Transmission Lines und HF Layout

[Armin (awe22020)]

Guten Tag werte HF-Magier,

ich habe nun sehr viele Designs angeschaut und Material durchgelesen, 
doch wird die Verwirrung bei mir nur grösser - meine Kompetenz scheint 
nicht auszureichen um bewerten zu können, welche Informationen nun 
richtig und welche irreführend sind.

Könnt ihr bitte die zwei angehängten Beispiele bewerten:
Bei der LTE ANT bin ich mit meiner Berechnung unsicher geworden, da die 
grossen Pads des Matching Circuits doch wie Stubs funktionieren und 
meine Impedanz durcheinander bringen, ganz abgesehen davon, dass das 
Verhältnis von Gap zu Pad/Track ja auch durcheinander gebracht wird.

Im Dokument "Antenna Design and RF Layout Guidelines" von 
Infineon/Cypress (Seite 44) habe ich gelesen, dass bei CPWG auch darauf 
geachtet werden sollte, dass der Gap zwischen den beiden Ground-Flächen 
auf Top nicht grösser sein darf als das Substrat dick ist, weil es sich 
sonst nicht gross von einem Microstrip unterscheiden würde und meine 
Berechnung sowieso falsch wäre.

Bei der NPU ANT habe ich zur Unterscheidung eine grössere 
Maskenfreistellung und "Taper" bzw. Teardrops eingefügt - warum auch 
immer, bitte belehrt mich ob das nun gut oder schlecht ist.

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Wann sollte ich nur den Leiter freistellen und wann auch die 
Ground-Planes?

Darf ich als Referenz auch den Layer IN3 verwenden um eine höhere Dicke 
des Substrats zu erreichen, um dann den Gap verkleinern zu können?

Wie breit sollten die Ground-Flächen auf Top sein?

Sollte ich wie im Stackup beschrieben einfach mit 395um Microstrips 
fortfahren und wenn ja, wie steht es um Crosstalk (dichtes Board)?

Stimmt es, dass Thermal Reliefs bei der SMA-Buchse vermieden werden 
sollten oder darf ich das vernachlässigen (Handlöten)?

Ich habe noch viel mehr Fragen aber will den Beitrag jetzt nicht noch 
mehr aufblasen...

Vielen Dank im Voraus

[Wastl (hartundweichware)]

Armin schrieb:
> Ich habe noch viel mehr Fragen aber will den Beitrag jetzt nicht noch
> mehr aufblasen...

Vor Allem hast du entscheidende Angaben bzw. Erfordernisse
vergessen:

1) der Frequenzbereich deiner Anwendung
2) die erforderliche Anpassung (SWR oder Reflexionsfaktor)

(Meist schlagen hier Leute auf die päpstlicher als der Papst
sein wollen und bei wenigen MHz ein supergeiles HF-Verhalten
bis zu etlichen GHz ansetzen)

Also erst mal erörtern ob sich der Aufwand lohnt ....
(ja gut, das "LTE" in den Bildern lässt den Frequenzbereich
erahnen, dafür ist die Art der SMA-Buchse evtl nicht besonders
gut geeignet, je nach Ansprüchen)

[Armin (awe22020)]

Wastl schrieb:
> 1) der Frequenzbereich deiner Anwendung
> 2) die erforderliche Anpassung (SWR oder Reflexionsfaktor)

1) 2.4GHz
2) Ich hab keine Ahnung

Ich habe ein Bildschirmfoto aus dem Hardware Design Guide von SIMCOM für 
das SIM7080G angehängt - bringt das womöglich eine Antwort?

Im zweiten angehängten Bild sieht man einen SMA THT Footprint, daher 
habe ich (und aus Gehäusetechnischen Gründen) mich für selbiges 
entschieden. (Wollte möglichst wenig anders machen, da ich wie schon 
gesagt keine Erfahrungswerte habe)

[Georg S. (randy)]

Du kannst den Abstand zwischen TOP und IN1-Lage so groß machen dass die 
50 Ohm Leiterbahn so breit ist wie deine SMD-Pads. Dann hast du weniger 
Störstelle an den Pads.

[Gerhard H. (ghf)]

Bei JLCPCB gibt es einen Impedanzrechner für deren
Prozesse. Der ist sehr genau. Ich hab's nachgemessen.
Auch ohne die controlled impedance option.

Mach das Mittelpad des SMAs nicht unnötig groß.

J.Larkin in sci.electronics.design im antiken usenet
hat gemessen, dass ein SMA-Stecker mit dickem
Mittelpin in seinem "luftigem" Teil schon 100 Ohm hat,
ohne irgendeine Platine.

Zusammen mit einem großen Mittelpad hat man da schnell
zuviel lokale Kapazität. Aber entscheidend dürfte die
Impedanz des Mikrostrips sein. Die Last ist vermutlich
sowieso unbekannt, incl. der Blitzableiter.

