¿Es imprescindible que una PCB RF (placa de circuito impreso) tenga un gran plano de tierra?

Answer 1

Un circuito RF diseñado adecuadamente requiere trazas de PCB con impedancia coincidente. La mayoría de las formas que existen para crear una impedancia controlada requieren uno (microstrip, guía de onda coplanar con conexión a tierra) o dos planos de referencia (línea de banda), y esos planos deben ejecutarse sin interrupción a lo largo de la traza.

Hay dos excepciones. Una vez es básicamente el escenario “puedes salirte con la tuya”. Por lo general, las frecuencias de RF son lo suficientemente altas como para que el control de impedancia sea absolutamente necesario, pero si tiene frecuencias más bajas en una ejecución más corta, puede escapar sin una impedancia controlada. Lo que obtendrá es una pérdida de potencia en la señal (la razón por la que desea que la impedancia controlada sea una impedancia que coincide con la línea de transmisión transmite la mayor potencia posible del transmisor al receptor, lo que significa que menos de ella termina como ruido) y más de eso señal que aparece como reflejos. Pero si es lo suficientemente corto, tal vez funcione.

El otro es diseñar una línea de transmisión de guía de onda coplanar “clásica” que básicamente utilice un plano de tierra estrecho en la misma capa (por ejemplo, coplanar). Esto funciona bien, pero como muchos trucos geniales de RF, las geometrías no son necesariamente muy buenas para las frecuencias de RF comunes.

Puede encontrar más información sobre estas cosas en Microondas101 | Información de microondas, calculadoras, enciclopedia y herramientas | Microondas 101 | IEEE

Answer 2

Depende

Puede haber dos tipos de pistas de RF: pequeñas líneas de alimentación a algún chip (un amplificador, por ejemplo) o líneas que forman parte de la geometría de algún dispositivo (un acoplador / divisor de potencia / antena, etc.).

Las líneas de microstrip que se utilizan para alimentar chips normalmente tienen una longitud muy pequeña, y no tiene que preocuparse siempre que cumplan dos condiciones (i) la impedancia característica correcta y (ii) algún plano de tierra debajo de la línea, es decir, Satisfacer la estructura de dos conductores para la propagación TEM / cuasi-TEM. En este caso, el tamaño del plano de tierra no importa mucho, siempre que esté presente debajo de la línea.

En el segundo tipo donde las líneas de microstrip forman una parte de la geometría de la antena / otro dispositivo, el tamaño del plano de tierra tiene un efecto significativo en el rendimiento del circuito. Esto se debe principalmente a los efectos de campo de franjas en los bordes, que es dominante para pequeños planos de tierra.

Las soluciones ideales para la mayoría de las ecuaciones de dispositivos pasivos suponen un plano de tierra infinito y, si eso es lo que desea, mantenga un plano de tierra grande. Sin embargo, si no tiene ese lujo (debido a restricciones de tamaño o algo así), use un simulador EM para introducir un plano de tierra finito debajo de su geometría, y vea qué dan los resultados de la simulación. Optimice su diseño en consecuencia.

Además de los efectos marginales, el tamaño del plano de tierra puede cambiar la frecuencia de resonancia, lo que puede ser un efecto indeseable en los circuitos de banda estrecha. Muchas antenas de microstrip prefieren un pequeño plano de tierra, ya que son los campos de franjas los que se usan para irradiar.

Por lo tanto, ¡el tamaño del plano de tierra radica en lo que su aplicación necesita!

Answer 3

Creo que la respuesta que están buscando es sí.

Es tradicional diseñar circuitos con características estables y predecibles, y es mucho más fácil analizar los citcuits que tienen una referencia de tierra común e impedancias predecibles.

Además, generalmente no desea circuitos que irradien y absorban señales.

Por lo tanto, un plano de tierra es algo muy útil.

Pero puede hacer circuitos que no tienen plano de tierra, solo necesitan muchos ajustes y experimentos para que funcionen correctamente.

Answer 4

Una señal rf que viaja a lo largo de la traza en una PCB normalmente requiere una ruta de retorno para completar el circuito. Esto puede ser una segunda traza que es muy paralela a la primera (ya sea coplanares o en una segunda capa), implementando así un tipo de línea de transmisión equilibrada, o un plano de tierra adecuadamente extendido y continuo debajo de la traza, de modo que la “imagen “de la traza inicial en el plano de tierra proporciona la ruta de retorno. De lo contrario, es muy probable que se produzca radiación de la señal o efectos de acoplamiento no deseados. ¡Por supuesto, en algunas aplicaciones, la radiación que ocurre en ausencia de un plano de tierra puede ser intencional! Y en la mayoría de los casos, el plano de tierra es una parte esencial del diseño general de la PCB.