Mengoptimalkan feedline RF dalam desain PCB

Catatan Editor:Desain nirkabel dapat menghalangi rencana terbaik untuk pengembangan perangkat yang terhubung. Secara khusus, feedline antena yang dirancang dengan tidak benar mungkin sulit ditemukan hingga pengembangannya terlambat selama pengujian. Berikut adalah artikel yang bagus dari teman-teman kami di EEWeb, yang menawarkan pandangan mendalam tentang pendekatan yang digunakan untuk meningkatkan desain feedline RF pandu gelombang coplanar membumi yang diperlukan untuk meningkatkan kinerja Wi-Fi.

Baru-baru ini, Signal Integrity Group di Arira Design diminta untuk mendesain ulang feedline RF 5GHz Grounded Coplanar Waveguide RF untuk meningkatkan kinerja subsistem Wi-Fi di papan klien. Pengukuran menunjukkan bahwa impedansi dari impedansi feedline adalah sekitar 38 ohm.

Sebelum simulasi, beberapa masalah terungkap dengan desain asli termasuk:

• Gagal memperhitungkan efek topeng solder pada impedansi jejak

• Kegagalan dalam memperhitungkan PCB etchback dalam penghitungan impedansi jejak

• Potongan salah pada bidang dasar non-referensi terdekat

Feedline yang ada disimulasikan, setelah itu geometri coplanar diperbaiki berdasarkan hasil simulasi untuk memenuhi persyaratan impedansi 50 ohm. Hasilnya, klien melaporkan peningkatan performa Wi-Fi dengan PCB baru.

Makalah ini membahas geometri coplanar dari desain awal PCB, efek dari tiga item yang disebutkan di atas, dan geometri coplanar akhir. Plot E-Field ditampilkan untuk konfigurasi coplanar yang berbeda untuk menggambarkan kopling yang disengaja dan tidak disengaja yang dapat terjadi dengan desain coplanar ground (diasumsikan bahwa pembaca sudah familiar dengan struktur dasar Coplanar Waveguides, atau CPWs, dan Grounded Coplanar Waveguides, atau GCPW).

Panduan Gelombang Coplanar Beralas

Pemandu Gelombang Coplanar Beralas menjadi lebih lazim dalam desain PCB karena meluasnya integrasi Wi-Fi dan Bluetooth pada papan sirkuit modern. Beberapa keunggulan GCPW dibandingkan saluran transmisi mikrostrip tradisional adalah sebagai berikut:

• Kerugian yang lebih rendah:Lebih banyak garis E-field bergerak melalui udara dibandingkan dengan mengalir melalui material PCB yang hilang. Ini memungkinkan penggunaan FR-4 yang lebih murah untuk desain PCB yang beroperasi pada 5GHz.

• Isolasi:Garis GCPW menawarkan lebih banyak isolasi dibandingkan mikrostrip karena garis bidang lebih dibatasi.

• Geometri Fleksibel:Impedansi GCPW terutama dikendalikan oleh celah antara jejak dan struktur tanah coplanar. Hal ini memungkinkan lebih banyak fleksibilitas dalam lebar jejak dibandingkan dengan saluran transmisi mikrostrip.

• Menurunkan Rugi Kekasaran Permukaan Tembaga:Arus dalam garis mikrostrip cenderung terkonsentrasi di sepanjang bagian bawah jejak, di mana tembaga paling kasar (untuk mempromosikan adhesi ke dielektrik). Saluran transmisi GCPW yang dirancang dengan benar cenderung memiliki arus yang terkonsentrasi di tepi jejak, di mana permukaannya lebih halus.

• Penempatan Komponen Pencocokan Superior:Sebagian besar saluran RF Bluetooth atau Wi-Fi memerlukan komponen pencocokan seri dan/atau paralel. Karena GCPW memiliki ground yang berbatasan langsung dengan trace, komponen paralel dapat dipasang langsung di antara trace dan ground coplanar, yang menghilangkan parasit yang terkait dengan vias.

Banyak alat tersedia untuk menghitung impedansi struktur GCPW, tetapi alat gratis yang tersedia di Internet biasanya memiliki batasan pada jenis struktur yang dapat dianalisis. Struktur dasar biasanya dapat dihitung, tetapi efek dari struktur hampir tembaga biasanya memerlukan simulasi EM untuk memodelkannya dengan benar.