Патч-антенна. Процесс разработки/изготовления., Минимальное число итераций? Опции

[evg123]

Преамбула:
Проектирую патч антенну. Она представляет собой несколько сфазированных резонаторов на одной стороне и платы, и питающие микрополоски - на другой стороне. На плате SMA - разъём, к которому подводится мощность, которая по микрополскам через межслойные перемычки попадает на резонаторы. Буду собирать стенд: генератор, СВЧ-кабель, антенна. Основной вопрос в КСВН. На частоте 20ГГц, тот генератор, что буду использовать - требует КСВН <= 2.0 . Т.е. изготовленная плата (с антенной и питающими микрополсками), припаянным к ней SMA-разъёмом и прикрученным к ней (конечно же динамометрическим ключём) СВЧ кабелем в сумме должны дать КСВН меньше двойки.

Вопрос:
Как этого добиться с минимально возможным числом итераций производственного цикла?

Возможное рещение:
1)Очевидно, что для расчёта использую САПР (ADS), рассчитываю топологию.
2)Изготавливаю пробный вариант платы по расчёту.
3)Припаиваю разъём (board edge connector). Для измерения КСВН подключаю через кабель VNA и строю диаграмму Смита. (Калибрую VNA так, чтобы убрать неоднородность, вносимую кабелем). Постороил.
4)Далее - использую процедуру деембеддинга неоднородности, вносимой SMA-разъёмом. В результате нахожу диаграмму Смита но уже без разъёма.
5)По этим эксперементальным данным рассчитываю согласующий микрополосок, чтобы идеально согласовать вход платы (сразу после разъёма) на 50 Ом.
6)Изготавливаю второй вариант. И готово!

Но:
Вопрос №1: есть ли такая процедура деембеддинга моего SMA разъёма по эксперементальным данным?
Вопрос №2: насколько можно верить результатам моделирования? Не получится ли так, что изготовленная плата настолько уплывёт по параметрам от ожидаемых (даже от ADS при всём к нему уважении), что согласующий микрополосок (на 5-ом шаге) будет сделать невозможно?
Вопрос №3: Что я сказал не так, как всё это можно оптимизировать?

[serega_sh____]

.... Основной вопрос в КСВН. На частоте 20ГГц, тот генератор, что буду использовать - требует КСВН <= 2.0 . ....

В чем проблемма!? На выход генератора повесить 3дб аттенюатор.

[evg123]

В чем проблемма!? На выход генератора повесить 3дб аттенюатор.

Согласен. Но это вопросов ни разу не снимает. В готовом устройстве (стенд - это макетная стадия) антенна должна быть тщательно вылизана. Суть стенда как раз, чтобы отработать топологию.
Расcчитали её в ADS, проверили в каком-нибудь другом САПРе. Сделали стенд.
А дальше вопрос не в том, чтобы запустить стенд, а в том, чтобы довести антенну до удовлетворительного состояния, чтобы она могла без проблем работать с MMIC в готовом устройстве.
Сейчас мы имеем ряд китов, на которых можно макетировать, а далее это всё надо упаковывать в один конструктив на одной плате.

[serega_sh____]

ну... это сложно. Особенно на таких частотах и с пайкой. А ещё проблеммы с технологическими допусками при изготовлении печатнх плат.
партия большая?

Может сделать по другому.
Макет -> скальпель+индий -> вторая иттерация с новой топологией по первой подрезке и т.д.

Какие разьемы? Платку можете показать?

[Neznayka]

Делал похожую антенну на 24 ГГц.
Во-первых, материал. На чем вы делаете плату? Я делал на RO4003C.
Во-вторых, производитель. Кто делает платы? Я делал в TePro, просил, чтобы покрыли серебром.
В-третьих, какой КМПП вы используете? Частота 20 ГГц немного выше, чем обычная рабочая для SMA (18 ГГц). Лучше брать КМПП с частотой до 26-27 ГГц (есть статья Джуринского "Соединители SMA с предельной частотой до 27 ГГц", где можно посмотреть, кто и что делает). Я использовал КМПП Super-SMA End Launch 292-04A-5 от Southwest Microwave, которые можно не припаивать к полоску (т.е. исключается влияние пайки на КСВН). Результат, конечно, отличался от расчетного, но остался в рабочих допусках.
В-четвертых, нужно предусмотреть механизм компенсации неоднородности. Для этого нужно прогнать плату по разбросу параметров.
А вообще, было бы интересно посмотреть топологию антенны. Т.к. на таких частотах межслойные отверстия могут внести сильные искажения в характеристики антенны.
Можно еще подстраховаться - прогнать одну и ту же топологию в разных симуляторах.
Все выше сказанное в какой-то степени позволяет ответить на Вопрос №2. По 1-му и 3-му надо думать...

