Sollten die ungenutzten Bereiche auf der obersten Schicht meiner HF-Leiterplatte geerdet werden?

RF Engineering ist "Pure Black Magic". Befürworter werden darauf bestehen, dass dies nicht der Fall ist, aber wenn Sie nicht in Physik promoviert haben, wird es wahrscheinlich so aussehen. Die Konzepte von Widerstand, Kapazität und Induktivität, die bei Gleichstrom und Niederfrequenz (bis zu einigen MHz) sinnvoll sind, sind völlig verzerrt, wenn es um Hochfrequenzdesign und -implementierung geht. Leiterbahnen können sich eher wie Widerstände oder Impedanzelemente verhalten, Pads und Lücken wirken wie Kondensatoren, Ecken wie Reflektoren usw. Die gesamte Komplexität übersteigt sogar ein kurzes Buch zu diesem Thema.

Die kurze Antwort lautet: „RF“ und „zweiseitige Leiterplatte“ werden selten zusammen gehört. Die meisten HF-(Sende-)Geräte verwenden eine 4- oder mehrschichtige Leiterplatte, und die äußeren Schichten sind normalerweise Masseebenen. Einige werden sagen, dass dies eher ein Fehler auf der sicheren Seite ist, aber für jemanden, der mit HF-Design nicht vertraut ist, kann es den Unterschied zwischen einem funktionierenden Design bedeuten oder nicht.

Bei einem Transceiver-Gerät wie Bluetooth kann das erzeugte elektromagnetische Feld beim Senden in der Nähe der Position der Antenne an nahegelegene Leiterbahnen koppeln (insbesondere wenn sich ihre Länge einem Viertel der Wellenlänge nähert) und Spannungen und Ströme induzieren, was zu einem unregelmäßigen Verhalten führt. Aus diesem Grund werden Masseebenen verwendet; um diese Wellen zu absorbieren. In der Nähe der Antenne ist die EM am stärksten, also können sie dort nicht beliebig verlegt werden; Abmessungen und gleichmäßige Form können für den korrekten Betrieb entscheidend sein. Weiter entfernt wird es weniger problematisch, da sich das EM-Feld im umgekehrten Quadrat der Entfernung auflöst. Diese TI-App-Note berührt einige der anderen Details bei hohen Frequenzen.

Ich würde sagen, die praktischste Lösung besteht darin, ein Referenz-PCB-Layout für das jeweilige verwendete BT-Gerät zu finden und von dort aus zu beginnen. Hoffentlich hat der Hersteller einen zur Verfügung gestellt. Zum Vergleich hier ein kleines Bild eines solchen Designs. Das Datenblatt erwähnt nicht viel über die Leiterplatte, wahrscheinlich weil der Designer viel Zeit damit verbracht hat, daran zu arbeiten. Die Platine sieht so aus, als ob sie eine 2-seitige sein könnte, dies ist jedoch unklar. Ein größeres Foto ist hier zu sehen . Auf der Oberseite sind Spuren zu sehen und Sie denken vielleicht "Aaha! Ich wusste, dass 2-seitig gemacht werden könnte ...", aber einige winzige, aber sehr wichtige Dinge sind bemerkenswert:

• Unter der Antenne befindet sich ein Streifen mit Durchkontaktierungen. Diese sind eng beieinander angeordnet, um das stärkste EM-Feld gegen Masse kurzzuschließen.

• Es ist unmöglich zu sagen, ob die linke Seite der Antenne unter dem Siebdruck-Logo kurzgeschlossen ist. Wenn dies der Fall ist, kann es sich um eine PIFA- Antenne handeln.

• Auf der Rückseite befindet sich definitiv zumindest eine teilweise Masseebene, da der Großteil der mittleren Leiterplatte dunkel ist. Wie Olin in Pauls Link oben erklärt, werden ein paar kleine Pads und Spuren hier und da wahrscheinlich nicht viel ausmachen, aber eine zentimeterlange Spur oder eine Gruppe von nicht geerdeten Teilen fordert Ärger.

• Die Mikro-Durchkontaktierungen, die in einigen der Leiterbahnen auf der Vorderseite zu sehen sind, sind wahrscheinlich mit der Masseebene verbunden. Diese wurden nicht willkürlich platziert, sondern füllen so viel wie möglich von der oberen Oberfläche aus, um die EMI dort so gut wie möglich zu reduzieren. (Dies ist ein Versuch zu versuchen, ein robustes Gerät herzustellen, ohne mehr Schichten zu verwenden.) Es kann sein, dass es genügend obere Massebereiche gibt, die genug von der Oberfläche bedecken, so dass dort viel Kopplung verhindert wird. (Haben Sie sich jemals gefragt, warum ein Mikrowellenherd Löcher in der Tür hat, aber keine Mikrowellen durchkommen? Das liegt daran, dass die Löcher viel kleiner sind als die Frequenz (Wellenlänge), sodass die Mikrowellen sie nicht durchdringen können.)

• Es gibt wahrscheinlich Spuren auf der Rückseite unter der Antenne, die scheinbar "nichts tun" oder nirgendwo eine Verbindung herstellen. Wie Quadrate oder Rechtecke. Hier kommt das wirklich lustige Geschäft mit RF ins Spiel. Denken Sie daran, dass bei hohen Frequenzen ein Pad als Kondensator erscheinen kann. Diese Spuren sind also wahrscheinlich so ausgelegt, dass sie an dieser Stelle physisch eine gewisse Kapazität oder Kopplung einführen, sogar durch die Leiterplatte. Dies kann durchgeführt werden, um einen Teil eines Resonanzelements (Antenne) mit einem anderen zu "verbinden", obwohl keine physische Verbindung besteht.