Перед введением
Всем привет! Меня зовут Олеся, я СВЧ инженер-разработчик. Проектирую фазовращатели, делители, модули, усилительные блоки и т.п. Веду Инстаграм *запрещён в России и вконтакте; ник везде leka_engineer. Также веду телеграм канал с полезными ссылками. Я пишу это, так как статьи с Хабра иногда воруют.
Введение
Это будет не совсем обычная для моего профиля статья. Я долго размышляла, как подать материал, чтобы и пользу принести, но никого не обидеть. Причём некоторые моменты довольно тонкие - где-то зависит от ситуации, где-то вы просто можете со мной не согласиться. Так что приглашаю всех в комментарии, я с интересом прочитаю про ваш опыт, и в чём вы не согласны.
В статье речь в основном идёт о СВЧ блоках на основе печатных плат.
Ошибки (советы) при моделировании и выборе компонентов
Перед началом проектирования следует хорошо изучить тип линии передачи, который вы хотите использовать в своём проекте. Бывали случаи, когда неопытные разработчики, видимо, никогда не видевшие копланара, просто не ставили металлизированные отверстия у краёв.
Многие программные пакеты имеют встроенную библиотеку компонентов, часто разработчики просто выбирают из неё, при этом думая, что они поступают хорошо, ведь берут настоящий элемент, а не идеальный. Следует проверить, можно ли купить такой элемент. Например, многие серии Мурата не продаются в России.
В дополнение к пункту 2 - часто разработчики выбирают микросхемы ориентируясь только на параметры, а следует думать об их цене и возможности купить их в своей стране.
Ещё одно дополнение к пункту 2 - при выборе материалов подложки, следует уточнить их наличие на складе производителя печатных плат (или возможность купить такой материал в России, а также его стоимость, например RO5880 стоит около 100 т.р. за лист).
При выборе разъёмов под проект следует понимать, что указанная максимальная рабочая частота - частота интерфейса.
Конденсаторы, резисторы и индуктивности нужно подбирать только из специальных СВЧ серий.
При моделировании больших по размеру устройств стоит помнить о потерях в линии. Например, при расчёте делителя бегущей волны на квадратурных мостах, следует делать запас по коэффициенту деления.
Ошибки (советы) при проектировании
Часто разработчики пропускают этап прототипирования. А он необходим. На этапе прототипирования следует проверить несколько важных "моментов": работу коаксиально-полоскового перехода на выбранном типе подложки с выбранными разъёмами, возможные проблемы самовозбуждения усилителей, время переключения разрядов фазовращателей или аттенюаторов.
Почти всегда при необходимости многослойной печатной платы инженеры 1-запускают сразу же на многослойной плате (чего я не советую), и 2-забывают о важности хорошей "земли" на многослойной плате.
-
В дополнение к пункту 7: неопытные инженеры часто "беспокоятся" только о сигнальном проводнике, забывая о том, что качественная земля так же критически важна. Тут я говорю про: КПП, стыковку двух разных плат в модуле, кроме того, лучше, чтобы земля была реализована металлизацией диэлектрической подложки, а не дном корпуса.
КПП - коаксиально-полосковый переход
Дополнительно
При сборке следует понимать, что СВЧ компоненты не всегда взаимозаменяемые. Если цепь была рассчитана именно на конкретный конденсатор по его S-параметрам, нельзя просто взять такого же номинала другой фирмы. То же самое с другими компонентами и микросхемами: например, усилители в одинаковых корпусах разных фирм не взаимозаменяемы, будет требоваться новая настройка всех параметров.
Не стоит увлекаться поглотителем. Это хорошая вещь, но в меру. Если весь ваш корпус обклеен поглотителем, следует задуматься о переконструировании.
При проведении измерений
Следует проводить калибровку при каждом включении прибора (векторного анализатора цепей). При изменении температуры или влажности в течение дня - нужно перекалиброваться. Также необходимо заново производить калибровку при изменении мощности, количества точек и расширении частотного диапазона.
