FR4 Stripline bei JLCPCB

[Markus W. (dl8mby)]

@All,

für die die es interessiert.

Ich habe mir bei JLCPCB Testplatinen machen lassen,
die ich mit KiCAD erstellt habe und die nur eine Strip-Line
enthalten.

Sinn der Übung war es mit KiCAD mehr Erfahrung zu sammeln
und das HF-Verhalten einer solchen FR4 HF-Leiterbahn zu testen
und dafür etwas Gefühl zu bekommen. Des weiteren wollte ich
den JLCPCB Bestellablauf eines PCB Entwurfs kennen lernen.

Ich habe auf einem FR4 0.8mm Material mit 50x30mm meinen
Entwurf platziert. Einmal mit chem. Zinn und einmal mit chem. Gold.

Die Platine ist so gedacht, dass ich die Leiterbahn mittels
Cutter durchtrennen kann und Pi-Strukturen aus R/L/C SMD
passiven Bauteilen auf der Platine platzieren kann.

Mittels nanoVNA V2 habe ich beide Striplines vermessen, allerdings
nur bis 1GHz.

Die Bilder zeigen den Messaufbau und die Ausgabe von VNA_QT.
Einmal die LOAD/THRU Verläufe nach der Kalibrierung ohne
DUT und dann LOAD/THRU Verlauf für die Zinn und die Gold Variante.

Die Zinn-Variante ist leider etwas mit Lötzinn versaut,
aber ich habe noch mehrere Duzend dieser Platinen um das Anbringen
der SMA Verbinder sauberer hinzubekommen.

Ist ja jetzt erst mal nur der erste Test.

Ist ein S11 > 20dB für eine solche FR4-Stripline in dem Frequez-
bereich ein akzeptabler Wert oder ist es Mist?
1% Reflektion ist ja im Hobby-Bereich eigentlich ok. Die
Durchgangsdämpfung ist ja auch < 1dB.
Da fehlt mir noch etwas die Erfahrung für solche Messungen.

Angenommen ich mache eine VNA PCB und habe eine solche Sripline
im Entwurf, ist dass ausreichend oder muss dass noch besser werden?

Danke für Euren Input.

Markus

[dfIas (Gast)]

Oh je. Ich würde etwas mehr auf Workmanship achten. Das 
"Herumschmaddern" mit nun leider schlecht leitfähigem Lötzinn ist der HF 
abträglich. Immer so viel wie nötig und so wenig wie möglich Zinn 
verwenden!

[Markus W. (dl8mby)]

Gut dann suche ich die Entlötlitze ;-)
Morgen löte ich neue SMA Buchsen an
eine neue Platine.

Markus

PS.: Die Frage war, was mit dem S11 und S21 ist?

[smtschmidt (Gast)]

Ich meine S11 solltest Du mit dem Kalibrier-Abschluß messen.
Sieht doch gut aus.

[smtschmidt (Gast)]

Sorry, hast Du ja auch gemacht :-))

[Michael M. (michaelm)]

Markus W. schrieb:
> Gut dann suche ich die Entlötlitze ;-)
> Morgen löte ich neue SMA Buchsen an
> eine neue Platine.

Hallo Markus,
interessehalber: Welche Ausrüstung hast du zum Löten? Leistung bzw. 
Temperatur? Durchmesser vom Zinn? Welche Legierung (bleifrei oder 
nicht)?
Benutzt du zusätzliches Flussmittel?

Michael

[Voodoo (Gast)]

Stripline?
Mit welchen Parametern hat du die berechnet? 0.8mm ist ja nur eine 
Angabe.
Ich sehe nur leider keine Stripline auf den Bildern?
Löten geht auch schöner.

https://en.wikipedia.org/wiki/Coplanar_waveguide

z.B. Könnte man die Werte der Leitung W,G,h und Er direkt mit auf das 
PCB schreiben. Bei dem Platz kann es bei einem Testboard nicht schaden.

Wie ist die Überlegung zum Übergang der SMA Stecker auf dein Board?
https://www.mouser.com/pdfDocs/app-note-ccs-john-sma-hf-end-launch-connectors-application-note.pdf

Es war ja das Ziel die Leitung zu vermessen und nicht die Stecker 
Übergänge, daher denke ich du solltest diese möglichst gleich Löten und 
auch heraus-kalibrieren.


