Erweitern einer HF-Masseebene außerhalb einer kleinen Leiterplatte

Ich mache eine HF-Leiterplatte mit einer oberflächenmontierten Antenne darauf. Da es sich um eine Viertelwellenantenne handelt, sollte die Grundplatte für eine gute HF-Leistung ebenfalls eine Viertelwellenlänge lang sein.

Beispielsweise benötigt eine 915-MHz-Antenne eine Grundplatte von 8,4 cm (3,3 Zoll) Länge. Stellen wir uns vor, meine Platine ist 1 Zoll breit. Als 4-Lagen-Leiterplatte würde es bei OSH Park 10 $ * 3,3 Zoll ^ 2 = 33 $ kosten. Jedes Mal, wenn ich ein Design vermassele, sind das 33 Dollar mehr verschwendet.

Ich habe einen Artikel von Antenova über winzige Masseflächen gelesen . Mir ist diese Methode zum Umgang mit kleinen Bodenebenen aufgefallen:

Ihre Masseebene muss nicht Ihre Host-Leiterplatte sein. Eine Kupferverlängerung kann hinzugefügt werden. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dieses Kupferstück nicht um und unter den bestehenden Boden zu legen. Ein Beispiel hierfür ist eine Uhrenanwendung. In diesem Fall kann die Masseverlängerung in das Uhrenarmband geführt werden.

Verlängerung aus Kupfer? Ich habe freien Zugang zu CNC-Maschinen, die FR-1-Kupferplatten fräsen können! Ich kann meine Masseebene über meine winzige Leiterplatte hinaus verlängern ... richtig?

Option 1: Meine erste Idee war, ein Kupferblech (FR-1) unter die HF-Leiterplatte zu legen und Durchgangslöcher zu verwenden, um die Leiterplatte mit dem Kupferblech zu verlöten. Hier ist eine Seitenansicht und eine Draufsicht dieses Stapels:

Option 1: große Massefläche unter der Leiterplatte

Dieses FR-1-Kupferblech sollte die Größe meiner HF-Masseebene erweitern. Da fiel mir folgendes aus dem Artikel ein:

Es muss jedoch darauf geachtet werden, dieses Kupferstück nicht um und unter den bestehenden Boden zu legen.

Uh-oh. Ich habe jetzt eine kleine Massefläche (PCB-Schicht 2) mit einer großen Massefläche (FR-1-Kupferblech) darunter! Zwischen dem kleinen Boden und dem großen Boden liegen etwa 1,5 mm (60 mils), wobei nur der Rand der Durchgangslöcher sie verbindet. Also hatte ich eine andere Idee.

Option 2: Ich kann das Kupferblech mit einer Reihe von Durchgangslöchern mit dem Rand meiner Leiterplatte verbinden. Dadurch wird ein Überlappen einer der Grundebenen vermieden.

Option 2: Große Grundplatte, die nur am PCB-Rand angeschlossen ist

Dies behebt mein letztes Problem, aber diese Kantenverbindung ist schwächer und könnte leicht brechen.

Die große Frage: Fördert oder beeinträchtigt das Erweitern einer PCB-Masseebene mit einer weiteren Kupferebene die HF-Leistung? Wenn ja, komme ich mit Option 1 davon? Das mag ich am Liebsten.

Ich mache mir nur Sorgen, dass die Durchgangslochverbindungen zwischen den beiden Ebenen für die HF-Signale wie ein großer Impedanzstoß aussehen werden. Wenn Durchgangslöcher eine schlechte Wahl sind, kann ich mit Landpads unter der Leiterplatte immer kreativ werden, aber diese machen das Routing der unteren Schicht kompliziert.

Ich kann keine anderen Beispiele für diese Praxis im Internet finden. Wenn Sie mich bitten, es mit Impedanzanpassung abzustimmen, kann ich mit einer winzigen Masseebene nur so viel tun. Außerdem wäre es ein langer und mühsamer Prozess, Zugang zu einem VNA zu erhalten.

Ich kann keine flexiblen Dipolantennen verwenden, da ich Größen- und Steifigkeitsbeschränkungen habe.

Das ist ein Problem, das ich mit Kreativität zu lösen versuche. Ich kann nicht weiter Geld auf meine Probleme werfen.

Antworten (2)

Option 1 sollte am besten sein. Es hat eine geringere GND-Impedanz als Option 2, da es näher an der Antenne liegt und eine bessere kapazitive Kopplung zu den anderen GND-Schichten aufweist.

Ich verstehe den zitierten Text nicht und mir fällt auch kein einziger Grund ein, warum man nicht alle GNDs, die man hat, so gut und eng wie möglich miteinander verbinden sollte.

Eine Antenne ist wie eine Kinderschaukel: Je besser sie auf der Erde befestigt ist, desto besser und stärker können Kinder damit schaukeln.

In Bezug auf den Artikel müssen sie davor warnen, die Masseebene in eine U-Form zu biegen, ohne die beiden parallelen Hälften elektrisch zu verbinden. Ich werde so viele Durchgangsbohrungen fallen lassen, wie es mein Design zulässt.

Uns ist mal was ähnliches passiert, auch bei 900MHz. Wir hatten eine Keramikantenne mit einer sehr kleinen Grundplatte in unsere Leiterplatte gelötet. Da die Leistung sehr schlecht war, haben wir uns an den Antennenhersteller gewandt und er schlägt vor, ein Kupferband direkt auf unserer Grundplatte anzubringen, was die Effizienz erheblich verbessert.

Das Kupferband war etwa so: https://www.sparkfun.com/products/10561

Also ja, eine Erhöhung der Länge der Kupferebene verbessert die Effizienz der Antenne. Aus dieser Präsentation von Laird können Sie Folgendes entnehmen: https://connectivity-staging.s3.us-east-2.amazonaws.com/s3fs-public/2019-04/engineers-approach-antenna-selection-implementation-webinar.pdf Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Über Option eins oder zwei. Die Option zwei funktioniert sicher, da es dasselbe ist, was wir getan haben. Aber ich bin mir nicht sicher, ob die Option eins nicht funktioniert. Ich hoffe es hilft!

Erweitern einer HF-Masseebene außerhalb einer kleinen Leiterplatte
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