[evg123]

Материалы:
Два ядра Ro4350b. Склеены двумя препрегами Ro4450B.
Одно ядро (0.254) - для питающих микрополосков.
Второе ядро (0.508) - для резонаторов.
Препреги - 0.101 - две штуки.

КМПП:
http://www.fairviewmicrowave.com/sma-femal...r-sc3060-p.aspx
Хотим такой или подобный.
Вопрос в том, что их S-параметры не указаны. Как сделать деембеддинг (чтобы выйти на реальные параметры) - пока не знаю, разбираюсь.
Есть ли что-то лучше, чем такой наплатный разъём в плане вносимой неоднородности?

Изготовитель:
Плату делает наш местный подрядчик. Имеет оборудование в Китае. Минимальный отверстие под механическое сверление - 0.2 мм.
Обратное сверление - не делает. Вполне достойный. (Впрочем - посмотрим). Поверхность будем порывать иммерсионным золотом.

Моделировали(FEM) в ADS, потом в Analyst-е. Результаты отличаются где-то на 10%. Общий вывод - респект и уважение ADS-у. У него всё как-то пошустрее.

Т.к. на таких частотах межслойные отверстия могут внести сильные искажения в характеристики антенны.

Выбирали размеры антенных резонаторов, чтобы на нашу частоту они входили в резонанс, далее запитывали резонатор через полосок и переходное отверстие,
и выводили параметры микрополоска, чтобы S11 давал хорошие результаты. Моделировали как единую электромагнитную структуру.

[serega_sh____]

Вопрос в том, что их S-параметры не указаны. Как сделать деембеддинг (чтобы выйти на реальные параметры) - пока не знаю, разбираюсь.
Есть ли что-то лучше, чем такой наплатный разъём в плане вносимой неоднородности?

Может пойти от простого...
Что мешает сделать измерительную перемычку с двумя такими соединителями на концах? Только плату и дорожки посторайтесь сделать как у Вас в проекте.
А потом зная полную матрицу S-параметров по принципу симметричности сделать экстракцию "полуперемычки". Или вообще Вашего соединителя зная параметры микрополоска. Мне кажется, что опорную плоскость лучше сместить на некорорую длинну от места пайки. Как я понимаю основная цель сделать с минимальным КСВ и знать электрическую длинну. А остальное не так важно

Вот например всех уж тыкаем в SouthWest. Делают при помощи TimeDomain исследования вариантов подключения к МПП.

[evg123]

Может пойти от простого...
Что мешает сделать измерительную перемычку с двумя такими соединителями на концах? Только плату и дорожки посторайтесь сделать как у Вас в проекте.
А потом зная полную матрицу S-параметров по принципу симметричности сделать экстракцию "полуперемычки". Или вообще Вашего соединителя зная параметры микрополоска. Мне кажется, что опорную плоскость лучше сместить на некорорую длинну от места пайки. Как я понимаю основная цель сделать с минимальным КСВ и знать электрическую длинну. А остальное не так важно

Вот например всех уж тыкаем в SouthWest. Делают при помощи TimeDomain исследования вариантов подключения к МПП.

Вот кстати говоря день это обдумываю. В точности, то что вы озвучили.

[serega_sh____]

Изготовитель:
Плату делает наш местный подрядчик. Имеет оборудование в Китае. Минимальный отверстие под механическое сверление - 0.2 мм.
Обратное сверление - не делает. Вполне достойный. (Впрочем - посмотрим). Поверхность будем порывать иммерсионным золотом.

Я не много не понял про ядра. По русски можно?

Какие тех допуски на протравы? (Если не знаете цифру, то она выводится из минимальной ширины дорожки).
Отклонения "базы" сверлильного станка (помоему выводится из мин.толщины пояска отв.).
Какие отклонения на несимметричность прессования слоёв.

