Оптимизация RF-фидера при проектировании печатной платы

Примечание редактора:беспроводной дизайн может помешать осуществлению самых лучших планов по разработке подключенных устройств. В частности, неправильно спроектированный антенный фидер может быть трудно обнаружить до конца разработки во время тестирования. Вот вкус хорошей статьи от наших друзей из EEWeb, предлагающей более глубокий взгляд на подход, используемый для улучшения конструкции заземленного копланарного волновода RF-фидерной линии, необходимой для улучшения производительности Wi-Fi.

Недавно группе по обеспечению целостности сигналов в Arira Design было предложено перепроектировать существующую РЧ фидерную линию с заземленным копланарным волноводом на 5 ГГц, чтобы улучшить производительность подсистемы Wi-Fi на плате клиента. Измерения показали, что полное сопротивление фидерной линии составляет примерно 38 Ом.

До моделирования в исходной конструкции было обнаружено несколько проблем, в том числе:

• Неспособность учесть влияние паяльной маски на импеданс трассы

• Невозможность учесть протравливание печатной платы при вычислении импеданса трассы

• Неправильный вырез в соседней неопорной плоскости заземления

Была смоделирована существующая фидерная линия, после чего компланарная геометрия была улучшена на основе результатов моделирования для соответствия требованиям импеданса в 50 Ом. В результате клиент сообщил о значительном улучшении производительности Wi-Fi с новой печатной платой.

В этой статье обсуждается компланарная геометрия первоначального проекта печатной платы, эффекты трех элементов, упомянутых выше, и окончательная компланарная геометрия. Графики электронного поля показаны для различных компланарных конфигураций, чтобы проиллюстрировать намеренное и непреднамеренное взаимодействие, которое может происходить с заземленными копланарными конструкциями (предполагается, что читатель знаком с базовой структурой копланарных волноводов, или CPW, и заземленных копланарных волноводов, или GCPW).

Заземленные копланарные волноводы

Заземленные копланарные волноводы становятся все более распространенными в конструкциях печатных плат из-за повсеместного распространения интеграции Wi-Fi и Bluetooth на современных печатных платах. Некоторые из преимуществ GCPW перед традиционными микрополосковыми линиями передачи следующие:

• Меньшие потери:больше линий электронного поля проходит по воздуху, а не через материал печатной платы с потерями. Это может позволить использовать менее дорогие FR-4 для конструкций печатных плат, работающих на частоте 5 ГГц.

• Изоляция:линии GCPW обеспечивают большую изоляцию по сравнению с микрополосковой, поскольку линии поля более плотно ограничены.

• Гибкая геометрия:импеданс GCPW в основном определяется зазором между дорожкой и копланарной структурой заземления. Это обеспечивает большую гибкость в выборе ширины дорожек по сравнению с микрополосковыми линиями передачи.

• Потеря шероховатости нижней поверхности меди:ток в микрополосковых линиях имеет тенденцию концентрироваться вдоль нижней части трассы, где медь наиболее шероховатая. (для улучшения адгезии к диэлектрику). Правильно спроектированные линии передачи GCPW имеют тенденцию концентрировать ток на краях трассы, где поверхность более гладкая.

• Превосходное размещение компонентов с согласованием:для большинства каналов передачи данных Bluetooth или Wi-Fi RF требуются компоненты с последовательным и / или параллельным согласованием. Поскольку заземление GCPW непосредственно примыкает к трассе, параллельные компоненты могут быть установлены непосредственно между трассой и копланарной землей, что устраняет паразиты, связанные с переходными отверстиями.

Доступно множество инструментов для расчета импеданса структур GCPW, но бесплатные инструменты, доступные в Интернете, обычно имеют ограничения на типы структур, которые могут быть проанализированы. Базовые структуры обычно можно рассчитать, но эффекты почти медных структур обычно требуют электромагнитного моделирования для их правильного моделирования.