Ich denke da geht noch was. Auch wenn ich bisher nicht wirklich "HF" auf 
2-Lagen FR4 und unter 1GHz gemessen habe.
Schau mal hier, 
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.4218/etrij.11.0110.0386 S.5 
Fig.10 Startet zwar erst bei 1GHz aber man kann es erahnen.


Vor der nächsten Bestellung einfach mal das Layout Posten.

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Markus W. schrieb:
> Ist ein S11 > 20dB für eine solche FR4-Stripline in dem Frequez-
> bereich ein akzeptabler Wert oder ist es Mist?

Ist die Frage, was du damit anstellen willst.

Ein Messgerät würde ich damit vielleicht nicht aufbauen wollen, aber 
wenn es nur um das Weiterleiten von HF geht: alle Jubelelektronik, die 
auf 2,4 GHz herumfunkt, benutzt FR4.

Hauptproblem ist bei FR4, dass das epsilon_r durch die kreuz und quer 
verlaufenden Glasfaserbündel sehr inhomogen ist, und es ist natürlich 
nicht reproduzierbar. Wenn du jetzt versuchst, da irgendwelche 
Filterstrukturen zu bauen, bei denen die Abstimmung nur durch die 
mechanischen Abmessungen erfolgt, dann können die beim nächsten 
Produktionslauf schon ein gutes Stück abweichen. Bei 5 % Abweichung der 
Resonanzfrequenz liegst du im 13-cm-Band halt schon komplett neben dem 
Band danach.

[Markus W. (dl8mby)]

Ups das ist ja schon mal Input.

Danke für die Hinweise-Einwände und Co.

Dimension wurde mit KiCAD Stripline-Calc berechnet.
Er war glaube ich 4.7 und w bei FR und 0.8mm Dicke
war 1.05mm, wenn ich dass noch so richtig im Gedächtnis
habe.


Lotkolben Weller und ERSA stehen zur Verfügung
mit kleiner Spitze und Temp-Regler.
Zinn verbleit, 0.8 und 0.5 mm.

War beim Löten etwas schlampig, weil ich schnell
messen wollte und habe die Stripline von der Zinn-
Variante versaut - weiß ich schon selber ;-)
Die Enig-Variante ist ja sauberer gelötet.

Problem ist, dass die PCB für die SMA Stecker zu dünn ist.
Die Stecker sind für 1.6mm Substrat ausgelegt.
Damit leiern sie beim Löten herum und ich hatte meinen
kleinen Schraubstock nicht zur Hand.

Markus

[Volker M. (Gast)]

Die thermischen Pads für Stecker-GND sind gut gemeint (Löten) aber 
erzeugen auch wieder eine kleine Serieninduktivität.

Ansonsten sind 20dB schon ok. Wenn's viel besser werden soll müsste man 
auch bei den Steckern mehr Aufwand betreiben.

[Markus W. (dl8mby)]

Habe mal den nanaVNA bis 2049MHz kalibriert und gemessen.
Ergebnis siehe Anhang.

Das mit den Thermo-Pads konnte ich bei KiCAD nicht
ausschalten - hat mich auch genervt.

Markus

[Michael M. (michaelm)]

Danke für die Info. 0,5 mm ist sicher empfehlenswert. Momentan sieht es 
mir nach etwas zu wenig Temperatur und zu wenig Flussmittel aus (?). Ich 
bin aber nicht 100% sicher...
Vielleicht ist ein Versuch mit Zugabe von Flussmittel wert; auf jeden 
Fall musst du mindestens dann hinterher "waschen".
Viel Erfolg bei den weiteren "Experimenten".

Michael

[Volker M. (Gast)]

Markus W. schrieb:
> Habe mal den nanaVNA bis 2049MHz kalibriert und gemessen.
> Ergebnis siehe Anhang.

Was sieht man denn da? Warum zwei Anpassungskurven? Einmal mit 50 Ohm 
Abschluß und einmal als Zweiport gemessen?

[Markus W. (dl8mby)]

@Volker,

genau!

