5G天線PCB的發(fā)展歷史及展望(上)
印刷電路板(PCB)是由相互連接的電子元件組成的獨(dú)立模塊,從我們身邊日常使用的電子設(shè)備,如:手機(jī)、路由器、個(gè)人電腦到復(fù)雜的雷達(dá)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星上,都能找到它們的身影,只是它們靚麗的光芒被設(shè)備外殼給遮蓋住了,你那天才般的設(shè)計(jì)往往被用戶所忽視,直到設(shè)備出現(xiàn)故障或者需要功能擴(kuò)展,拆開(kāi)設(shè)備外殼的剎那才能領(lǐng)略它的美。
PCB史前時(shí)代
電子學(xué)的起源可以追溯到1897年,約瑟夫·湯姆森發(fā)現(xiàn)電子的存在,電子學(xué)是在早期的電磁學(xué)和電工學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在電子學(xué)誕生之前,人類對(duì)于電磁現(xiàn)象的研究已相當(dāng)深入。一系列物理定律已經(jīng)確立,如庫(kù)侖定律、安培定律、 歐姆定律、 楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等。
1831年6月13日,天降男神詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell,1831年6月13日-1879年11月5日)于英國(guó)愛(ài)丁堡的印度街14號(hào),麥克斯韋被普遍認(rèn)為是十九世紀(jì)物理學(xué)家中,對(duì)于二十世紀(jì)初物理學(xué)的巨大進(jìn)展影響最為巨大的一位。他在1864年發(fā)表的論文《電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論》中,集以往電磁學(xué)研究之大成,提出電場(chǎng)和磁場(chǎng)以波的形式以光速在空間中傳播,并提出光是引起同種介質(zhì)中電場(chǎng)和磁場(chǎng)中許多現(xiàn)象的電磁擾動(dòng),同時(shí)從理論上預(yù)測(cè)了電磁波的存在,將電、磁、光統(tǒng)歸為電磁場(chǎng)中現(xiàn)象,提出了著名的麥克斯韋方程組,建立了第一個(gè)完整的電磁學(xué)理論體系,為電磁學(xué)在生產(chǎn)生活中應(yīng)用奠定了強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)。
電磁學(xué)是現(xiàn)代科技生活最重要的學(xué)科,它的高速發(fā)展,將人類帶入了電氣時(shí)代和信息時(shí)代??梢哉f(shuō),沒(méi)有電磁學(xué)的發(fā)展,就沒(méi)有人類的現(xiàn)代文明;這一自然科學(xué)理論的成果,奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無(wú)線電工業(yè)的基礎(chǔ)。當(dāng)然,沒(méi)有麥克斯韋,也就沒(méi)有線路板,也就沒(méi)有PCB Layout這個(gè)行業(yè),可能現(xiàn)在的老wu還是村口賣豬肉的最靚的仔。
有了電磁學(xué)理論的支撐,人們對(duì)電磁學(xué)的利用也達(dá)到了一定的水平,有線電報(bào)和有線電話也相繼發(fā)明,并且有了橫貫美洲大陸的電報(bào)、電話線路和橫跨大西洋的海底電纜。亞歷山大-格雷厄姆-貝爾在1876年發(fā)明了電話,托馬斯-愛(ài)迪生1879年發(fā)明了白熾燈、尼古拉-特斯拉于1888年發(fā)明了電動(dòng)機(jī),所有這些,都為電子學(xué)的誕生準(zhǔn)備了充足的條件。
標(biāo)志著電子學(xué)誕生的兩個(gè)重大的歷史事件,一是愛(ài)迪生效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和關(guān)于電磁波存在的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
1883年,愛(ài)迪生在致力于延長(zhǎng)碳絲白熾燈的壽命時(shí),意外地發(fā)現(xiàn)了在燈絲與加有正電壓的電極間有電流流過(guò),電極為負(fù)時(shí)則無(wú)電流,這就是愛(ài)迪生效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了后來(lái)電子管的發(fā)明。
1887年,德國(guó)H.R.赫茲進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn),他用火花隙激勵(lì)一個(gè)環(huán)狀天線,用另一個(gè)帶縫隙的環(huán)狀天線接收,證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于電磁波存在的預(yù)言,這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了后來(lái)無(wú)線電報(bào)的發(fā)明。
無(wú)線電報(bào)的發(fā)明,是人類利用電磁波的第一個(gè)巨大成就,電子學(xué)從此開(kāi)始了一個(gè)研究和利用電磁波的極其興旺的時(shí)期。
電磁波是電子元器件之間互聯(lián)通信的基石,而電子管的發(fā)明,則催生了5G天線PCB誕生。
1897年德國(guó)科學(xué)家布朗(Braun)制造出第一個(gè)真空管(vacuum tube),之后電子學(xué)的真空管時(shí)期就此展開(kāi)?;旧?,布朗的真空管只是一個(gè)陰極射線管(Cathode Ray Tube)的雛型,功能并不大。
1904年,英國(guó)的弗萊明(John Fleming)發(fā)明了真空二極管(diode,當(dāng)時(shí)也稱作valve),是由一放射電子的加熱燈絲與接收電子的屏極所組成;當(dāng)屏極加入正電壓便會(huì)產(chǎn)生電流,加入負(fù)電壓便沒(méi)有電流產(chǎn)生。
到了1906年,德佛雷斯特(De Forest)在二極真空管內(nèi)加入柵極,發(fā)明了三極真空管(audion,或稱triode),可以控制電子的活動(dòng),使其具有放大信號(hào)與控制電量的強(qiáng)大功能,從而使得電子電路技術(shù)進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段,同時(shí)也推動(dòng)了無(wú)線電及其他電子行業(yè)的發(fā)展,這之后的20年中,各種電子設(shè)備不斷涌現(xiàn)出來(lái),德佛雷斯特也被譽(yù)為無(wú)線電之父”、“電視始祖”、“電子管之父”。
電子管是電子器件的第一代,在晶體管發(fā)明以前的近半個(gè)世紀(jì)里,電子管幾乎是各種電子設(shè)備中唯一可用的電子器件。電子學(xué)隨后取得的許多成就,如電視、雷達(dá)、計(jì)算機(jī)的發(fā)明,都是和電子管分不開(kāi)的。就是在固體電子學(xué)十分興旺的現(xiàn)代,以大功率電子管(特別是微波功率電子管)和電子束管為代表的真空電子學(xué)也仍然是一個(gè)活躍的領(lǐng)域。
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