Coincidencia de línea de transmisión de RF

Estoy diseñando una placa que contiene un módulo LTE. Estoy un poco confundido sobre el diseño de la traza entre el módulo y la antena.

Por lo que sé, necesito hacer coincidir estos:

  • Impedancia de salida de antena del módulo
  • Impedancia característica de la línea de transmisión
  • Impedancia de antena

La impedancia del módulo y la antena se indican como 50 ohmios en sus documentos. En ese caso, necesito diseñar una línea de transmisión que tenga una impedancia característica de 50 ohmios.

Estoy planeando usar una guía de ondas coplanar con una capa de tierra inferior como línea de transmisión. (Tablero de 2 capas, altura del tablero de 1,6 mm) Probé un par de calculadoras en línea y Appcad para calcular los valores del ancho y el espaciado del trazo para obtener una impedancia de 50 ohmios. No pude encontrar ningún valor adecuado para mi diseño debido a los anchos de las almohadillas de otros componentes y las restricciones del proceso de fabricación.

¿Hay alguna forma de hacer coincidir esta impedancia característica con componentes externos, como la red de coincidencia pi? ¿O solo está relacionado con el ancho y el espaciado de la traza (también el grosor dieléctrico, el grosor del cobre, etc.)

Traté de hacer un diseño adaptable. Agregué una red pi para que coincida con la impedancia de la línea de transmisión (?). Agregué un filtro de paso alto recomendado por el fabricante del módulo. También agregué un conector uFL adicional para conectar VNA. ¿Es una buena manera de hacer eso?

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¿En qué banda de frecuencia estás operando?
@ThePhoton Es un módulo NB-IoT. Por lo tanto, la frecuencia variará según la región o el proveedor de servicios. Parece que existen 2 rangos de frecuencia principales, 700-900 y 1700-1900 MHz.

Respuestas (1)

Es ideal cuando el ancho del trazo termina siendo el mismo que el de su pad porque el pad simplemente funciona como una extensión de la línea de transmisión. Sin embargo, en la mayoría de los casos esto no es posible, pero no te asustes porque este no es el fin del mundo. Cuando el pad es mucho más ancho que la traza de 50 Ω, es una buena idea tener un vacío en los planos de tierra inmediatamente debajo del pad para reducir la capacitancia parásita representada por el pad y la GND debajo. El módulo y el fabricante de la antena (supongo que está usando una antena de chip) deberían brindarle orientación sobre qué hacer.

Habiendo dicho eso, simplemente use una línea de transmisión microstrip de 50 Ω con el ancho que calculó en función de la altura dieléctrica y la constante dieléctrica que tiene. Usaría un espacio libre para GND en la capa superior de al menos dos veces el ancho del trazo. Es muy importante que coloque las vías GND debajo de las almohadillas GND al lado de la almohadilla de alimentación de la antena del módulo. Lo mismo para las almohadillas GND de su antena (supongo que está usando una antena de chip).

No recomiendo agregar una red coincidente con el fin de compensar la presencia de una línea de transmisión que no sea de 50 Ω. El problema es que la coincidencia será de banda estrecha y necesita que funcione correctamente en un amplio rango de frecuencias. Habiendo dicho eso, siempre es una buena idea tener una provisión para la adaptación de la impedancia de la antena (en lugar de la compensación de la impedancia de la línea de transmisión). Mantendría la red pi justo al lado de la antena que ya tienes. Sin embargo, mantendría los componentes de derivación un poco más cerca del componente en serie. No puedo decir qué tamaño de componente está usando; usaría 0201 (para que tenga una gama más amplia de valores de componentes por debajo de la frecuencia de resonancia propia que puede usar).

Gracias por la respuesta. La antena que planeo usar es Taoglas Cyclone FXUB64.18.0150A. Esta es una antena PCB flexible con terminación uFL. Voy a tener en cuenta para ajustar el ancho de terminación con pad de antena. ¿Está bien si uso una forma trapezoidal en la terminación? Entonces, ¿está diciendo que si el ancho de mi trazo es de 0,6 mm, necesito tener un espacio libre de 1,2 mm con el plano GND que está a la izquierda y a la derecha del trazo de la antena, verdad? ¿Se está convirtiendo en una línea microstrip de esa manera? Entonces, ¿básicamente dijiste que necesito enrutar mientras calculo para obtener una impedancia de línea de transmisión de 50 ohmios?
Ya veo, vas a tener un conector al final del rastro. En este caso, un consejo adicional que tengo es mantener la traza corta ya que la pérdida (por unidad de longitud) en la traza de PCB es mayor que la pérdida en el cable microcoaxial de la antena. Al observar la curva de pérdida de retorno de la antena, puede ver que es una banda bastante estrecha en frecuencias más bajas. Puede estar bien usando la antena tal como está, o puede que tenga que agregar algunas coincidencias para sacar la resonancia de 750 MHz un poco más alta en frecuencia. Un analizador de redes vectoriales sería útil para eso.
En la terminación del lado del conector, anularía la GND debajo de la almohadilla del conector; en el lado del módulo, no me preocuparía demasiado. La forma trapezoidal debería estar bien en ambos casos. Sí, mantener una holgura de ~2w asegurará que la impedancia que obtenga esté cerca de lo que calculó usando un modelo de microcinta, que es lo que recomiendo usar. Los diseños coplanares no son típicos en casos como este. Sí, diséñelo como 50 Ω porque tanto su módulo como la antena esperan ver esa impedancia.
gracias. Tendré en cuenta tus consejos.
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