Erst einen MiniCircuits DC-18GHz Prezisionsabschlus
am Ausgang für S11 und dann Kabel am Ausgang zum S21 Detektor.

Markus

[Volker M. (Gast)]

Prima, das sieht doch ordentlich aus.

Der Wellenwiderstand ist etwas zu niedrig. Das war aber zu erwarten, 
wenn du die Breite für eine Microstrip-Leitung berechnest und dann 
zusätzlich seitliche Grounds hinzufügst.

Wenn du die Gerber-Dateien hochladen magst, so könnte ich es mal im 
EM-Simulator berechnen, was theoretisch herauskommt.

73,
Volker

[Markus W. (dl8mby)]

Habe mal schnell vor dem QRL zwei Anhänge
fabriziert.

Komplettes KiCAD Projekt + Gerber im separaten Dir.

Erster Versuch hatte eine zu breite SMA Buchse als
Footprint, deshalb die zweite Version.

vy73
Markus

PS.: Preis bei JLCPCB bei 50 Stück lagen incl. Versand unter 50Euro
bei der vergoldeten Variante und bei ca 25Euro bei der Zinn-Variante.

[Hp M. (nachtmix)]

Markus W. schrieb:
> Die Zinn-Variante ist leider etwas mit Lötzinn versaut,

Wird nicht viel ausmachen, auch nicht ob da Gold oder Zinn drauf ist, 
denn das ist ja keine Stripline sondern Microstrip, und da findet der 
Energietransport nur zu einem kleinen Teil auf der Luftseite statt.
In den LNAs fürs Satellitenfernsehen werden sogar resonante Strukturen 
(Bandfilter) für ca. 11..12 GHz mit verzinnten Microstriplines gemacht. 
Natürlich nicht mit FR4 als Dielektrikum.
Wenn die Verzinnung bei dieser Frequenz nicht schadet, wirst du bei 
1GHz erst recht nichts merken.

Die deutlich sichtbaren Unterschiede im Frequenzgang dürften zum 
grössten Teil von den doch sehr unterschiedlichen Via-Fences und den 
periodischen Querschnittsschwankungen herrühren.

[Markus W. (dl8mby)]

@Hp M

ist also wie beim Hohlleiter, nur das der Mode
ein anderer ist - vergleichbar mit einem LWL
bei dem das Licht von einer Brechungszone zur
anderen hin und her läuft.

Dass bedeutet, dass nur die innere Rauigkeit innerhalb
der Struktur GND-Plane und Leiterbahn an der Oberfläche
und natürlich der Beschaffenheit des Dielektrikums abhängt.
Dass mit dem moduliertem eps(r) durch die Flechtstruktur
des FR4 Materials habe ich in den UKW-Berichten bereits
gelesen - da wurde FR4 bis 6GHz oder 7GHz getestet.

Markus

[Volker M. (Gast)]

Ich würde die Unterschiede im Frequenzgang auch auf die unterschiedliche 
Lötung am Stecker zurückführen.

Der Übergang am Stecker macht etwas Serien-L, das kompensiert offenbar 
die etwas zu niederohmige Leitung. Wenn ich nur die Leitung rechne (aus 
Gerberdaten), ohne Stecker, dann ist die etwas schlechter (kapazitiver) 
als die Messung.

Simulation ist auf Basis der Gerberdatei Dev-Board-1-SMA

Wie gesagt: Daß die Leitung durch die seitlichen Grounds zu niederohmig 
wird, wenn sie ursprünglich als Microstrip berechnet war, das war zu 
erwarten.

73
Volker

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Markus W. schrieb:
> Das mit den Thermo-Pads konnte ich bei KiCAD nicht
> ausschalten - hat mich auch genervt.

Na klar kann man das.

Erstens kannst du die pad connections für eine komplette Füllfläche 
festlegen (Solid, Thermal Reliefs, Reliefs for PTH only), zweitens 
kannst du pro Pad eigene Festlegungen treffen (dort unter "Local 
Clearance and settings", Standard ist dort "From parent footprint").

