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Forum: HF, Funk und Felder GND Fuehrung bei SMA/BNC Connector


Autor: Hugo Miller (Gast)
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Ein Sendemodul soll an eine SMA Antennenbuchse angeschlossen werden. Die 
Verbindung soll mit einer Mircostrip-Line erfolgen. Es handelt sich um 
eine zweiseitige Platine (untere Seite GND). Ich frage mich wie die GND 
Flaeche unter dem SMA Connector gefuehrt werden soll. Ich habe Layouts 
gesehen an denen die Flaeche unter dem Connector bewusst frei gelassen 
wird. Ich haette bei einer SMT Connectorvariante die GND Rueckseite 
komplett mit GND gefuellt, bei einer Durchsteckvariante ein Loch um den 
Mittelkontakt ausgespart.
Kann mir jemand sagen was besser ist und was es fuer einen Grund haben 
koennte GND auf der Rueckseite unter dem Stecker nicht zu fuehren ?

-Hugo

Autor: Martin L. (Gast)
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Meiner Meinung nach ist es nicht besonders sinnvoll die Massefläche 
unter dem SMA-Anschluss freizustellen. Denn damit ändert sich die 
Impedanz von der Mikrostreifenleitung kurz vor dem Stecker. Und das kann 
ja nicht wirklich erwünscht sein. Andererseits ist der Stecker selbst ja 
auch recht massiv und mit GND verbunden, so dass er, wenigstens zum 
Teil, die fehlende Groundplane ersetzt.
In der Realität wird man den Unterschied aber wohl kaum bemerken, da es 
sich nur um ein paar mm Leitung handelt. Und wenn man es mit Frequenzen 
zu tun hat bei denen das schon kritisch wird, wird man sowieso auf 
SMA-Verbinder an den Leiterplattenkanten ausweichen müssen. (So 
SMA-Verbindungen dann überhaupt noch geeignet sind.)

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Hugo Miller (Gast)
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Hmmm, koennte es sein das GND auf der Unterseite gerade deshalb 
ausgespart wird weil bei erreichen des Steckers ploetzlich GND von oben 
(Connectorgehaeuse) vorhanden ist ?

-Hugo

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Hi, Hugo,

wo ist das Problem? Die Spezifikation "Microstrip" erzwingt geradezu die 
Verbindung des Außenleiters der SMA-Buchse mit der Masse der Platine.
Die Oberseite der Platine muß an der Stelle GND sein, die HF auf der 
Unterseite oder einer Zwischenlage.

Ciao
Wolfgang Horn

Autor: 6636 (Gast)
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Zuerst mal... um welchen Frequenzbereich geht es. Ich kenne Leute, die 
verwenden BNC fuer DC und SMA auch. Sie nehmen jeweils den SMA weil er 
kleiner als der BNC ist. Gibt dem Geraet einen professinellen Look 
meinen sie. Antenne .. 27MHz ? Die Diskussion oben ist bis 500MHz nicht 
relevant, bis 1GHz wenig relevant.

Autor: Hugo Miller (Gast)
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Leider kann ich nicht mehr die Unterlagen finden die die Freistellung 
der Masseflaeche unter dem Stecker zeigen.

Es geht um Frequenzen >2GHz. Die Platine ist 2seitig, unten Masse, oben 
Signal und Masse.
Die Oberseite sieht so aus (=== HF SIgnal, O SMA Mittelkontakt, x SMA 
Gehaeusekontakte auf Masse), Annahme: SMT Bestueckung (kein 
Durchsteckverbinder).

     x   x
=======O
     x   x

Die Unterseite waere im einen Fall komplett Masse:
###########
###########
###########
###########
###########

Im anderen Fall ist die Masse unter dem Connector ausgespart:
###########
#####     #
#####     #
#####     #
###########

Frage 1: Was macht die Aussparung der Masse auf der Unterseite der 
Platine fuer einen Sinn ?

Frage 2: Bringt es einen Vorteil wenn die Oberseite moeglichst umfassend 
mit Masse abgedeckt wird ? Z.B. (# Masse) :
#####x#######x#
###############
=========O ####
###############
#####x#######x#

Waere nett wenn jemand mir helfen koennte, bisher habe ich mich eher mit 
DC Elektronik befasst.

