 PROTEL印刷电路板PCB的设计5．1 Protel简介Protel是由始建于1985年的Protel Technology公司开发的、功能强大的电子电路设计软件，历经Protel For Dos、Protel 98 Protel 99和Protel 99SE 等版本，现今流行的最新版本是Altium公司于2002年推出的Protel DXP。

Protel DXP主要应用于电子电路设计与仿真、印刷电路板设计以及大规模可编程逻辑器件的设计，它是第一个将所有器件集于一身，完成电路原理图到最终印刷电路板设计全过程的应用型软件。

同时，Protel DXP将项目管理方式、SCH图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓扑自动布线以及电路防真等技术进行了完美的结合，成为当今最为流行的电路设计制板软件。

5．2 原理图绘制原理图设计是整个电路设计的基础，它的好坏决定了后面工作的进展，设计原理图一般有以下步骤：1.启动protel DXP:双击桌面上的Protel DXP快捷键即可启动，启动画面如图5.1示：图5.1Protel DXP启动画面2.创建新的电路原理图启动Protel DXP后，用户这时可以通过在图5、1中执行File-New-Schematic 命令来创建新的电路原理图3.设置原理图环境：通过执行File-New-Schematic命令创建如图5、2所示的电路原理图编辑器:图5.2原理图环境设置图4.设计图纸参数：绘图之前必须根据实际情况和电路的复杂程度来设置图纸的大小以有利于电路图的绘制和打印。

具体操作为：执行 Design-Options命令或在原理图编辑器的工作区中单击鼠标右键，再选择Document Option命令，将出现如图5.3所示对话框。

图5.3图纸参数设置对话框在该对话框中用户可以对图纸大小、方向、标题栏及图纸栅格、系统字体和文档组织形式等进行相关设置。

5.绘制电路原理图(1)放置元器件：用户根据绘图所需从系统提供的元器件库里取出所需具体元器件然后放到工作平面上(2)连接元器件：利用绘制导线工具来连接元器件间的引脚结合本设计设计思想可以绘制出如图5.4所示电路原理图：v图5.4电路设计原理总图(3)放置网络标号：单击网络标号工具，放置网络标号，在放置过程中，单击Tab键在弹出的对话框中设置网络标号的属性，如图5.5示图5.5网络标号属性设置对话框6.打印电路原理图：执行File-Print命令即可打印输出电路原理图。

图5 — 14 PCB 板设计流程图1 ．设计原理图这是设计 PCB 电路的第一步，就是利用原理图设计工具先绘制好原理图文件。

如果在电路图很简单的情况下，也可以跳过这一步直接进人PCB 电路设计步骤，进行手工布线或自动布线。

2 ．定义组件封装原理图设计完成后，组件的封装有可能被遗漏或有错误。

正确加入网表后，系统会自动地为大多数组件提供封装。

但是对于用户自己设计的组件或者是某些特殊组件必须由用户自己定义或修改组件的封装。

3 ． PCB 图纸的基本设置这一步用于 PCB 图纸进行各种设计，主要有：设定 PCB 电路板的结构及尺寸，板层数目，通孔的类型，网格的大小等，既可以用系统提供的PCB 设计模板进行设计，也可以手动设计 PCB 板。

4 ．生成网表和载入网表网表是电路原理图和印刷电路板设计的接口，只有将网表引人PCB 系统后，才能进行电路板的自动布线。

在设计好的 PCB 板上生成网表和加载网表，必须保证产生的网表已没有任何错误，其所有组件能够很好的加载到PCB 板中。

加载网表后系统将产生一个内部的网表，形成飞线。

组件布局是由电路原理图根据网表转换成的 PCB 图，一般组件布局都不很规则，甚至有的相互重迭，因此必须将组件进行重新布局。

组件布局的合理性将影响到布线的质量。

在进行单面板设计时，如果组件布局不合理将无法完成布线操作。

在进行对于双面板等设计时，如果组件布局不合理，布线时。

将会放置很多过孔，使电路板走线变得复杂。

5 ．布线规则设置飞线设置好后，在实际布线之前，要进行布线规则的设置，这是 PCB 板设计所必须的一步。

在这里用户要定义布线的各种规则，比如安全距离、导线宽度等。

6 ．自动布线Altium Designer 6.0 提供了强大的自动布线功能，在设置好布线规则之后，可以用系统提供的自动布线功能进行自动布线。

只要设置的布线规则正确、组件布局合理，一般都可以成功完成自动布线。

7 ．手动布线在自动布线结束后，有可能因为组件布局或别的原因，自动布线无法完全解决问题或产生布线冲突时，即需要进行手动布线加以设置或调整。