[Markus W. (dl8mby)]

@Jorg,

zu dem Zeitpunkt des Entwurfes konnte ich es noch nicht,
genau so wie ich es nicht geschafft habe unterschiedliche
Distanzen Microstripline und TOP-GND Layer zu setzen.
Ich schrieb ja sind erst die ersten Gehversuche mit KiCAD.
Ich hoffe von mal zu mal besser zu werden und bin für alle
Hinweise dankbar. Es war ja auch Sinn der ganzen Übung ;-)


@Volker M.

Danke für die schöne Simulation.
Man sieht auch dass der nanoVNA gar nicht so schlecht gemessen hat
und dass meine Kalibrierung halbwegs ok war.

Kannst Du zu den verwendeten Tools noch was sagen.
Ich nehme an kommerziell und nicht Open-Source ;-)

Markus

PS.: Sehe gerade Empire XPU 8.xx - sagt mir leiden noch nichts.
Muss Tante Google fragen.

PS2: EMPIRE XPU is a leading 3D EM field solver for RF and microwave 
antennas, components, and systems. Due to its unique on-the-fly 
compilation it has been proven to be the fastest simulation...

PS3: Lustig - man kann auch sowas in Github finden:
Empire is a post-exploitation framework that includes a 
pure-PowerShell2.0 Windows agent, and a pure Python 2.6/2.7 Linux/OS X 
agent.

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Die Unterschiede Microstrip, Stripline und die Form hier mit seitlichen 
Masseflächen (nennt sich coplanar waveguide) sind hier erläutert:
https://www.rfwireless-world.com/Terminology/CPW-Coplanar-Waveguide-basics.html
https://www.rfwireless-world.com/Terminology/difference-between-microstrip-and-stripline.html

[Volker M. (Gast)]

Volker M. schrieb:
> Der Übergang am Stecker macht etwas Serien-L, das kompensiert offenbar
> die etwas zu niederohmige Leitung. Wenn ich nur die Leitung rechne (aus
> Gerberdaten), ohne Stecker, dann ist die etwas schlechter (kapazitiver)
> als die Messung.

Ich hab's mal in der Simulation nachgebaut und man sieht den Effekt der 
besseren Anpassung durch das Serien-L am Steckerübergang, siehe Anhang

Markus W. schrieb:
> Kannst Du zu den verwendeten Tools noch was sagen.
> Ich nehme an kommerziell und nicht Open-Source

Ja, das ist ein kommerzieller Solver (Empire XPU). Ich bin 
hauptberuflicher Simulant, aber so kleine Übungen zwischendurch sind 
immer wieder eine netter Auflockerung.

Christoph db1uq K. schrieb:
> die Form hier mit seitlichen
> Masseflächen (nennt sich coplanar waveguide)

Jein, coplanar (CPW) ist NUR mit seitlichen Massen. Wir haben hier aber 
Masse unten UND seitlich. Das läuft oft unter dem Kürzel GCPW.

73
Volker

[Markus W. (dl8mby)]

Danke für die Infos
So lernt man immer wieder Neues dazu.

Wenn ich wieder zu hause bin werde ich
mal nochmals zwei Platinen vorbereiten.
Hoffentlich mit besseren Lötungen.

Dann mache ich meine ersten TP/HP auf die
PCB drauf, damit ich für den nanoVNA paar
Messobjekte hab.

vy73
Markus

[Markus W. (dl8mby)]

Auf der Suche nach Open-EM-Solvern (2D/3D) bin ich im
EEVBlog Forum auf den u.g. Beitrag gestoßen.

https://www.eevblog.com/forum/rf-microwave/oss-em-solver-discussion/msg1468919/#msg1468919

Werde mich mal schlau machen, was da so an OSS zur Verfügung steht.

Markus

[Bernd (Gast)]

Markus W. schrieb:
> Werde mich mal schlau machen, was da so an OSS zur Verfügung steht.

2D kann man z.B. mit TLineSim durchspielen:
https://www.maartenbaert.be/alterpcb/tlinesim/

[Markus W. (dl8mby)]

@All

ich habe mal meine Dimensions der Leiterbahn nochmals
vermessen, mit den Abständen zu den GND-Flächen.
Anbei die Werte und die Ausgabe vom KiCAD-Calculator.