Вы моделировали с учетом этих технологических погрешностей?

Советую промоделировать КМПП с малым количеством припоя на контакте и с большим количеством припоя. Ну и делайте локальную маску ограничивающую растекание припоя.

Кстати про покрытие золотом с разными подслоями, тут такие дебаты возникают. Неспроста. Тут надо осторожнее. Там как будьто появляется резистивный слой, который оказывает сильное влияние на характеристики печатной платы. Но в этом я пока мало понимаю. Нет опыта.
Кстати2. Режим эксплуатации какой? Это я исходя из технологии спрашиваю. Не спроста делают отверстия с терморазвязкой. А тут СВЧ. Если будете без терморазвязки ничего не выгнет? ничего не порвёт? А ещё слышал такое понятие "баланс меди". Ну так... Мысли вслух....
Кстати3. А ничего страшного не произойдет если Вашу плату выгнет пропеллером? Ну есть такой параметр у печатных плат после прессования.

[evg123]

Я не много не понял про ядра...

Про ядра: (рис 1. б - наша конфигурация)
http://www.pcbtech.ru/pages/view_page/116
Снизу полоски, сверху резонаторы, в середине - препрег. "Ядро" - это просто другое название ламината. Ro4350b - это как раз ядро. Ro4450b - препрег.
Допуск на протравы - то что мне сказал производитель - 1 толщина фольги - т.е. 35 микрон.
Про прессование - всего два препрега - их (со слов производителя) особенно то и не спрессуешь.
Моделировал разброс параметров по препрегу (толстый и тонкий) - это влияет на характеристики резонатора - в общем удовлетворительно. (Лучше толстый чем тонкий).
Про КМПП - пока не нашёл адекватную модель. Может у кого-то что-то есть? (То, что предлагает аналист - не очень-то устраивает.)
На разъёме (на ките) припоя оч. мало.
Режим эксплуатации - малые мощности (сотни милливатт).


Спасибо за SowthWest и Джурджинского.

[evg123]

По ходу работ возник ещё вопрос: нужны СВЧ thin-film - резисторы 0402. Пока нашли двух поставщиков только:
http://www.vishay.com/docs/53014/ch.pdf
и
http://www.koaproducts.com/shdr_en.php#08

Нам нужны номиналы 100, 50 и ~90 Ом. (Несимметричный микрополосковый делитель требует нестандартного сопротивления ~90 Ом, ближайший из рядя Е12 - 82 Ома), а такие у этих ребят под заказ.

Причём Vishay в нашем диапазоне (20ГГц и выше) предлагает лучшие частотные характеристики чем KOA.


Вопрос: какие ещё производители кроме Vishay и KOA производят СВЧ 0402 thin-film - резисторы?

[saab]

Вопрос: какие ещё производители кроме Vishay и KOA производят СВЧ 0402 thin-film - резисторы?

Завод имени Пупкинда Да реально никто. Тот кто пылит тонкопленочные схемы помню в 80х делали чип резисторы,
размерами меньше или около 0402, дык это было по бедности да и СВЧ тогда не было, подозреваю
выше 1Гига не тянули. Со слоями хитро, да и резистивный слой снизу должен быть, так что
любой резистор улучшит свои параметры, если кверху ногами припаять.

Проектирую патч антенну

зачетно, такое же есть в наличии, даже с двумя поляризациями. ADS не та среда которая заточена
для подобного дизайна. С таким же успехом Asoft, Genesys, и прочие. Как бы там не увидишь
Realized Gain и всякие КПД, плюс распределение токов и много чего еще, втч в ближней зоне и пр.

[evg123]

...ADS не та среда которая заточена
для подобного дизайна. С таким же успехом Asoft, Genesys, и прочие. Как бы там не увидишь
Realized Gain и всякие КПД, плюс распределение токов и много чего еще, втч в ближней зоне и пр.

Эт. вопрос спорный...

[evg123]

Завод имени Пупкинда Да реально никто...

Есть производители. Даже не далеко от того места где мы располагаемся. Просто в интернете их нет. Да и резистор сильно специфический - такие особо никому не нужны кроме сильно страждущих (типо меня) .