-Hugo

Autor: Martin L. (Gast)
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Es macht bei Microstripleitungen keinen Sinn die Massefläche 
auszusparen. Es wird vermutlich nicht sonderlich schlimm sein - aber 
besser ist sie dort zu lassen wo sie ist.
Was anderes könnte es mit konplanaren Leitungen ohne seperate 
Massefläche sein, weil die SMA Buchse dann auf einmal die Feldlinien 
"verbiegt" und sich die Impedanz ändert. Aber in diesem Fall hätte man 
gar keine Groundplane und damit auch keine Aussparung.

Die Oberseite sollte man bei Mikrostreifenleitungen auf keinen Fall mit 
einem Massepolygon füllen. Das ändert die Impedanz gewaltig. Es gibt 
koplanare Strukturen die tatasächlich so aufgebaut sind. Die müssen dann 
aber anders berechnet werden und sind oft breiter als die 
Mikrostreifenleitungen. Dafür sind sie wohl etwas einstrahlfester und 
koppeln durch die Masseführungen an der Seite auch nicht so stark auf 
andere, in der nähe befindliche, Leitungen.

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Hi, Hugo,

Die SMA-Buchsen in meiner Grabbelkiste haben, wenn man sie von oben auf 
die Platine steckt, an den Eckpunkten je einen "Bolzen" :-), sitzen satt 
auf, und der Innenleiter wird mit seinem Stife auf die Unterseite 
geführt.

Könnt mir Vorstellen, SMD-SMA könnten anders ausschauen.


Ciao
Wolfgang Horn

Autor: Hugo Miller (Gast)
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Hallo Wolfgang,

SMT SMA sehen prinzipiell genauso aus nur werden sie nicht durch die 
Platine gesteckt.

-Hugo

Autor: Hugo Miller (Gast)
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Ich habe mich noch etwas informiert. Beim Einsatz eines SMT (Aufgeloetet 
auf Oberseite) Verbinders gibt es das Problem der Masseanbindung. Wenn 
die Masse nicht mit Durchkontaktierungen von Unten kommt muss diese auf 
der Oberseite irgendwie zugefuehrt werden. Im Prinzip ist dann ja nicht 
mehr mit einer Microstrip-Leitung zu rechnen sondern mit einer 
Coplanaren Struktur. Denn auch wenn die Masse mehrere Zentimeter 
entfernt von der Signalleitung verlaeuft wirkt sich diese auf die 
Impedanz aus.

Ist somit die folgende Struktur dann nicht ohnehin die Beste ? Masse auf 
Unterseite sowie auf Oberseite:

#####x#######x#
###############
=========O ####
###############
#####x#######x#

Autor: Martin L. (Gast)
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Irgendwie ändert sich die Fragestellung immer wieder. So als wüsstest Du 
selber gar nicht so genau was du willst. Freuquenz über 2GHz kann heißen 
2.4GHz oder auch 43GHz. Aber das verrätst Du uns ja nicht.
Ich weiß nicht welche Vorbildung du hast. Aber so wie es klingt wird das 
ganze Projekt nichts wenn du nicht wenigstens ein wenig von 
Leitungstheorie verstehst. Denn es stehen viele Dinge an vielen Orten 
und der Autor wird oft vorraussetzen, dass der geneigte Leser schon in 
etwas meint, was er da an seinen Gedanken zu Papier bringt. Damit wird 
jemand der diese Grundlagen nicht beherscht u.U. viele Dinge herauslesen 
die so nicht oder nur in Einzelfällen stimmen.
Zu dem SMD-SMA Stecker: Wenn man die Masse mit genug Vias herausführt 
ist das alles kein Thema. Die Faustformel heißt ja 1nH pro Via. (Und die 
ist konservativ.) Es bleibt eine Übungsaufgabe auszurechnen ob man bei 
8GHz und 16 Vias eine aussreichende Anpassung erreicht.
Und warum will man denn unbedingt ein r von höchstens 1.02 haben? Stört 
es denn wirklich so gewaltig wenn es eine kleine Reflektion gibt? In dem 
Fall sollte man vielleicht lieber ganz auf einen Steckverbinder 
verzichten...

Ansonsten hatte ich ja schon geschrieben, dass es für sehr kritische 
Anwendungen immer noch die an der Leiterplattenkante montierbare 
SMA-Steckverbinder gibt. Die haben dann nämlich keinen 90° Knick der 
übrigens auch eine Reflektion hervorruft da es natürlich eine 
Impedanzunstetigkeit gibt. (Der Interessierte Leser möge es mal ein 
einem NWA nachmessen - und wenn er keinen Zugang zu einem solchen hat 
wird er dieses Wissen idR. auch nicht wirklich brauchen.)