Version #1 hatte eine Breite von 1.2mm und einen Abstand
von 0.45mm zum Top-Ground.

Version #2 ebenfalls 1.2mm Leiterbahn aber 1.3mm Abstand
zum Top-Ground.

Wie die Vias ins EM-Verhalten eingehen habe ich bei der
Erstellung nicht berücksichtigt muss ich aber wohl in der
Zukunft machen. Bin gespannt ob ich auch mal so ein Modell
für den openEMS-Simulator hin bekomme.
Es gab schon vor einigen Tagen hier im Forum eine Frage
bezüglich der Gerber Konvertierung ins ein EM-Modell um
die Solver zu füttern. Ich glaube für Sonnet-Lite hat jemand
gefragt. Falls es da was gibt könnt Ihr gerne was posten.
Ansonsten müsste man sich da wohl ein Python-Skript selber
schreiben, das ähnlich wie beim 3D-Druck aus einer Gerber-
datei ein Input für den EM-Solver generiert.
Hat da jemand schon diesbezüglich Erfahrung?

Markus

[eric1 (Gast)]

Mal eine Frage an die vielen Experten hier:
-- gibt es einen Rechner für coplanar wave guides (CPWG) mit via fences 
an den Rändern, so wie in einem Bild eines posts weiter oben zu sehen 
war (Anlage)
eric1

[Volker M. (Gast)]

Markus W. schrieb:
> Version #1 hatte eine Breite von 1.2mm und einen Abstand
> von 0.45mm zum Top-Ground.

Die Berechnung des KiCAD-Rechners habe ich nochmal mit Sonnet Lite 
geprüft, dort komme ich auf 49.5 Ohm. Die Leitungsbreite passt also, er 
Rechner stimmt.

[Markus W. (dl8mby)]

Hallo Volker,

danke für den Feedback und die Mühe meine Ergebnisse auf
Plausibilität zu verifizieren.

Hast Du Erfahrung oder die Zeit und Lust zu simmulieren,
wie sich der Via-Abstanz zwischen den Vias und zur TOP-GND-Plane
Kante auf die EM-Eigenschaften auswirkt, wie auch der Via-
Durchmesser der Bohrung.

Mit welchem Er hast Du für das FR4 die Simulation gemacht?
Wie groß ist die Schwankung bei FR4 4.6-4.7? Stimmt das?

LG
Markus

[Volker M. (Gast)]

Hallo Markus,

> Mit welchem Er hast Du für das FR4 die Simulation gemacht?

Für die Simulation habe ich mit er=4.4 gerechnet, das passt 
erfahrungsgemäß ganz gut. Aber FR4 ist bezüglich er nicht spezifiziert, 
das hängt vom Gewebe und Harz ab. Der Bereich ist etwa er=4.2 bis 4.7. 
Die 4.7 hatte ich durchaus mal gemessen bei 2GHz, aber typisch liegt der 
Wert bei 4.4

> Hast Du Erfahrung oder die Zeit und Lust zu simmulieren,
> wie sich der Via-Abstanz zwischen den Vias und zur TOP-GND-Plane
> Kante auf die EM-Eigenschaften auswirkt, wie auch der Via-
> Durchmesser der Bohrung.

Bei diesen Abständen vom Gap ist das Via ziemlich unkritisch, das muß 
nur mögliche Potentialunterschiede zwischen den Grounds ausgleichen.

Relevant werden die Vias, wenn die Leitung seitlich abbiegt, es also 
eine Unsymmetrie gibt. Dann müssen tatsächlich Potentialunterschiede 
zwischen den Grounds auf dem "kurzen" und "langen" Massepfad 
ausgeglichen werden.

~~

Abstand der Vias in Längsrichtung entlang der Leitung:

Der Abstand entlang der Leitung ist unkritisch, wenn er mindestens 1/10 
Lambda oder sowas ist. Rechnen wir mal: 2GHz -> lambda=150mm in Luft -> 
im Substrat effektiv etwa 150mm/sqrt(3) = 86mm. Demnach ist ein 
Viaabstand bis etwa 9mm problemlos.

