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Forum: HF, Funk und Felder Stripline Masseflächen


Autor: tom (Gast)
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Hi,
ich habe ein Problem mit dem Thema Stripline. Ich designe gerade eine 
zweiseitige Platine. Unterhalb der Stripline ist durchgängig GND 
(Platinenunterseite), neben der Stripline habe ich auch GND vorgesehen 
(Platinenoberseite), wie groß müsste der Abstand zwischen Stripline und 
den benachbarten GND-Flächen sein? Striplinebreite ist 110mil (2,92mm).
Gruß tom

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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@ Tom,

> Unterhalb der Stripline ist durchgängig GND (Platinenunterseite), neben
> der Stripline habe ich auch GND vorgesehen (Platinenoberseite), wie groß
> müsste der Abstand zwischen Stripline und den benachbarten GND-Flächen
> sein?

Was willst du genau wissen ??
Den nötigen Abstand zwecks Isolation bei einer best.Spannung ?
Oder weil du eine Coplanare Impedanz realisieren willst - wenn ja, 
wieviel Ohm sollen es denn sein ?

Gruss Uwe

Autor: tom (Gast)
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>> Unterhalb der Stripline ist durchgängig GND (Platinenunterseite), neben
>> der Stripline habe ich auch GND vorgesehen (Platinenoberseite), wie groß
>> müsste der Abstand zwischen Stripline und den benachbarten GND-Flächen
>> sein?

>Was willst du genau wissen ??
>Den nötigen Abstand zwecks Isolation bei einer best.Spannung ?
>Oder weil du eine Coplanare Impedanz realisieren willst - wenn ja,
>wieviel Ohm sollen es denn sein ?

@Uwe
Ich möchte wissen, ob eine benachbarte Massefläche (auf dem gleichen 
Layer) einfluss auf die Stripline hat. Wenn ja wie groß sollte der 
Abstand sein, dass diese die Stripline nicht beeinflusst.

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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@ Tom

> Ich möchte wissen, ob eine benachbarte Massefläche (auf dem gleichen
> Layer) einfluss auf die Stripline hat.

Hat sie. Sie verringert z.B. deine Impedanz. Und nicht nur die auf dem 
selbem Layer untergebrachte GND-Fläche, sondern auch deine auf LS 
liegende hat Einfluss.

Was für Signale laufen über deine Stripline ? HF oder DC ?
Warum ist es so schlecht eine GND Leitung in unmittelbarer Nähe zum 
Signal zu haben ?

Gruss Uwe

Autor: isputt (Gast)
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Google nach AppCad.

Dann Coplanar Waveguide. Du müsstest aber deine Impendanz schon kennen. 
Bei kleinen Leiterstücken ist das aber nicht so relevant.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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qucs meint, dass du für eine grounded coplanar line mit 50 Ω bei 2,92
mm Leiterbreite und gängigen FR4-Werten 3,4 mm Abstand zu den
Masseflächen brauchst.  Wenn die Leitung natürlich schmaler werden
darf, dann verringert sich (bei gleichem Wellenwiderstand) auch der
Abstand.

Autor: tom (Gast)
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@all:

Also es geht darum eine Chipantenne mit dem Balun zu verbinden.
Freq: 2,45GHz
Z0: 50 Ohm
Material: FR4 -> EpsilonR=ca. 4,5
Dicke Material: 1,5mm
Dicke Kupfer: 35um

@Jörg:
Ich habe mir gerade mal die Windows Version von QUCS geholt. bei vor 
gennannten Werten komme ich nun auf eine Leiterbahnbreite(W) von ca. 
25mil.

Ich hatte das gestern mal auf der folgenden Seite berechnet
http://www.referencedesigner.com/tutorials/si/si_06.php
da komme ich auf eine Leiterbahnbreite von ca.110 mil.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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tom schrieb:

> Ich habe mir gerade mal die Windows Version von QUCS geholt. bei vor
> gennannten Werten komme ich nun auf eine Leiterbahnbreite(W) von ca.
> 25mil.

Bei einer grounded coplanar line gibt es mehr als eine mögliche
Leiterbreite, die zu den von dir gewünschtem Wellenwiderstand
führt, da der Abstand zu den Cu-Flächen halt auch eingeht.  Wenn
du die Bahn schmaler machst, musst du die seitlichen Cu-Flächen
halt näher heran führen, um wieder auf das gleiche Z zu kommen.