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Ich denke, da spielen auch mechanische Dinge eine Rolle, die Buchsen 
lassen sich ja kaum noch auslöten, auch beim Einlöten könnte die Hitze 
nicht ausreichen.. "Thermals" sind HF-technisch ungeschickt.
Die zusätzliche Masse macht auf jeden Fall mehr Kapazität, also müßte 
die Leiterbahn dort etwas schmaler werden, damit auch das L größer wird, 
um wieder auf 50 Ohm zu kommen.

Autor: Hugo Miller (Gast)
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Hallo Christoph,

ich gebe dir recht, wenn alles mit Masse gefuellt ist wird es etwas 
schwer zu loeten. Dafuer gibt es jedoch bei der Durchsteckvariante 
Loetringe die mit schmalen Streifen an die Umliegende Masseflaeche 
angebunden sind.

Ich habe mir inzwischen ein Berechnungsprogramm von Agilent besorgt. 
Dieses bietet die Berechnung von Microstriplines und Koplanaren 
Strukturen. Jedoch werden dabei keine Stecker oder aehnliches 
beruecksichtigt.

Meine Loesung wird so aussehen, dass die Unterseite der Platine an der 
Stelle des Steckers flaechig mit Masse gefuellt ist.
Auf der Oberseite wird das Signal gefuehrt welches beidseitig von Masse 
begleitet wird. Die Oberseitige Massebegleitung hoert beim Eintritt in 
den (rechteckigen) Steckerbereich langsam auf (Abstand wird graduell 
groesser). Der SMA Stecker wird mit 4 Eckkontakten auf der Oberseite an 
Masse geloetet. Zwischen Masse Oberseite und Unterseite  gibt es keine 
Durchkontaktierungen. Beide Massen werden an einem weiter entfernten 
Sternpunkt vereint.

-Hugo

Autor: Hägar (Gast)
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> Meine Loesung wird so aussehen, dass die Unterseite der Platine an der
> Stelle des Steckers flaechig mit Masse gefuellt ist.
> Auf der Oberseite wird das Signal gefuehrt welches beidseitig von Masse
> begleitet wird. Die Oberseitige Massebegleitung hoert beim Eintritt in
> den (rechteckigen) Steckerbereich langsam auf (Abstand wird graduell
> groesser). Der SMA Stecker wird mit 4 Eckkontakten auf der Oberseite an
> Masse geloetet. Zwischen Masse Oberseite und Unterseite  gibt es keine
> Durchkontaktierungen. Beide Massen werden an einem weiter entfernten
> Sternpunkt vereint.

Wieso beharrst du so auf dem Übergang Koplanar -> Microstrip? Martin hat 
es dir doch schon erklärt: Du wirst, einen Sprung im Wellenwiderstand 
bekommen, der dir unter Umständen mehr kaputt macht, als die zusätzliche 
Masse des Steckers alleine, bei reiner Microstripstruktur. Wenn du nicht 
sehr genau weisst was du tust, dann lass den Umfug.

Im HF-Bereich sollte die Masse möglichst induktivitätsarm sein. Mit 
deiner Sterntopologie wirst du das nicht erreichen.

Autor: Martin L. (Gast)
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Vor allem sollte man sich bei solchen Sachen wirklich mal ein 
Smith-Diagram hernehmen und einzeichnen wie sich die 3mm mit einer 
Impedanz von vielleicht 25 Ohm am Ende wirklich auf den 
Reflektionskoeffizienten auswirken. Das ist bei einstelligen 
GHz-Frequenzen oft zu vernachlässigen.
(Sonst müsste man sich ja auch über die 3mm von Chipanschluss zu 
Microstrip Sorgen machen.)

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: branadic (Gast)
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Ich weiß das dieser Thread schon ein paar Tage alt ist, aber ich bin 
eben erst bei der Suche darüber gestolpert und möchte gerne noch meinen 
Beitrag dazu abgeben.
Ich habe einige Leiterplatten hier, bei denen die Signalführung wie 
folgt ausschaut.

Toplayer:

# ####### ##
 o#######o######
################
#### o #########
################
 o#######o######
# ####### ##

Bottomlayer:

################
#o#######o######
            ####
=====o===== ####
            ####
#o#######o######
################

Die Diskussion ist grundsätzlich ziemlich interessant, da wohl die 
wenigsten über die Möglichkeit verfügen diesbezüglich Simulationen 
durchzuführen, mich eingeschlossen.

branadic

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