Also: bei deinem Layout sind die Vias bei weitem dicht genug! Die 
dürften bei 2GHz auch mehr Abstand haben, das würde keine Änderung 
bewirken. Auch der ungleichmässige Abstand ist völlig unkritisch, weil 
alles noch sehr klein ist bezogen auf Lambda.

~~

Seitlicher Abstand der Vias vom Gap :

Ein sekundärer Effekt wäre dann, daß das Massevia etwas Kapazität zum 
Mittelleiter macht und dadurch der Wellenwiderstand etwas sinkt (je 
dichter die Vias, um so mehr Kapazität) aber die Vias sind hier schon 
recht weit vom Gap nach aussen gesetzt -> der Effekt spielt hier keine 
Rolle.

Ich hatte für dein Gerbermodell 1 die Vias testweise deutlich nach 
aussen versetzt, weg vom Gap. Selbst bei 1.5mm Versatz sehe ich nur 
minimalen Effekt auf die Anpassung, weniger als 0.1dB Unterschied in 
S11.

Viele Grüße
Volker

[Markus W. (dl8mby)]

Hallo Volker,

danke für Deine ausführliche Erläuterung und die damit
verbundene Mühe und Zeit. Werde Deine Hinweise bei meinen
zukünftigen Layouts beherzigen und auch so wieder weiter
geben, wenn mich jemand diesbezüglich fragt.

Ich habe vor mein nächstes Layout für einen 10W 2.4HGz PA
mit einem Macom IC auszulegen (MAAP-000078-PKG001).
Würdest Du für so eine Leistung eher auf ein 0.5mm FR4 Material
setzen, wegen geringerem Verlustfaktor oder muss man da schon
Rogers Material (Teflon) einsetzen? Als eine Alternative könnte
ich eine Semirigid Leitung on top auf die FR4 Platine drauf löten.

LG
Markus

[Markus W. (dl8mby)]

@All

wo bekommt man zu moderaten Preisen bei halbwegs guter Qualität
Platinen aus den im Anhang beigefügten PCB-Stack Bildern.
Das ist der Aufbau der Dev Platinen zu den Qorvo TPQ3Mxxx Gain-Blocks.

Kann JLCPCB das auch? Hat das schon jemand ausprobiert?

Markus

[Volker M. (Gast)]

Hallo Markus,

ich kenne das IC nicht. Wenn das intern angepasst ist und du nur etwas 
50 Ohm-Leitung drumrum bauen musst, dann ist FR4 ok. Problematisch sind 
Filter und Anpassungen, wo es auf Güte ankommt.

Nach meiner Berechnung in Sonnet hat deine Leitung auf FR4 tand=0.02 nur 
0.1dB/cm Dämpfung bei 2.4GHz. Da ist der KiCAD Rechner pessimistischer, 
aber aus 20 Jahren mit Sonnet vertraue ich meiner Simulation.

Teflon-Substrate wie RT-Duriod sind perfekt für sehr verlustarme Filter, 
aber erfordern bei den Vias einen sehr speziellen Verarbeitungsprozess. 
Kostengünstiger, weil kompatibel mit normalen PCB-Prozessen, ist 
beispielsweise RO4003.

Viel Erfolg!
Volker

[Markus W. (dl8mby)]

Hallo Volker,

Kannst Du was zu den PCB-Stacks sagen in meinem vorhergehenden Post?

Zu dem MACOM Teil habe ich schon einen Thread laufen.
Da ging es um den Footprint in KiCAD.
Da habe ich aber noch einige Datails beschrieben.

Beitrag "KiCAD Lib/Footprint für ein MAAP-000078-PKG001"

Die Doku zu dem genannten Teil selber findest Du unter:
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/152353/MACOM/MAAP-000078-PKG001.html

Die Testplatine von MACOM selbst ist ja sehr simpel gestrickt.
Siehe ganz unten im Datenblatt.

Der IC macht knapp 12W bei einem Wirkungsdrag von < 30% und ist
eher ein Bügeleisen als eine PA ;-)

Ich möchte den IC direkt auf einen Cu-Block löten und die Platine
entweder mit Ausfräsung drum herum platzieren oder wie bei MACOM
aus zwei Teilen machen.