Gruß, Gerhard H

[Hp M. (nachtmix)]

Gerhard H. schrieb:
> hat gemessen, dass ein SMA-Stecker mit dickem
> Mittelpin in seinem "luftigem" Teil schon 100 Ohm hat,
> ohne irgendeine Platine.

Muss ja auch so sein, wenn die fertige Verbindung nachher 50 Ohm haben 
soll.
Bei λ=12cm werden auch die elektrischen 3mm mit vllt 40..60 Ohm beim 
Durchgang durch die Platine noch nicht viel ausmachen.
Schlimmer dürfte die Störung der Symmetrie durch die stehende Buchse 
sein.

ε=4,25 in der Simulation klingt für mich nach FR4. Bei diesem Material 
und 2,5 GHz werden aber solche Feinheiten eher keine Rolle spielen.

[Kay-Uwe R. (dfias)]

Wäre sowas hier nicht eine bessere Option?
https://www.ebay.de/itm/314094175916
Kein TH, damit weniger Platzbedarf und meist auch mechanisch besser zu 
planen.

[Florian L. (muut)]

Warum ist bei dir der THT-Pin nicht ähnlich freigestellt wie die 
HF-Leitung?
Sieht für mich falsch aus.

[Kay-Uwe R. (dfias)]

Florian L. schrieb:
> Warum ist bei dir der THT-Pin nicht ähnlich freigestellt wie die
> HF-Leitung?
Ich kann dort gar nicht unterscheiden, was Cu und was die Resist- und 
Solder-Masken sind, falls es die gibt.

[Armin (awe22020)]

Georg S. schrieb:
> Du kannst den Abstand zwischen TOP und IN1-Lage so groß machen dass die
> 50 Ohm Leiterbahn so breit ist wie deine SMD-Pads. Dann hast du weniger
> Störstelle an den Pads.

Das wäre dann ein kundenspezifischer Stackup für den ich einen Aufpreis 
zahlen müsste - daher die Frage: kann ich den Abstand auch vergrössern 
indem ich die Ref-Plane einfach auf IN2 setze?

[Armin (awe22020)]

Hp M. schrieb:
> ε=4,25 in der Simulation klingt für mich nach FR4. Bei diesem Material
> und 2,5 GHz werden aber solche Feinheiten eher keine Rolle spielen.

Also meinst du, dass bei diesen Specs es keine Taper oder Sonstiges 
bedingt?
Trace und Gap so breit machen wie berechnet und der Rest egal (breitere 
Pads usw)?

[Armin (awe22020)]

Kay-Uwe R. schrieb:
> Wäre sowas hier nicht eine bessere Option?
> https://www.ebay.de/itm/314094175916
> Kein TH, damit weniger Platzbedarf und meist auch mechanisch besser zu
> planen.

Nein, ich brauche eine stehende Buchse und die SMD-Varianten überzeugen 
nicht was die mechanische Belastbarkeit angeht.

[Armin (awe22020)]

Florian L. schrieb:
> Warum ist bei dir der THT-Pin nicht ähnlich freigestellt wie die
> HF-Leitung?
> Sieht für mich falsch aus.

Beim LTE ist der THT-Pin nicht ähnlich freigestellt, weil ich es 
vergessen habe, danke für den Hinweis.

[Georg S. (randy)]

> Das wäre dann ein kundenspezifischer Stackup für den ich einen Aufpreis
> zahlen müsste - daher die Frage: kann ich den Abstand auch vergrössern
> indem ich die Ref-Plane einfach auf IN2 setze?

Und In1 leer lassen, d.h. kein Kupfer?
Ja, kannst du machen.

> Also meinst du, dass bei diesen Specs es keine Taper oder Sonstiges
> bedingt?

2,4GHz sind immerhin noch 13cm Wellenlänge, auf der Platine wegen 
epsilon-r ca. 10cm.
Sachen die nur ein paar Millimeter groß bzw. lang sind haben Einfluss, 
aber machen die HF-Eigenschaften nicht gleich komplett kaputt.

[Gerhard H. (ghf)]

Das hier ist die Test-Stripline ähnlich wie im Nachbar-
thread, aber mit dickem SMA-Innenleiter. Man sieht, dass
die lokale Impedanz nicht einmal ohne eingelötetem
SMA stimmt. (kurz vor der Totalreflektion am Ende der
Platine)
Das andere Bild ist das Layout für den Rosenberger-SMA
mit minimalem Innenleiter.

Top = rot
top innen = blau
bottom innen = beige
Bottom = grün

Das TDR davon war gestern in einem Nachbarthread.
<  Beitrag "Re: Welcher Platinenhersteller in China kann Rogers verarbeiten?"     >
Geringfügig überkompensiert. Blau und beige sind
unter dem Innenleiter ausgeschnitten.

Mit einem tru-hole SMA wird's bestimmt nicht besser.
Es ist halt die Frage, ob Du das so gut brauchst.
Wenigstens kann man die Pads auf den Innenlagen
weglassen.

Mechanische Stabilität durch Bauteil-Lötstellen ist bäh.

Gruß, Gerhard H