La línea de banda de aire es una forma de línea de transmisión eléctrica plana mediante la cual un conductor en forma de una delgada banda de metal se suspende entre dos planos de tierra . La idea es hacer que el dieléctrico sea esencialmente aire. El soporte mecánico de la línea puede ser un sustrato delgado, soportes aislados periódicamente o los conectores del dispositivo y otros elementos eléctricos.
De línea de cinta de aire se utiliza más comúnmente en microondas frecuencias, especialmente en la banda C . Su ventaja sobre la línea de bandas estándar y otras tecnologías planas es que su dieléctrico de aire evita la pérdida dieléctrica . Se pueden construir muchos circuitos útiles con air stripline y también es más fácil lograr un fuerte acoplamiento entre componentes en esta tecnología que con otros formatos planos. Fue inventado por Robert M. Barrett en la década de 1950.
Estructura
La línea de banda de aire es una forma de línea de banda que utiliza aire como material dieléctrico entre el conductor central y los planos de tierra . El uso de aire como dieléctrico tiene la ventaja de que evita las pérdidas de transmisión generalmente asociadas con los materiales dieléctricos . [1]
Hay dos formas básicas en que se construye la línea de banda aérea. En la línea de tira con soporte dieléctrico, también llamada línea de tira suspendida o sustrato suspendido, la tira conductora se deposita sobre un sustrato dieléctrico sólido delgado, a veces en ambos lados y se conecta entre sí para formar un solo conductor. [2] Luego, este sustrato se sujeta en su lugar entre las paredes que sostienen los dos planos de tierra. En este método, la tira se puede fabricar mediante técnicas de circuito impreso, lo que la hace barata y conduce a la ventaja adicional de que se pueden imprimir otros componentes en el dieléctrico en la misma operación. El propósito del dieléctrico sólido es el soporte mecánico del conductor, [3] pero se hace lo más delgado posible para minimizar su efecto eléctrico. La naturaleza endeble del sustrato significa que puede deformarse fácilmente. Debido a esto, el diseño debe tener en cuenta los problemas de estabilidad térmica. [4] Los diseños de alta gama pueden utilizar un sustrato cristalino, como nitruro de boro o zafiro , como sustrato suspendido. [5]
El otro método de construcción utiliza una barra de metal sólido más sustancial como tira, apoyada sobre aisladores espaciados periódicamente. Este método puede ser más adecuado para aplicaciones de alta potencia. En tales aplicaciones, las esquinas de la sección transversal del conductor pueden redondearse para evitar que se produzcan intensidades de campo elevadas y arcos en esos puntos. [6] Los aislantes son eléctricamente indeseables; restan valor al objetivo de tener un dieléctrico puramente de aire, agregan discontinuidades a la línea y son potencialmente un punto en el que puede ocurrir el rastreo . En algunos componentes, hay puntos en los que las líneas deben conectarse a tierra, ya sea directamente o mediante un componente discreto. En tales circuitos, estos puntos de puesta a tierra pueden funcionar como soportes mecánicos y evitar la necesidad de aisladores de soporte. [7]
Usos
Air stripline encuentra su mayor uso en las frecuencias de microondas en la banda C ( 4–8 GHz ). En estas frecuencias y por debajo de [8] tiene la ventaja de ser compacto sobre la guía de ondas . La línea de banda aérea se puede usar fuera de la banda C, pero en la banda Ku más alta ( 12-18 GHz ), la guía de ondas tiende a dominar debido a su menor pérdida. [9]
A frecuencias de microondas, los circuitos pasivos como filtros , divisores de potencia y acopladores direccionales tienden a construirse como circuitos de elementos distribuidos . Estos circuitos se pueden construir utilizando cualquier formato de línea de transmisión . El formato de línea coaxial comúnmente utilizado para interconectar dispositivos se ha utilizado para este tipo de construcción de dispositivos, pero no es el formato más conveniente para la fabricación. Stripline se desarrolló como una mejor solución para la construcción de circuitos y Air Stripline también cumple esta función. [10] Air stripline es particularmente útil en la banda C para crear redes de formación de haces a partir de estos componentes. [11]