Markus

[Volker M. (Gast)]

Ok, das ist wirklich einfach. Dafür würde ich FR4 nehmen, besseres 
Material lohnt hier nicht.

Zu Nelco usw: Das kann ich leider nicht beantworten, weil meine Kunden 
die PCB-Fertiger aussuchen. Ich helfe nur bei dem Designs und ggf. bei 
der Auswahl des PCB-Materials.

[Gerhard H. (ghf)]

> Hauptproblem ist bei FR4, dass das epsilon_r durch
> die kreuz und quer verlaufenden Glasfaserbündel sehr
> inhomogen ist, und es ist natürlich nicht reproduzierbar.

Das FR4-Glas-Raster ist auf 2.4 GHz noch kein Problem.
Das ist da noch sehr kurz gegen die Wellenlänge.

> Wenn du jetzt versuchst, da irgendwelche Filter-
> strukturen zu bauen, bei denen die Abstimmung nur durch
> die mechanischen Abmessungen erfolgt, dann können die
> beim nächsten Produktionslauf schon ein gutes Stück
> abweichen. Bei 5 % Abweichung der Resonanzfrequenz liegst
> du im 13-cm-Band halt schon komplett neben dem Band danach.

Die Probleme beim FR4 sind:
- Er hängt vom Verhältnis Glas/Epoxy ab
- Er ist auch noch frequenzabhängig.
- Das Cu ist auf der Unterseite ziemlich rauh. Das ist
  Absicht, damit es gut klebt. Es macht aber Verluste
  bei hohen Frequenzen.
  Dafür bleiben die Leiterbahnen bei Teflon-Substaten
  nur aus Gewohnheit an ihrem Platz. Und die Teflon-
  Seite hilft auch nicht, siehe Spiegelei/Teflonpfanne.

Wenn man nicht gerade Resonatoren baut, kommt man mit
FR4 erstaunlich weit. Eigentlich mag ich's, wenn die
Platine etwas verlustbehaftet ist. Mildert unerwartete
Resonanzen.

Wenn man Resonatoren braucht: möglichst breite Strip-
lines gegen Ohm'sche Verluste. Die Verluste im FR4
schlagen hauptsächlich an den Stellen mit hoher Impedanz
zu. Vermeiden. Resonatoren kürzer machen und mit
Ker-Kondensatoren nach GND ausgleichen. Die haben ein
viel besseres Q als enstsprechende Spulen, man verliert
nicht so viel.

Randall Rhea hat in seinem Filter-Designbuch zu dem
Thema geschrieben.

Ich benutze gerade Rogers TMM6 auf 10.7 GHz. Schlimmes
Zeug. Elektrisch OK, mechanisch etwa wie Kerzenwachs
in kaltem Zustand. Ich habe eine Platine zerbrochen
beim Anziehen des SMA-Connectors mit den Fingern.

Wenn man nur end launchers hat, die für dickere Platinen
gedacht sind, legt man sie am besten auf der Oberseite
flach auf und hilft der Masse auf der Unterseite mit
genügend Zinn zwischen den Pratzen. Ich hab's mit einem
54754A-TDR ausprobiert.

[Markus W. (dl8mby)]

Hallo Garhard, Volker,

ok danke für die nützlichen Hinweise.
Ich frag mal als nicht PCB Material Experte.
Gibt es nicht ein PCB Stack - Oben Unten Teflon,
Mitte Epoxy mit vier Lagen. Innen für GND
auf dem FR4 und außen dünn Teflon und darüber
Cu für HF. Bessere Stabilität und bessere HF Eigenschaften.
Solche Verbundmaterialien gibt es ja auch in anderen
Bereiche.

Markus

[eric1 (Gast)]

Markus W. schrieb:
> Gibt es nicht ein PCB Stack - Oben Unten Teflon,
> Mitte Epoxy mit vier Lagen. Innen für GND
> auf dem FR4 und außen dünn Teflon und darüber
> Cu für HF.

