Технология PCB - Плата антенны: открытая медь или паяльная маска?

Почему на плате антенны одни участки делают с открытой медью, а другие покрывают паяльной маской?

Под антенной на печатной плате в инженерном контексте обычно понимается антенна, в которой в качестве излучателя непосредственно используются
медные дорожки на печатной плате, а не внешние автономные элементы. По сути, это участок медной фольги на печатной плате определённой длины
и формы (микрополосковая линия, ленточная линия или копланарный волновод), который благодаря точному регулированию ширины линии, межлинейного
расстояния и опорной земли резонирует на целевой частоте, преобразуя радиочастотный сигнал в излучаемые электромагнитные волны.
Распространённые формы включают антенны типа «обратная F», змеевидные антенны и кольцевые антенны (используемые в NFC);
выбор формы зависит от доступного пространства и частотного диапазона.

Влияет ли паяльная маска на работу антенны?

Влияние паяльной маски на антенну нельзя оценить просто как «хорошее» или «плохое»; конкретные последствия зависят от рабочей частоты. Какое же влияние она оказывает?

1. Возникновение диэлектрических потерь и смещение частоты

Сама по себе паяльная маска является диэлектрическим материалом (Dk ≈ 3,5–4,0), и, покрывая медную фольгу антенны, она изменяет окружающее электромагнитное поле.
Это приводит к появлению дополнительной паразитной ёмкости, что вызывает снижение резонансной частоты антенны, отклонение импеданса от расчётного значения
(возможное снижение на 2–4 Ом), а также дополнительные диэлектрические потери, снижающие эффективность излучения.
На высоких частотах это влияние особенно заметно: например, у разветвителя на частоте 7 ГГц после нанесения паяльной краски частотный сдвиг может достигать 300 МГц.

2. Зависимость влияния на характеристики от частоты

Чем выше частота, тем заметнее влияние. В диапазонах выше ГГц (например, Wi-Fi, 5G) диэлектрическая проницаемость краски и неравномерность её толщины
приводят к неконтролируемым отклонениям характеристик, поэтому настоятельно рекомендуется оставлять отверстия.
В низкочастотных диапазонах (например, NFC 13,56 МГц) это влияние очень незначительно и даже может быть пренебрежимо малым.

Какие факторы следует учитывать при проектировании с покрытием или без покрытия паяльной маски?

Решение о том, покрывать ли антенну паяльной маской, по сути, представляет собой компромисс между электрическими характеристиками и физической надёжностью.
Выбор конструкции должен основываться на комплексном анализе рабочей частоты, условий эксплуатации и требований к характеристикам.

1. Аргументы в пользу «окна» (без маски)

Стремление к оптимальным и наиболее стабильным радиочастотным характеристикам.
Устранение неопределённой переменной в виде паяльной маски позволяет антенне работать в воздухе (Dk ≈ 1),
что обеспечивает высокую степень соответствия расчётных значений импеданса, резонансной частоты, коэффициента полезного действия и результатов моделирования.

Область применения: подавляющее большинство высокочастотных антенн диапазона ГГц (Bluetooth, Wi-Fi, миллиметровые радиолокаторы и т. д.),
а также радиочастотные фронт-энды, предъявляющие строгие требования к стабильности характеристик.

2. Аргументы в пользу паяльной маски

Приоритет отдается обеспечению физической надежности.
Паяльная маска эффективно защищает медную фольгу от окисления, царапин и коррозии, что особенно важно при эксплуатации на открытом воздухе или в суровых условиях.
Кроме того, некоторые исследования показывают, что покрытие определенной толщины в отдельных случаях может улучшить согласование импеданса и даже расширить полосу
пропускания антенны.

Область применения: антенны низкочастотного диапазона (1 ГГц), катушки NFC, а также случаи, когда антенна выполняет преимущественно конструктивную функцию и
требования к ее характеристикам минимальны.

Для высокочастотных антенн, как правило, необходимо предусматривать открытые участки меди.
Для низкочастотных антенн или в случаях, когда ради повышения надежности допустимо некоторое ухудшение характеристик, можно использовать покрытие паяльной маской.

Если выбрано покрытие маской, необходимо провести точное моделирование и проверку характеристик: паяльная маска - это палка о двух концах.
Она может улучшить согласование импеданса, но также способна привести к более существенному ухудшению характеристик антенны.