Во избежание поломки дорогостоящего оборудования, необходимо а) очень аккуратно накручивать коннекторы и б) не превышать максимальную мощность на порту- всегда следует накрутить дополнительный аттенюатор, чтобы был запас в несколько дБм. И нужно помнить о неидеальном КСВ измеряемых блоков.
Комментарии (42)
Albert2009ru
11.04.2022 08:57Добрый день!
Насчёт разъёмов, очень "кайфовые" разъемы от Phoenix, в т.ч. и для высокочастотных сигналов (я знаю только про цифровые, а-ля USB3 и PCIe, но более опытные коллеги хвалили вообще всю продукцию). Чистая вкусовщина и моё личное мнение.
зы И я не знаю, продаются ли они теперь в России...
Leka_engineer Автор
11.04.2022 10:37+2Здравствуйте, не понимаю, как к теме статьи относится Феникс Контакт. Насколько я вижу, они делают проходные клеммы и тп.
Albert2009ru
11.04.2022 10:49Не-не, они часто у нас бывают (раз в два-три месяца) и предлагают свою продукцию (моя фирма "Axxellon GmbH" (Sachsen/Glauchau), делаем электронику для батарей. И их менеджеры предалагают не то, что стоит в каталоге на сайте. Т.е. как-бы отдельный заказ. Я лично в этом не участвую, поэтому деталей не скажу.
Наверное, к Вам тоже приходили из Würth, Molex и др. с предложением сделать что-то под заказ??? Или???
Leka_engineer Автор
11.04.2022 11:09+1У Вюрт и Молекс есть СВЧ разъёмы и так
Albert2009ru
11.04.2022 11:13-1Ну тогда "тысячекратно" прошу прощения за то, что побеспокоил Вас попусту своим комментарием :) Удачного дня!
Leka_engineer Автор
11.04.2022 11:27+5не понимаю Вашего сарказма. Я всегда рада комментариям и обсуждению ))))
Albert2009ru
11.04.2022 11:32Всё сказано от души, никакого сарказма. Даже не знаю, что и добавить. Давайте, всё, всего Вам наилучшего!
wilczek
11.04.2022 10:01+8Все эти рекомендации - абсолютно разумные, без сомнения - с методологической точки зрения являются, IMHO, гласом вопиющего в пустыне. Ибо наличие CAD-ов с их достаточно агрессивной рекламой и YouTube создаёт именно у "начинающего разработчика" чувство уверенности в своих силах. Абсолютно ложное, конечно же. И не способствует возникновению желания понять физику проектируемой схемы.
Поэтому, огромном большинстве случаев - либо жёсткий контроль "опытного товарища", либо "опыт, сын ошибок трудных" ))
Leka_engineer Автор
11.04.2022 10:38+3интересное наблюдение! не встречалась с таким феноменом
wilczek
11.04.2022 15:23+1Да вот как раз ниже пример такого "феномена", по моему )) Человек взялся проектировать СВЧ устройство, пусть и несложное, пусть и "почти постоянный ток", но, похоже, не имея достаточных знаний и опыта для этого - наличие подмеченной Вами дорожки под микрополоском об этом красноречиво свидетельствует. Как Вы думаете, почему он решил, что все у него должно получиться? ))
Leka_engineer Автор
11.04.2022 15:29+3нам с вами следует различать хобби-проекты типа блютусных штучек для ардуино (я в этом вообще не разбираюсь) и профессиональную технику. В том, что люди как хобби пытаются что-то сделать забавное и интересное, ища информацию на ютубе - не вижу в этом ничего плохого.
насчёт примера ниже - мне кажется, круто, что у человека закрались сомнения.
wilczek
11.04.2022 16:53+2Абсолютно согласен, если бы дело не касалось СВЧ )) Без соответствующих знаний браться разрабатывать СВЧ устройство - занятие с крайне сомнительным исходом. Если интересует система с беспроводной функциональностью - лучше взять для нее готовый модуль, коих сейчас огромное количество.