Für eine reine microstrip line (also ohne Cu links und rechts, nur
auf der Gegenseite) würde ich mit den genannten Paramtern bei qucs
auf 2,78 mm Leiterbreite kommen, das ist doch recht nahe an den 2,92
mm, die du von dem anderen Programm bekommen hast.

Am Ende streuen die Parameter des 08/15-FR4 mehr, als es die
ganze Rechnerei Wert ist...

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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@ Tom:

> Also es geht darum eine Chipantenne mit dem Balun zu verbinden.
> Freq: 2,45GHz
> Z0: 50 Ohm
> Material: FR4 -> EpsilonR=ca. 4,5
> Dicke Material: 1,5mm
> Dicke Kupfer: 35um

Warum sagst du das nicht gleich ??

Allerdings komm ich mit meinem Impedanz-Rechner auf etwas andere 
Geometrien, siehe Anhang.

Schau noch mal im Datenblatt deiner Chipantenne, ob unterhalb dieser 
überhaupt Masseflächen erlaubt sind, bei meiner letzten Antenne war dies 
nicht der Fall.

Gruss Uwe

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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Hallo Jörg,

hab deine Rechnung mal mit meinem Impedanz-Rechner durchgerechnet. Die 
Werte führen auch zu den 50 Ohm, allerdings sind die Geometrien "ein 
wenig" unhandlich.

Gruss Uwe

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Uwe N. schrieb:

> hab deine Rechnung mal mit meinem Impedanz-Rechner durchgerechnet. Die
> Werte führen auch zu den 50 Ohm, allerdings sind die Geometrien "ein
> wenig" unhandlich.

Ja, das war ja auch nur von der Vorgabe mit 2,92 mm Leiterbreite
ausgehend.  Ich würde das auch schmaler machen.

Autor: tom (Gast)
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@Uwe:
>Schau noch mal im Datenblatt deiner Chipantenne, ob unterhalb dieser
>überhaupt Masseflächen erlaubt sind, bei meiner letzten Antenne war dies
>nicht der Fall.
Unter der Chipantenne soll keine Massefläche sein. Es geht um die 
HF-Leiterbahn bis zur Antenne.

>> hab deine Rechnung mal mit meinem Impedanz-Rechner durchgerechnet. Die
>> Werte führen auch zu den 50 Ohm, allerdings sind die Geometrien "ein
>> wenig" unhandlich.
>Ja, das war ja auch nur von der Vorgabe mit 2,92 mm Leiterbreite
>ausgehend.  Ich würde das auch schmaler machen.

Die Vorgabe der 2,92mm sind FALSCH! Sie kam dadurch zu stande, dass ich 
zu nächst nur die Breite (W) für eine einfache (nicht koplanare) 
Stripline auf folgender Seite berechnet habe.
http://www.referencedesigner.com/tutorials/si/si_06.php
Als Ergebnis bekam ich eine Leiterbahnbreite von ca.110 mil, das stimmt 
aber nur für eine einfache Stripline nicht für eine koplanare Stripline.

Sorry für das Chaos, ich kannte bisher nur Stripline und 
Micro-Stripline, koplanare war mir bisher unbekannt.

Zusammengefasst:
Freq: 2,45 GHz
Z0: 50 Ohm
Material: FR4 -> EpsilonR=ca. 4,5
Dicke Material: 1,5mm
Dicke Kupfer: 35um

Vorgegebene Werte von QUCS:
Leitfähigkeit des Streifens: 4,1e+7
Dielektrischer Verlustwinkel: 0

Koplanar ergeben sich mit QUCS folgende Werte:
Breite W: = 25mil
Spaltbreite S: = 5mil
Z0: = 50.417 Ohm


Noch eine Frage zu QUCS?
Was ist mit der Leitfähigkeit des Streifens gemeint? Ist das die elektr. 
Leitfähigkeit? Diese ist laut Wikipedia für Kupfer ≥ 58,0*10^6.
Und was ist mit dem dielektrischen Verlustwinkel gemeint?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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tom schrieb:

> Koplanar ergeben sich mit QUCS folgende Werte:
> Breite W: = 25mil
> Spaltbreite S: = 5mil

Kannst ja mal vernünftige Maßeinheiten angeben statt dieser
Tausendstel Daumenlängen...  Sorry, an diesen nicht-SI-Mist werde
ich mich wohl nie gewöhnen können.

> Noch eine Frage zu QUCS?

