mikrocontroller.net

Forum: HF, Funk und Felder 50 Ohm Stripleitung mit Ground-Plane umhüllen?


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
Autor: Holger K. (holgerkraehe)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen

Habe das angehängte Layout vorliegen.
Die Ausgangslage:

Die dünne Leitung ist eine berechnete (Dicke, Abstand etc.) 50-Ohm 
Stripleitung.

Der Amplifier in der Mitte ist optional.
Wenn der nicht bestückt ist, kommen zwei 0-Ohm Widerstände vorne und 
hinten dran. Ich weiss, Stubs... nicht optimal.

Wer realistische und sinnvolle! Alternativen kennt, bitte her damit.

Die Frage:

Macht es EMV-Technisch bzw. abstrahlcharakteristisch einen Unterschied, 
ob ich um die Stripleitung noch ein Ground-Place lege? Oder gibt es da 
keine nennenswerten Unterschiede in der Abstrahlung?

Ich möchte ja idealerweise mein Funksignal nur bei der eigentlichen 
Antenne beim SMA abstrahlen und nicht schon vorher ;)

Danke

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Eine Leitung sollte in erster Näherung nichts abstrahlen, dafür sollte 
es egal sein.

Rein „gefühlt“ hast du aber viel zu wenig Vias da, hängt natürlich auch 
von der Frequenz ab. Ein Via bringt etwa 1 nH ein, bei 2,4 GHz ist das 
schon einiges an Blindwiderstand.

Von daher würde ich eher ringsum viel Masse auffüllen und dann (viele) 
Vias zwischen beiden Seiten. Insofern würde sich für die Leitung ein 
"grounded complanar" besser als ein einfacher microstrip anbieten.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Holger K. (holgerkraehe)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jörg W. schrieb:
> Rein „gefühlt“ hast du aber viel zu wenig Vias da, hängt natürlich auch
> von der Frequenz ab. Ein Via bringt etwa 1 nH ein, bei 2,4 GHz ist das
> schon einiges an Blindwiderstand.

Hallo Jörg

Danke für deine Antwort.

Was man nicht sehen kann ist die 100um darunterliegende Ground-Plane.
Oder wo würdest du Vias machen?

Habe auf dem Top-Layer (rot) keine weiteren Planes vorgesehen.

Jörg W. schrieb:
> Von daher würde ich eher ringsum viel Masse auffüllen und dann (viele)
> Vias zwischen beiden Seiten. Insofern würde sich für die Leitung ein
> "grounded complanar" besser als ein einfacher microstrip anbieten.

Das war genau die "Alternative" an welche ich gedacht habe.

Wobei ich mich eben frage, ob meine 50 Ohm-Leitung denn überhaupt 
abstrahlt.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Holger K. schrieb:

> Was man nicht sehen kann ist die 100um darunterliegende Ground-Plane.

Trotzdem hat die eben sehr wenige Vias zu den Bauteilen.

„Das wichtigste Bauteil des Analogdesigners ist die Masse“ hatte mal ein 
früherer Kollege geäußert (IC-Designer im Analogbereich).

Zusätzliche (große und zusammenhängende) Masseflächen auf Top würden da 
halt Abhilfe schaffen, sofern sie mit genügend Vias niederimpedant an 
die Lage darunter angebunden sind.

Daraus ergibt sich dann eine andere Geometrie für die Leitung, weil sie 
nun zwischen GNDs liegt.

> Wobei ich mich eben frage, ob meine 50 Ohm-Leitung denn überhaupt
> abstrahlt.

Nö, der Leitung sollte das ziemlich wurscht sein, die Unterschiede 
zwischen beiden werden marginal sein.

Mir ging es nur um die Masseanbindung der restlichen Schaltung.

Autor: Holger K. (holgerkraehe)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für deine Antwort

Die restliche Schaltung sollte eigentlich sehr sehr gut an Masse 
angebunden sein.

Habe nun das Design etwas angepasst.
Was meinst du dazu?

Natürlich habe ich die Geometrie der Leitung und des Gaps gemäss 
folgendem Calculator angepasst:

https://chemandy.com/calculators/coplanar-waveguide-with-ground-calculator.htm

Autor: Sven B. (scummos)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Um welche Frequenzen geht es denn hier?

Ich schließe mich an, ich denke die zwei wichtigsten Dinge sind gute 
Masseanbindung, und eine Masse-Rückleitung direkt unter dem 
Wellenleiter, die nicht zu schmal ist (aber wichtiger ist, dass er genau 
darunter verläuft). Wenn die fehlt, geht alles den Bach runter. Ob die 
2cm Stripline hingegen bei einer Wellenlänge von mehreren Dezimetern 
eine Impedanz von 60 oder 50 Ohm hat ist relativ wurscht.

Ob da jetzt Top ein bisschen Kupfer darum herum ist oder nicht ist 
meiner (zugegebenermaßen beschränkten) Erfahrung nach ebenfalls eher ein 
Detail.