Leka_engineer Автор
11.04.2022 17:23+2согласна, я очень часто людям говорю прям слово в слово "возьмите готовый модуль"
synka
11.04.2022 10:13+5Здравствуйте. Делаю первый раз, будет блютуз. Подскажите, пожалуйста, есть ошибки, которые бросаются в глаза? Верхний слой зеленый. Материал FR-4. Нужно ли открывать антенну от маски? Покрытие будет серебро. Можно ли провести под фидером дорожку, как у меня на плате? Дальность работы будет очень маленькой. 2-3 метра. Больше не нужно. Спасибо.
Leka_engineer Автор
11.04.2022 10:44+8здравствуйте. СВЧ схемы обычно лучше открывать от маски, но для простых схем типа вашей можно и оставить. Вы правильно сомневаетесь - землю под микрополосковой линией прерывать нельзя.
YDR
11.04.2022 14:00Все, увидел ту дорожку, да, нехорошо. С другой стороны, тут всего 2.4 ГГц, и 2м дальности. Поди и так сойдет? Ну или под L1 дорожку переместить.
developer7
11.04.2022 14:14+1Я бы повернул GSM модуль на 90 градусов по часовой. Добавил бы земли на TOP. И кучу переходных отверстий между землёй TOP-BOTTOM.
nixtonixto
12.04.2022 04:54Это ЕСП32? Для пары метров — некритично, но лучше провести доружку снизу чипа, поставив переходное возле R34. Антенну можно попроще, типа как на Врум-модулях, они работают через 2 стены.
synka
12.04.2022 08:44Да, это PICO. Дорожку исправил. Уже заказал для макета. Спасибо Олесе за совет. Эта антенна более эффективна.
softi
11.04.2022 10:53+6Замечательная статья! Действительно полезные советы. Побольше бы на хабре такой информации, где написан свой опыт в формате руководства для молодежи. Хороших радиоинженеров все меньше, ведь действительно разработкой новинок занимаются единицы, остальные просто адаптируют готовые модули...
stanislavskijvlad
11.04.2022 11:19Немного не по теме. Но возможно именно здесь получу ответ. Когда-то (до коронавируса) был пост о том, как правильно проектировать платы, как подбирать ширину и толщину дорожек. Точно помню, автор той статьи упомянул игру-головоломку "распутай треугольники". И я уверен, это было на Хабре. Хотя, это может быть когнетивным искажением. Собсна вопрос: кто-то узнал этот пост ? Я искал сам, много раз. Честно )
Leka_engineer Автор
11.04.2022 11:30+2не знаю. Но вы можете написать мне в личку с конкретным вопросом, я всегда стараюсь помочь.
Evgeniy73
11.04.2022 11:40+3Хорошие статьи, Вы молодец, читаю с удовольствием. К слову сказать, все это относится не только к СВЧ, хотя сейчас уже многое тот же СВЧ. Частоты шин данных растут, интерфейсов тоже, так что грань между СВЧ и не СВЧ не такая явная.
Земля! Вот прямо беда много где в разработках, хотя от нее очень много зависит. Давно заметил в дизайне ВЧ и СВЧ зарубежных производителей правило дизайна pcb - максимум земляной шины. Там наоборот из земляного полигона "вырубают" проводники, у нас же по старинке - земляная шина только там где необходимо. Кстати, вот материал для целого ряда статей и плюс экранирование. ЭМС еще, но там чистая "магия".)
Leka_engineer Автор
11.04.2022 12:08+3спасибо за поддержку!
я обычно говорю, что есть high speed платы, есть смешанные платы и есть чистое СВЧ.
developer7
11.04.2022 14:09+1Краткий пересказ статьи:
1. Убедиться что детали можно купить.
2. Земли мало не бывает.