Dokumentation scheint leider nicht deren große Stärke zu sein.

> Was ist mit der Leitfähigkeit des Streifens gemeint? Ist das die elektr.
> Leitfähigkeit?

Ja.  Im Sourcecode werden eigentlich noch Tooltip-Erläuterungen
gesetzt wie:

  t->array[0].item[3].tip = new QString(tr("Strip Conductivity"));

  t->array[0].item[2].tip = new QString(tr("Conductivity of Metal"));

Bei mir erscheinen diese Hinweise aber nie.

> Diese ist laut Wikipedia für Kupfer ≥ 58,0*10^6.

Warum auch immer der Autor dort 4,1·10^6 voreingestellt hat.
Epsilon_r ist auch überall auf 2,94 voreingestellt, das kann also
kein übliches FR4 sein.  Nach der Leitfähigkeit von Cu hatte ich
nicht gesehen, daher den Wert nicht geändert.  Der wird aber auch
nur auf die Verluste einen Einfluss haben, sonst kaum.  (Passt auf
kein gängiges Metall, Aluminium ist etwas schlechter, Gold ist
etwas besser, Silber noch besser als Kupfer.)

Im Sourcecode steht der Autor drin, kannst ihn ja mal fragen. ;-)

> Und was ist mit dem dielektrischen Verlustwinkel gemeint?

Erster Google-Treffer für "tangens delta":

http://www.om.tu-harburg.de/Lehre/Vorlesungen/GRUN...

Autor: Martin Laabs (mla)
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Wenn man sich mal die Feldverteilung bei einer MS-Leitung ansieht 
erkennt man, dass das Feld zur Seite hin sehr schnell abnimmt. Ich 
versuche anderthalb MS-Breiten neben der MS-Leitung nix weiter zu 
verlegen. Wenn es aber eng ist, nehme ich auch nur mal eine MS-Breite. 
Mit dieser Daumenregel bin ich bisher gut gefahren. Allerding natürlich 
nur, wenn es um die Impedanzrichtige Verbindung geht. Wenn man 
MS-Leitungen als Resonatoren oder gekoppelte Leitungen verwendet muss 
man mehr aufpassen und ggf. nachrechnen/simulieren.

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Martin Laabs schrieb:
> Wenn man sich mal die Feldverteilung bei einer MS-Leitung ansieht
> erkennt man, dass das Feld zur Seite hin sehr schnell abnimmt. Ich
> versuche anderthalb MS-Breiten neben der MS-Leitung nix weiter zu
> verlegen. Wenn es aber eng ist, nehme ich auch nur mal eine MS-Breite.

Das passt recht gut zu den ausgerechneten Werten.  Mein qucs-Bild
oben ging ja von einer Streifenbreite von 2,9 mm aus, und da ist
bei 3,4 mm Abstand der Massestruktur wieder der 50-Ω-Wert erreicht.
Wenn man ihn auf 2,9 mm heran rückt, sind es 49,5 Ω.

Autor: tom (Gast)
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@Jörg
> Kannst ja mal vernünftige Maßeinheiten angeben statt dieser
> Tausendstel Daumenlängen...  Sorry, an diesen nicht-SI-Mist werde
> ich mich wohl nie gewöhnen können.
25mil = 0.635mm
5mil = 0.127

Hier gibts ein kleines Programm (Windows) das es dir umrechnet. Dort 
findet man noch mehr sehr hilfreiche Progrämmchen! 
http://www.rnolde.de/download/inch-mm.exe

> Im Sourcecode werden eigentlich noch Tooltip-Erläuterungen gesetzt
> Bei mir erscheinen diese Hinweise aber nie.
In der Windows Version erscheinen sie.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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tom schrieb:

> Hier gibts ein kleines Programm (Windows) das es dir umrechnet.

Windows hab' ich nicht. ;-)  Ja, ich weiß schon, wie man sie
umrechnen kann, aber es ist mir einfach mal nicht intuitiv.
Auf deine 120 µm und 600 µm kann ich draufgucken, und mir was
drunter vorstellen.

>> Im Sourcecode werden eigentlich noch Tooltip-Erläuterungen gesetzt
>> Bei mir erscheinen diese Hinweise aber nie.

> In der Windows Version erscheinen sie.

Liegt vielleicht an der Qt-Bibliothek, die hier installiert ist.
Muss ich mir zu Hause nochmal ansehen.

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