50Ω 접지 공면 도파관에 어떤 문제가 있습니까?

EFR32BG13 Bluetooth 저에너지 SoC를 중심으로 구축 된 4 계층 설계를 진행하고 있습니다. 매칭 회로를 만들기 위해 안테나의 임피던스를 측정하는 동안, 나는 짧은 접지 공 평면 도파관 (GCPW) 전송 라인이 전송 라인보다 안테나처럼 행동한다는 것을 발견했습니다.

문제의 원인을 좁히기 위해 간단한 4 레이어 전송 라인 테스트 보드를 만들었습니다.

보드는 100mm 정사각형입니다. 모든 보드에 35μm의 구리를 지정하고 처음 두 레이어 사이에 0.175mm의 유전체 (유전 상수 4.29)를 지정하는 ALLPCB로 제작 한 보드를 사용했습니다. AppCAD를 사용하여 0.35mm의 트레이스 너비와 0.25mm의 갭을 가진 디자인은 48.5Ω의 임피던스를 생성한다는 것을 알았습니다. 보드의 상단 레이어는 위의 빨간색으로 표시됩니다. 다른 세 층은 다음과 같은 접지면입니다.

저는 오늘 보드를 받았으며 S21 커넥터의 하단에서 두 번째 섹션 인 S21 커넥터를 테스트했습니다. 양쪽 끝에 SMA 커넥터가있는 직선형 GCPW입니다. 나는 짧은 길이의 동축이 포트 1과 2에 연결되고 테스트 보드가 동축의 길이 사이에 연결된 HP 8753C / HP 85047A를 사용했습니다. 놀랍게도 이것이 내가 본 것입니다.

2.45GHz에서 전송 라인의 응답은 -10dB입니다. 보드를 "thru"커넥터로 교체하면 정확히 무엇을 기대하는지 알 수 있습니다.

첫 번째 테스트가 슬램 덩크가 될 것이라고 생각하고 그보다 더 복잡한 테스트에서 문제를 찾기 시작했을 때 약간의 손실이 있습니다. 나는 VNA와 내가 여기서 뭘 잘못하고 있는지 배우고 자하는 열망이 있습니다. 내 테스트 방법이나 GCPW 디자인 자체에 문제가 있습니까? 어떤 도움이라도 대단히 감사하겠습니다!

편집 : Neil_UK가 제안한 것처럼 솔더 마스크를 긁어 내고 솔더로 틈을 메워 하나의 보드에서 열을 제거했습니다. 이 구성으로 S11 및 S21을 측정하면 다음과 같은 결과가 나타납니다.

S21 플롯을 이전 결과와 비교하면 인식 가능한 차이가없는 것 같습니다.

편집 2 : mkeith이 제안한 것처럼, 나는 이전 "점수 및 중단"방법을 사용하여 테스트 보드의 "스트립"중 하나를 나머지와 분리했습니다. 분리하기로 선택한 보드는 열을 제거한 보드와 동일하므로이 결과는 이전 플롯에서 추가로 수정됩니다. 여기있어:

S11 플롯에서 트로프가 심화되었지만 전송선으로서의 보드 기능은 크게 개선되지 않았습니다.

편집 3 : 가장 최근의 실시 예에서 보드 사진은 다음과 같습니다.

편집 4 : 하나의 SMA 커넥터 양쪽의 클로즈업 샷 :

SMA 커넥터는 Molex 0732511150입니다. PCB 랜드는 다음 데이터 시트의 권장 사항을 따릅니다.

http://www.molex.com/pdm_docs/sd/732511150_sd.pdf

편집 5 : 다음은 한 모서리 근처의 보드 단면입니다.

녹색 선은 제조업체의 사양에 따라 크기가 조정되며 여기에 복사됩니다.

편집 6 : 다음은 예상 치수를 나타내는 빨간색 선이있는 보드의 하향식 사진입니다.

편집 7 : 큰 중앙 SMA 랜드의 효과를 확인하기 위해 중앙 패드를 한 보드에 조각하여 나머지 트레이스와 같은 너비가되도록했습니다. 그런 다음 구리 테이프를 사용하여 양쪽의 접지를 확장했습니다.

그런 다음 S11과 S21을 다시 테스트했습니다.

이것은 S11을 크게 개선 한 것으로 보이며, 큰 중심 랜드가 실제로 라인의 양쪽 끝에 커패시턴스를 생성하여 공명을 초래한다고 믿게됩니다.

편집 8 : SMA에서 GCPW 로의 전환을 처리하는 방법에 대한 지침을 찾으려면이 백서를 보았습니다.

http://www.mouser.com/pdfdocs/Emerson_WhitePaperHiFreqSMAEndLaunch.pdf

이 논문은 특히 고주파 기판의 사용에 관한 것이지만, 여기서도 여전히 많은 부분이 적용 가능하다고 생각합니다. 나를 위해 두 가지 주요 사항이 눈에.니다.