So etwas gibt es , wir hatten mal Leiterplattenschrott von Hoefeler und 
die hatten dass incl. SMA-Buchsen für 50ct. Aber wo man das her bekommt 
weiß ich auch nicht
Aber:
JLC hat doch so etwas in FR4 das hilft schon mal (Anlage)
eric1

[Volker M. (Gast)]

Teflonsubstrat ist wegen der schlechten Haftung unschön zu verarbeiten, 
das sind sehr spezielle und teure Prozesse um dort Vias herzustellen.

Ich hatte oben schon mal RO4003 genannt, das ist bezahlbar und vor 
allem: im normalen PCB-Prozess verarbeitbar und dadurch 
großserientauglich. Wir haben das mal für ein 24GHz-Projekt verwendet. 
Da gibt es bestimmt auch Sandwich-Aufbauen gemischt mit FR4.

https://rogerscorp.com/advanced-connectivity-solutions/ro4000-series-laminates

Und nochmal eine Stufe schlechter: Meine Kunden mit Großserien verwenden 
z.B. EM-370 mit  tand=0.014 @ 6GHz. Das ist zumindest bezüglich Epsilon 
und Verlusten halbwegs spezifiziert.

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Volker M. schrieb:
> Da gibt es bestimmt auch Sandwich-Aufbauen gemischt mit FR4.

Man bekommt natürlich alle möglichen Sandwich-Aufbauten bei einem 
Hersteller – nur eben nicht im Pool-Verfahren. Man muss dann ein ganzes 
Panel bestellen … Bei den chinesischen Billig-Pool-Fertigern sieht man 
zuweilen noch Al-Core-Material als Option, aber HF-Material habe ich 
dort noch nicht gesehen (also: nicht in den billigen, automatisiert 
bestellbaren Angeboten – auf Anfrage können die sowas sicher auch).

Eurocircuits hat einen "RF Pool", aber das dürfte Markus' 
Preisvorstellungen vermutlich sprengen. Im "Aisler"-Thread gab's mal die 
Frage, ob sie nicht sowas mit ins Programm nehmen können, bislang aber 
noch keine Zusage. Da müssten wir uns als Nutzer aber schätzungsweise 
vorab auf einen Stack einigen. Die Diskussion damals ergab glaub ich, 
dass es am meisten Sinn hätte, eine Seite ein HF-Material zu nehmen, 
aber den Kern und die andere Seite stinknormales FR4.

[Markus W. (dl8mby)]

An die diversen Thread-Mitgestallter,
Jörg, Volker, Gerhard, eric und @all,

ich habe mir die JLC Capabilities für FR4 Material angesehen
und damit mal den KiCAD Calculator gefüttert.

Mit einem Er von 4.5 liege ich bei einer 1.2mm dicken Platine
mit einer Breite/Abstand (80mil/80mil) des CPWG+GP bei 50.9 Ohm.
Die Dicke ist passend zu den SMA-PCB Steckern/Buchsen gewählt.

Für andere Er's wie sie Volker verwendet und einer Streuung nach oben
er 4.4 => 51.4
er 4.5 => 50.9
er 4.6 => 50.4
liege ich immer noch bei 2.4GHz im akzeptablen Bereich was die Impedanz
der Leitung angeht.
Da ich ja Leistung machen will ist eine kleine Fehlanpassung ja nicht
so schlimm und es ist ja keine Impedanz-Anpassung für ein Rauschminimum
einer LNA Stufe gesucht.

Ich habe mal die zugrunde liegenden Daten als Bilder angehängt.

Markus

[HF Alex (Gast)]

Ich habe das Gleiche vor einer ganzen Weile auch durchgeführt.
Bis etwa 4 GHz war es ganz brauchbar (bis 18 GHz kalibriert gemessen, 
wobei es über 10 GHz schon Setup einiges verloren geht).
Berechnet hatte ich es damals mittels txline2003, was bei 2 Layern 1.6 
mm schon sehr schlecht machbar war.
Mittlerweile gibt es aber mit 4 Layer den Impedance Calculator, ich 
denke da sollte noch einiges an Verbesserung drin sein.

[Markus W. (dl8mby)]

@Alex,

ist der Stack Aufbau, den eric1 am 27.09.2020 16:16
im Thread vorgestellt hat.

Habe gerade zufällig dein Post in meinem alten Thread
bemerkt, deshalb mein Senf dazu.

Markus