Dann lieber darüber nachdenken, ob man noch einen Weißblech-Schirm 
drauflötet.

: Bearbeitet durch User
Autor: Holger K. (holgerkraehe)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es geht um 2.4GHz.

Die nächste Lage ist durch und durch ausschliesslich Ground. Ohne 
Schnitte oder sonstwas. Daher mache ich mir da keine grossen Sorgen.

Danke für eure Antworten.
Ich gehe nun davon aus, dass das Design so gut sein sollte.

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Holger K. schrieb:
> Was meinst du dazu?

Hätte ich jetzt mehr Vertrauen dazu.

Autor: Holger K. (holgerkraehe)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jörg W. schrieb:
> Holger K. schrieb:
>> Was meinst du dazu?
>
> Hätte ich jetzt mehr Vertrauen dazu.

Top! Danke

Autor: Karl M. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei der SMA-Buchse würde ich noch Vias hinzufügen und generell die 
Masseflächen vergrößern.

Insbesondere um die SMA-Buchse, wenn man jetzt noch die Schaltung kennt, 
dann würden auch die HF-Ströme klarer.

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Karl M. schrieb:
> Insbesondere um die SMA-Buchse,

Naja, die hat von sich aus vier fette "Vias", damit ist sie ganz gut an 
die darunter liegende GND-Plane angebunden.

Autor: Alter Sack (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Man könnte anstatt von Microstrip auch mit Co-Planar Waveguide (CPW) 
arbeiten. Das bietet den Vorteil, daß die EM Felder der Stromführenden 
Leitung viel inniger mit der Massefläche eingehen und die Abstrahlung 
meßbar geringer wird. Bei Microstrip wird ein Teil der EM Felder in die 
Luft abgestrahlt. Wenn eine Groundplane vorhanden ist, ist es zweckmäßig 
die CPL Massefläche mit regelmäßigen Massevias im nahen Abstand zu 
versehen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Coplanar_waveguide
https://www.microwaves101.com/encyclopedias/coplanar-waveguide

Es gibt freie Programme die die Geometrie der CPW ermittelt:

https://www.awrcorp.com/products/additional-products/tx-line-transmission-line-calculator

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Alter Sack schrieb:
> Man könnte anstatt von Microstrip auch mit Co-Planar Waveguide (CPW)
> arbeiten.

Guten Morgen!

Genau darum geht's ja die ganze Zeit … wenngleich ich deine Einschätzung 
nicht teile, dass die leitungsmäßig wirklich nennenswerte Vorteile 
bringen. Aber du schreibst etwas von „messbar geringer“, vielleicht hast 
du ja tatsächlich Messdaten zum Vorzeigen. ;)

> ist es zweckmäßig die CPL Massefläche mit regelmäßigen Massevias im
> nahen Abstand zu versehen

Also etwa so?

Beitrag "Re: 50 Ohm Stripleitung mit Ground-Plane umhüllen?"

Autor: Blabla (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi, leider weis ich nicht was das für Anschlüsse an dem Verstärker 
rechts unten sind, aber für meinen Geschmack sind sie zu wenig von der 
HF entkoppelt. Auch die beiden Leitungen die rein gehen könnte man noch 
trennen.
Aus leidiger Erfahrung kann ich sagen das die HF gerne mal unter dem IC 
zurück koppelt, das kann zu Performance Einbusen führen.


Diese Leitung um den Verstärker könnte noch bei nicht Verwendung auf 
Ground gelegt werden, damit keine Rückkopplung entsteht.

Was ist das Problem da einfach Kupfer flächig drauf zu lassen? Muss da 
möglichst viel runter?
Was sollen diese Rechtecke?

Ich hatte letztens ein Problem mit einem zweistufigen LNA der zwei 
Versorgungseingänge hat. Bei nur der Hälfte der Frequenz.

Autor: Alter Sack (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jörg W. schrieb:
> Alter Sack schrieb:
>> Man könnte anstatt von Microstrip auch mit Co-Planar Waveguide (CPW)
>> arbeiten.
>
> Guten Morgen!
>
> Genau darum geht's ja die ganze Zeit … wenngleich ich deine Einschätzung
> nicht teile, dass die leitungsmäßig wirklich nennenswerte Vorteile
> bringen. Aber du schreibst etwas von „messbar geringer“, vielleicht hast
> du ja tatsächlich Messdaten zum Vorzeigen. ;)
Das ist schon 20 Jahre her. Wenn ich mich recht erinnere war der 
Unterschied um die 5-6 dB. Also schon beträchtlich.
>
>> ist es zweckmäßig die CPL Massefläche mit regelmäßigen Massevias im
>> nahen Abstand zu versehen
>
> Also etwa so?
>
> Beitrag "Re: 50 Ohm Stripleitung mit Ground-Plane umhüllen?"

