Plano de tierra para una antena de resorte GSM con PCB de 4 capas

Estamos buscando construir un dispositivo basado en 2G GSM con una antena de resorte helicoidal como esta.Antena de resorte GSM

El diseño del trabajo en progreso es como se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Estamos usando una PCB de 4 capas con una capa superior para señal, una capa interna para GND, una capa interna de 2 para alimentación y una capa inferior para señal. La antena se montaría en la capa inferior.

las preguntas que tengo son

  1. ¿Es mejor usar una guía de onda microstrip o coplanar o una guía de onda coplanar con plano de tierra para conectar la antena con una línea de 50 Ohm desde el módulo GSM?
  2. Para un patrón de antena casi omnidireccional, ¿cómo debería verse el vertido de cobre alrededor de la antena en las distintas capas? ¿Debo cubrir toda la PCB con vertido de cobre o debo cubrir solo cerca de la línea que conecta la antena? Si es más tarde, ¿a qué distancia de la línea que conecta la antena?
  3. Para Q1, ¿qué calculadora me recomendaría usar para calcular el ancho de la línea?
  4. En estas calculadoras, la altura desde el plano GND sería la distancia entre la capa superior y la primera capa interna con el plano GND según la acumulación, ¿verdad?

¡Gracias!

Respuestas (2)

  1. Microstrip es probablemente el más fácil, es decir, un plano de tierra continuo en una capa y la tira que lleva la señal de RF en otra capa. Ningún otro conductor por encima de la línea de señal, ni entre la línea de señal y el plano de tierra.

  2. Esa antena de "resorte" funciona de una manera que podría ser inesperada para los novatos en antenas. Lo considero un monopolo doblado y con carga superior. La radiación más fuerte se producirá en la sección recta y vertical, que tiene la corriente de RF más alta. La porción larga enrollada helicoidalmente sirve principalmente para hacer que la antena resuene. Al ser un monopolo, un plano de tierra es esencial para su desempeño e, idealmente, el plano de tierra debe extenderse al menos 1/4 de longitud de onda en todas las direcciones desde el punto de alimentación. Pero GSM opera en los rangos de 850-900 MHz y 1800-1900 MHz. Tendría que tener unos 8 cm de plano de tierra en todas las direcciones para satisfacer ese rango de frecuencia más bajo. Incluso con eso, la naturaleza doblada de esta antena hará que sea imposible obtener una omnidireccionalidad perfecta o una polarización vertical pura.

  3. Hay muchas calculadoras en la web. Encontré que este está bien.

  4. Sí, tienes la idea correcta para la "altura" de microstrip. También deberá ingresar la constante dieléctrica de su material de PCB.

¡Gracias! Esto lleva a muchas aclaraciones y más preguntas:
1. ¿Está bien el montaje inferior de la antena? 2. ¿Qué longitud del vástago de la antena debo insertar en la PCB al soldar? 3. ¿Importan el diámetro del taladro y el diámetro del anillo para el montaje de la antena con resorte? 4. Dado que no tenemos 8 cm de plano GND en todas las direcciones, ¿cómo afectaría esto al patrón de radiación? He visto otros productos en los que no es el caso también.
1. En igualdad de condiciones, el montaje superior podría ser mejor, pero siempre que no haya una parte inferior de metal en el gabinete, debería estar bien. 2. Solo deje que el extremo sobresalga lo suficiente para soportar un filete de soldadura típico, 1 - 2 mm estará bien. 3. No realmente, simplemente siga las buenas prácticas de PCB para el espacio libre entre el tamaño del taladro y el diámetro del alambre (6 mils o 0,15 mm) y el tamaño mínimo del anillo anular. 4. El patrón probablemente será más débil en direcciones que carecen de plano de tierra, pero necesitaría una cámara de prueba para caracterizar realmente el patrón.

Agregar un par de puntos a la respuesta de Mark Leavitt (no hay suficiente representante para comentar).

Supongo que la capa que es visible es la capa de señal inferior.

  1. Microstrip es la más fácil, pero dado que hay una capa de potencia entre esta capa de señal y la capa de tierra, ya no es estrictamente una línea de microstrip. Si usa microstrip, recomendaría usar la capa de señal superior para la línea y conectarla a la antena con un orificio pasante. Deberá considerar la longitud de la vía en la coincidencia de impedancia. Si usa la capa de señal inferior, recomendaría un CPWG.
  2. Los monopolos no tienen un patrón omnidireccional; vea la imagen y las notas aquí . Suponiendo que quieras algo como esto, sí, necesitarás un plano de tierra grande. Para este PCB, esperaría ver sesgos.
  3. LineCalc de Agilent/Keysight es el estándar de oro. TX-Line también es bastante bueno.
  4. Sí, el grosor de la capa es el plano de tierra completo más cercano.

Algunos buenos puntos a considerar aquí .

Gracias Tej! El módulo GSM está en la parte superior, por lo que el plano GND es la siguiente capa para la microcinta.
Plano de tierra para una antena de resorte GSM con PCB de 4 capas
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