1. GCPW는 보드 가장자리까지 계속 이어져야합니다.
2. 고주파 엔드 런치 SMA 커넥터는 짧고 좁은 센터 핀을 사용하여 GCPW에 미치는 영향을 최소화합니다. 전송선에 얇은 중앙 도체가있는 이와 같은 응용 분야에 더 적합 할 수 있습니다.

SMA를 접지 할 때 '열'을 사용해서는 안됩니다. 이 접지 탭은 파손되지 않은 큰 접지면으로 곧장 가야합니다. 납땜하기가 더 어려워지지는 않지만 SMA의 대부분을 가열해야하므로 각 SMA의 접지에 3 개의 인쇄 인덕터가 필요하지 않습니다.

S21 플롯에서 잔물결을 보면 반복 잔물결이 보드 폭만큼 떨어진 열악한 일치점을 갖는 것과 일치합니다. 그것은 전체 이야기가 아닐 수도 있지만 더 미묘한 세부 사항을 찾기 전에이 명백한 문제를 해결하십시오.

보드를 다시 만들 필요가 없으며 레지스트를 긁어 내고 땜납으로 컷을 브리지로 빠르게 수정할 수 있습니다. 게시물을 수정하고 새 측정을 추가하십시오. BTW, S11은 일반적으로 S21보다 '예상 양호'라인에서 측정하는 데 더 민감한 측정이지만, 동의하지만이 S21은 매우 나쁩니다.

보드 재료는 무엇입니까 (중요하지 않은 세부 사항은 아님)?

(편집하다)

그래서 그것은 열이 아닙니다. 우리는 단지 3GHz에 있다고 생각합니다.

선이 올바르게 계산 되었습니까? 이 치수를 사용하면 이 계산기는 48.93을 제공하지만 분명히 제로 두께 구리를 사용합니다. 이것은 35um 구리로 47.42를 제공하고 두께가 0 인 다른 것과 일치하므로 디자인이 그럴듯 해 보입니다. 가정 한 것과의 차이만으로는 측정을 설명하기에 충분하지 않습니다.

보드가 올바르게 제조 되었습니까?

$\varepsilon_r$

접지 스티칭 비아로부터 멀리 떨어진 테스트 보드에서 절단 된 보드의 커패시턴스 측정은 결합 된 두께와 유전 상수를 제공합니다. 테스트 피스의 전기적 길이 측정은 형상의 영향을 거의받지 않고 본질적으로 유전 상수를 제공합니다.

시뮬레이션 된 S11 및 S21이 측정 값과 일치 할 때까지 전송 라인의 길이를 모델링하고 길이, 임피던스 및 손실을 조정하는 것은 사소한 일입니다. 심지어 옵티 마이저에게 자동으로 수행하도록 요청할 수도 있습니다. 결과에 적합한 모델입니까?

커넥터의 신호 탭이 매우 넓어서 각 커넥터마다 매우 짧은 임피던스 라인이 생성되는 것을 알았습니다.이 길이에서는 덩어리 C로 모델링하면 3GHz에 적합 할 것입니다. 모델에 두 개의 집중 C를 추가하고 해당 시뮬레이션을 결과에 맞추십시오. 커넥터 인터페이스 영역을 확대하여 게시 상황을 올바르게 확인할 수 있습니다.

(/편집하다)

데이터 시트를 잘못 해석했다고 생각하거나 4 개의 레이어가 있고 최상위 레이어에 기반을두고 있다는 사실을 설명하지 않았으므로 디자인 권장 사항에 따라이 레이아웃을 요구하지 않습니다.

「저면 (구리) 측의 구리」라고 말한다

이것이 내가 데이터 시트를 해석하는 방법입니다.

중앙 패드의 너비는 바닥에 접지 면만있는 (트랙 아래 ~ 1.6mm) 1.57mm 두께의 이중 레이어 (4 레이어 아님) 보드를 사용하는 경우 잘 일치하도록 / 50ohm 임피던스에 가깝게 설계되었습니다. 왜 터미널에서 멀어지는 트랙을 보면 1.6mm 보드가 바닥에 접지되어 있기 때문에 50ohm 임피던스를 얻기 위해서는 매우 넓은 트랙이 필요하기 때문에 더 넓습니다.

중앙 패드 아래의 가운데 두 구리 층에서 구리를 제거하지 않은 경우 접지 사양을 설계 사양에서 추정 한 것보다 훨씬 더 가깝게 옮겼습니다. 또한 상단 평면에 접지되어 있기 때문에 임피던스도 변경했습니다. 데이터 시트에 지정된 중앙 패드와 접지 패드 사이의 거리는 접지면으로 채워지지 않아야합니다.