3. Предварительно собирай прототип, потому как в СВЧ всё не предусмотришь
Ожидал несколько иных советов. Например какие непредвиденные проблемы встречались из личной практики.
Gudd-Head
11.04.2022 14:10-7около 100 тр
Что за денежная единица такая - "тр"?)
Тут я говорю про: КПП, ...
Контрольно-пропускной пункт?
Butterfly_M
11.04.2022 14:20+1чуть-чуть в стороне от темы, но тоже про частоты. Управление антенной с персонального компа с платой от фирмы L-Card. Клевая плата, масса полезных свойств. Ну вот, даю импульс с помощью ТТЛ- выхода на управляющее устройство, антенна поворачивается на одну угловую минуту. Все как бы понятно, сигналы выдаем не вдаваясь в детали на два канала. Крутим вокруг вертикальной оси и вокруг горизонтальной. А импульс от ТТЛ выхода весьма короткий. Смекаете, где подвох? Тестирую программу и быстро замечаю, что при приодновременной подаче управляющих сигналов на оба канала (вертикальный и горизонтальный) антенна ведет себя несколько странно. То исправно куртится вокруг двух осей, то тлько вокруг одной, игнорируя сигналы на вторую. быстро понял, в чем дело. Эти "нехорошие люди", кто делал железо, просто засунули пучок проводов в хлорвиниловую трубку. Ни витые пары, ни коаксиалтные провода. Вот и идет наводка с одного провода на другой, видимо по емкости. Импульс-то короткий, так что частоты в спектре большие!
klirichek
11.04.2022 18:54+2Магия какая-то ).
Учился на физфаке, но слишком теоретически.
В смысле, любой процесс можно описать уравнением, решить его, получить результат, сделать выводы... Но это академическое, а не инженерное образование. Нет шага на тему "вот это можно обобщить и переиспользовать". Каждая задача уникальна - одна линия - одна переменная. Один полосок - ещё одна. Дюжина - всё становится слишком сложно; нет элементарных "кирпичиков", каждый раз нужно думать над всей совокупностью элементов в целом. Да, возможно это позволяет где-то найти решения, далёкие от тривиальных "вот этот провод лучше пустить вот тут", но они (решения) просто все сильно умнозатратные, если применять общий подход.
Постоянно вылезает "инженер бы тут посчитал проще, но это упрощённый подход, мы посчитаем досконально" - а в итоге инженер в реальных кейсах, пусть и упрощёнными формулами, уделает любого теоретика. За очень редкими исключениями, которые позже называются "открытиями".
Волна (длинная, без краевых эффектов) плюсиков вам )
irokezer58
12.04.2022 09:29Из своего опыта могу добавить, что при использовании внешних аттенюаторов нужно помнить о развязке цепей СВЧ с цепями питания. Да, и вообще, всегда помнить об этом. Ведь в аттенюаторе стоит резистор между СВЧ трактом и землёй. В некоторых микросхемах питание устроено таким образом, что через этот резистор может протекать достаточно большой ток, который может повредить микросхему. Установка конденсатора позволит защитить микросхему от повреждения.
MegaElektronik
12.04.2022 10:52Есть микросхемы где резисторы нужны, а есть те, где не нужны.
Первопричина не в том, чтобы не тек большой ток, а в том, чтобы не нарушить режим работы внутренних схем микросхемы.
irokezer58
12.04.2022 11:19Для этого и ставится конденсатор. Дело даже не в аттенюаторе. Внутри измерительного прибора тоже может не быть развязки (некоторые осциллографы, например), и тогда можно повредить не только микросхему, но и прибор.
Я говорю в общем о развязке цепей питания и СВЧ тракта. Для новичков это не всегда очевидно.
pugachevev
13.04.2022 09:20Хорошее дело, списки типовых ошибок.
Мощный инструмент для анализа работы.
Soorin
Подобные рекомендации можно и нужно повторить в большинстве случаев, даже без слова "СВЧ".