Ja. Man muss nur aufpassen mit einer Substrat Dicke und Typ zu arbeiten 
die vernünftige Dimensionen erlaubt. Am besten sind dünne 
Mikrowellensubstrate mit einer niedrig genug Dielektrizitätskonstante. 
Je dicker die LP desto schlechter in Bezug auf Abstrahlung.

Diese Links haben nützliche Infos:
https://www.rogerscorp.com/documents/2574/acm/articles/Microwave-Radiation-Loss.pdf

https://www.rogerscorp.com/documents/2236/acm/articles/Understanding-PCBs-for-High-Frequency-Applications.pdf

Autor: Alter Sack (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Alter Sack schrieb:
> Am besten sind dünne
> Mikrowellensubstrate mit einer niedrig genug Dielektrizitätskonstante.

Berichtigung. Sollte heissen:

Am besten sind dünne Mikrowellensubstrate mit einer hoch genug 
Dielektrizitätskonstante um Abstrahlung zu vermindern.

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Alter Sack schrieb:
> Am besten sind dünne Mikrowellensubstrate mit einer niedrig genug
> Dielektrizitätskonstante.

Die sind aber auch am teuersten. :)

Da er ja offenbar eine Vierlagenplatine baut, dürfte die Dicke der 
obersten Dielektrikumsschicht 0,2 mm oder geringer sein, das sollte 
allemal ausreichen.

Richtiges HF-Material würde ich (aus Kostengründen) nur nehmen, wenn es 
unbedingt sein muss.

Autor: Karl M. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jörg W. schrieb:
> Karl M. schrieb:
> Insbesondere um die SMA-Buchse,
>
> Naja, die hat von sich aus vier fette "Vias", damit ist sie ganz gut an
> die darunter liegende GND-Plane angebunden.

Ja Jörg, es gibt auch fette vias aber nur, wenn sie nicht verlötet 
werden.
Sonst nutzen Sie wenig, da dann die HF keinen direkten Weg auf die 
andere Seite hat.

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es leuchtet mir leider nicht ein, was du damit ausdrücken möchtest.

Autor: Sven B. (scummos)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vermutlich meint er den Skin-Effekt, denn tatsächlich gibt es ja bei 
verlöteten Vias keinen Weg entlang der Oberfläche mehr, der die Lagen 
verbindet.

Das klingt signifikant aber ich hatte bisher nicht den Eindruck, dass es 
das ist. Wäre aber interessant zu wissen warum oder wie genau das 
eigentlich ist ...

: Bearbeitet durch User
Autor: P. S. (namnyef)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jörg W. schrieb:
> Es leuchtet mir leider nicht ein, was du damit ausdrücken
> möchtest.

Mir auch nicht :D

Autor: Karl M. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jörg W. schrieb:
> Es leuchtet mir leider nicht ein, was du damit ausdrücken
> möchtest.

Genau hatten wir das vor vielen Jahren mal im QRPForum erarbeitet.

Kurz, der HF-Strom bewegt sich nur in paar µm oben auf der Oberfläche in 
das Material hinein.
Je höher die Frequenz, des so kleiner ist der Eindringungsbereich. Er 
kann sich nicht durch ein Kupfermaterial von oben nach unten 
"durcharbeiten".
Damit steigt dann auch die Länge des Weges über das Kupfer des 
Platinenmaterials und auch der Widerstand.
VIAs oder Durchkontaktierungen stellen eine niederohmige und 
induktivarme Verbindung für den HF-Strom dar.

Sind sie verlötet, so stellen sie eine natürliche Barriere dar, durch 
dass HF-Strom, ab einer bestimmten Frequenz, sich nicht ausbreiten kann.

Es gibt auch Bereiche auf HF Platinen, in denen fast gar kein HF-Strom 
fließt, da sie nicht die direkte Verbindung für diesen darstellen.

Autor: P. S. (namnyef)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Verstehe ich nicht. Welche Rolle spielt die Verlötung, wenn der HF-Strom 
doch eh nur auf der äußeren Oberfläche der Vias fließt?

Autor: Sven B. (scummos)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
P. S. schrieb:
> Verstehe ich nicht. Welche Rolle spielt die Verlötung, wenn der HF-Strom
> doch eh nur auf der äußeren Oberfläche der Vias fließt?

Naja, die Vias haben keine äußere Oberfläche mehr, wenn man sie mit 
Lötzinn füllt. ;)

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Grenze zwischen Kupfer und Epoxidharz ist keine Oberfläche?

Autor: Gu. F. (mitleser)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Karl M. schrieb:
> Sind sie verlötet, so stellen sie eine natürliche Barriere dar, durch
> dass HF-Strom, ab einer bestimmten Frequenz, sich nicht ausbreiten kann.

Die Theorie würde mich auch mal interessieren...

Autor: majo (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Keiner?

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.