Diseño de una guía de ondas coplanar de 50 Ω en FR4 de 1,6 mm

Estoy tratando de diseñar una guía de onda coplanar de 50Ω para conectar la salida de un módulo LoRa a una antena de metal SMD. Las dos imágenes a continuación muestran la capa superior (roja) y la capa inferior (azul). Las vías son verdes y ambos vertidos de cobre están conectados a tierra. C7, C9, C10 son componentes de ajuste: no todos serán tapas y no todos se instalarán en el diseño final.

Vista de la capa superior de la guía de onda coplanar

Vista de la capa inferior de la guía de onda coplanar

El grosor de la placa es de 1,6 mm, el dieléctrico es FR4 (que sé que no es ideal y no especifica el rendimiento exacto; la reducción de costos es importante para este diseño). El ancho de la pista de alimentación es de 1,5 mm, el espacio entre la pista de alimentación y el vertido de cobre es de 0,3 mm y el grosor del cobre es de 35 um. Las frecuencias operativas son nominalmente 868 MHz y 915 MHz.

¿Parece que tiene dimensiones razonables para una alimentación de 50 Ω? Utilicé algunas calculadoras en línea diferentes (cada una de las cuales con diversos grados de control variable) y parecía estar cerca, pero no tengo experiencia en ningún trabajo de RF, así que quería pasarlo por algunos ojos más experimentados. También sería bienvenido cualquier comentario general sobre el diseño de la sección de RF.

EDITAR: Siguiendo los comentarios de @ThePhoton, he cambiado ligeramente la alimentación de la antena; vea la imagen de cobre superior actualizada a continuación:

Vista actualizada de la capa de cobre superior

La primera calculadora que probé da 52 ohmios para tu geometría. Pero esa ruptura en la ruta de retorno debido al pad 4 de la antena parece un problema.
Gracias @ThePhoton. ¿Recomendaría bajar un poco el rastro de alimentación debajo de la almohadilla 4 para permitir que se llene el vertido de cobre?
Sí, idealmente obtenga al menos ~ 1 mm de cobre allí. Tal vez voltee C7 para que sea más fácil ajustar el trazo.
Gracias @ThePhoton, lo implementará ahora. ¡Justo el tipo de evaluación que necesitaba!
Agregué una imagen de diseño actualizada siguiendo su consejo, @ThePhoton. ¿Algún comentario adicional?
Pregunta tonta: ¿puedes girar la antena 180°?
Aparentemente, la orientación ideal tiene alimentación más cercana a la esquina de PCB. Ver p.5 aquí
¿Qué es esto? ¿Un tablero para ANT?
@pipe debe ser al menos... ¡3 veces más grande!
Tenga en cuenta el efecto llamado "sobregrabado": sin corrección, las dimensiones fabricadas para los trazos serán más pequeñas y los espacios serán más grandes. Además, las propiedades dieléctricas pueden variar. Debe especificar "impedancia controlada" a su fabricante de PCB, es posible que apliquen un factor de corrección a Gerbers y tengan más cuidado con las propiedades de la resina dieléctrica.

Respuestas (2)

El ancho y el espaciado de su trazo se calculan como un trazo de 50 ohmios en un par de calculadoras que verifiqué, por lo que debería estar bien.

Pero veo un par de otros problemas que debe tener en cuenta:

  • En el diseño original, la ruta de retorno está interrumpida debido al recorte alrededor de la almohadilla 4 de la antena.

  • Como se muestra en la nota de la aplicación del proveedor, la red correspondiente debe estar lo más cerca posible del punto de alimentación de la antena. La antena está diseñada con mucho espacio para que quepan los componentes debajo de ella. Cómo convencer a su herramienta CAD para que permita esto sin un error de DRC, no lo sé.

  • Como se muestra en la nota de la aplicación del proveedor, el suelo debajo del componente de la antena debe ser sólido. Esto significa que el trazo debe moverse a una capa interna o al lado posterior del tablero.

  • Con la red coincidente colocada debajo de la antena (según las recomendaciones del proveedor), es posible que deba retirar la antena para ajustar la red coincidente durante la sintonización. Dada la gran masa térmica de la antena y las almohadillas no conectadas en las que se monta, es probable que las almohadillas se levanten cuando intente hacer eso. Esté preparado para descartar varios tableros si tiene que ajustar esa red coincidente.

Gracias por estas observaciones. Habiendo contactado al proveedor, tener la red de coincidencia ligeramente fuera de la antena disminuye el rendimiento, pero no dramáticamente (no dieron cifras). También afirman que este efecto es menos pronunciado para líneas de alimentación más cortas. Verificaré dos veces con ellos sobre: ​​enrutar el rastro en el lado opuesto del tablero. ¡Gracias!
Para aquellos que me siguen, tuve la oportunidad de mostrar este diseño al vendedor. Están contentos con el trazo en la capa superior; dicen que esto no debería causar ningún problema.

El CPW conectado a tierra debe tener la mayoría de los campos entre los dos conductores, pero es posible que su antena interfiera si la coloca encima de la línea CPW. Recuerde que para la impedancia de la línea CPW, no solo importa la placa, sino también el espacio sobre la CPW (poner algo encima arruinará la impedancia). ¿Hay alguna forma de enrutar la señal al otro lado de la antena?

Además, actualmente tiene vías para conectar a tierra sus conductores externos de la línea CPW, lo cual es bueno. Sin embargo, intente agregar más o mantenerlos simétricos al conductor central. La simetría es clave en el desempeño de la línea CPW aquí. También asegúrese de que haya una vía alrededor de los extremos de la línea. Ya tiene vías en la tierra de esos capacitores, pero también agregue una donde comience la siguiente línea CPW, para asegurarse de tener una buena tierra en ese punto de inicio.

Gracias. No me di cuenta de que la simetría de las vías era fundamental para el rendimiento.
Diseño de una guía de ondas coplanar de 50 Ω en FR4 de 1,6 mm
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