Optimización de líneas de alimentación RF con guía de onda coplanar con tierra para mejorar el rendimiento Wi‑Fi

Nota del editor: El diseño de PCB inalámbrico puede descarrilar incluso los mejores planes si la línea de alimentación RF no se diseña correctamente. Este artículo, adaptado de EEWeb, detalla cómo el Grupo de Integridad de Señal de Arira Design abordó una guía de onda coplanar con tierra (GCPW) de 5 GHz con impedancia inferior a la objetivo, que degradaba el Wi‑Fi.

En un proyecto reciente, al equipo se le pidió rediseñar una GCPW existente de 5 GHz que presentaba una impedancia de aproximadamente 38 Ω, muy por debajo del objetivo de 50 Ω. Las mediciones iniciales revelaron una serie de descuidos de diseño que pueden pasar desapercibidos hasta etapas tardías del desarrollo.

• Contabilización inadecuada del efecto dieléctrico de la máscara de soldadura sobre la impedancia de la traza.
• Falta de inclusión del retroceso de grabado (etch-back) del PCB en el cálculo de impedancia.
• Recorte incorrecto en un plano de tierra de referencia no adyacente.

Tras una revisión exhaustiva mediante simulación, la geometría coplanar se refinó para cumplir el requisito de 50 Ω. El PCB actualizado produjo una mejora medible en el rendimiento y la fiabilidad del Wi‑Fi, según confirmó el cliente.

El artículo abarca la geometría original, el impacto de los tres defectos de diseño y el layout final optimizado. Los gráficos de campo E ilustran tanto el acoplamiento intencionado como el no intencionado en diseños coplanares con tierra. Se espera que los lectores estén familiarizados con los conceptos básicos de CPW y GCPW.

Guías de onda coplanares con tierra (GCPW)

Las GCPW son cada vez más populares para la integración de Wi‑Fi y Bluetooth en placas modernas. Comparadas con la microcinta tradicional, ofrecen varias ventajas convincentes:

• Menor pérdida: Gran parte del campo eléctrico se propaga a través del aire en lugar del sustrato FR‑4 con pérdidas, permitiendo el uso de placas económicas a 5 GHz.
• Aislamiento superior: El confinamiento más estrecho del campo reduce la diafonía con trazas adyacentes.
• Flexibilidad de diseño: La impedancia se rige principalmente por la separación entre la traza de señal y la tierra adyacente, permitiendo anchos de traza mayores sin comprometer el rendimiento.
• Reducción de pérdidas por rugosidad de la superficie de cobre: La corriente se concentra en los bordes de la traza donde el cobre es más liso, a diferencia de la microcinta donde la corriente reside en la parte inferior más rugosa.
• Colocación eficiente de componentes de adaptación: La proximidad del plano de tierra permite montar componentes de adaptación en serie/paralelo directamente entre la traza y la tierra coplanar, eliminando efectos parásitos de vías.

Aunque existen varias calculadoras gratuitas para estimar la impedancia de GCPW, a menudo no pueden manejar geometrías de cobre complejas ni estructuras cercanas. Para un diseño preciso, la simulación electromagnética sigue siendo esencial.