Air stripline puede lograr un fuerte acoplamiento indirecto en estos componentes más fácilmente que otros formatos planos. En la línea de banda estándar, el acoplamiento generalmente se logra al correr las líneas una al lado de la otra a lo largo de una distancia. El acoplamiento entre los bordes de las líneas de esta manera es relativamente débil y está limitado por la distancia más cercana a la que se pueden establecer las líneas juntas. Este límite se rige por la resolución máxima del proceso de impresión y, en aplicaciones de potencia, por la intensidad del campo eléctrico entre líneas. Por esta razón, las líneas de línea de banda acopladas en paralelo se utilizan en acopladores direccionales con un factor de acoplamiento no superior a −10 dB . Los divisores de potencia, con su factor de acoplamiento de −3 dB , utilizan una técnica de acoplamiento directo. Air stripline hace uso de una disposición alternativa, con líneas apiladas una encima de la otra. Este acoplamiento lateral es mucho más fuerte que el acoplamiento de borde, por lo que las líneas no necesitan estar tan cerca para lograr el mismo factor de acoplamiento. En la línea de banda con soporte dieléctrico, esto se puede lograr imprimiendo las dos líneas en lados opuestos del dieléctrico. Por supuesto, el acoplamiento de banda ancha se puede lograr en líneas de bandas rellenas con dieléctrico sólido, así como con técnicas de líneas enterradas, pero eso requiere capas dieléctricas adicionales y procesos de fabricación adicionales. Otra técnica disponible para la línea de bandas de aire para aumentar el acoplamiento es el uso de bandas rectangulares gruesas para aumentar el acoplamiento lateral. Esto también facilita el soporte mecánico porque las líneas son más rígidas. [12]
Historia
Stripline fue inventado por Robert M Barrett del Centro de Investigación de Cambridge de la Fuerza Aérea de EE . UU . A principios de la década de 1950. La línea de bandas de aire con la marca registrada Stripline fue fabricada comercialmente por primera vez por Airborne Instruments Laboratory (AIL) en forma de líneas de bandas suspendidas. Sin embargo, la línea de bandas se ha convertido desde entonces en un término genérico para esa estructura con cualquier dieléctrico. Es probable que ahora se suponga que el término línea de bandas sin adornos significa una línea de bandas con un dieléctrico sólido. Al principio, stripline era la tecnología planar de elección, pero ahora ha sido reemplazada por microstrip para la mayoría de aplicaciones de propósito general, especialmente artículos producidos en masa. [13]
Referencias
- ^ Maichen, págs. 87–88
- ^ Oliner, pág. 557–558
- ^ Rosloniec, p. 253
- ^ Han y Hwang, p. 21-60
- ^ Bhat y Koul, p. 302
- ^ Han y Hwang, p. 21-60
- Matthaei y col. , pag. 172-173
- ^ Matthaei y col. , págs. 422–423
- ^ Pradhan & Barrow, 1977 por ejemplo
- ^ Han y Hwang, págs. 21–7, 21–50
- ^ Besser y Gilmore, págs. 49-50
- ^ Han y Hwang, p. 21-50
- ^ Bhat y Koul, págs. 212, 280–287, 302–311
- ^ Oliner, págs. 557–558
Bibliografía
- Bhat, Bharati; Koul, Shiban K, Líneas de transmisión tipo stripline para circuitos integrados de microondas , New Age International, 1989 ISBN 8122400523 .
- Pradhan, BP; Barrow, EA, "Línea de transmisión de banda de aire por microondas para banda S " , IETE Journal of Research , vol. 23, edición. 10, págs. 618–619, 1977.
- Han, CC; Hwang, Y, "Antenas de satélite" , en, Lo, YT ; Lee, SW, Antenna Handbook: Volume III Applications , capítulo 21, Springer, 1993 ISBN 0442015941 .
- Maichen, Wolfgang, Digital Timing Measurements , Springer, 2006 ISBN 0387314199 .
- Matthaei, George L; Joven, Leo; Jones, EMT, filtros de microondas, redes de emparejamiento de impedancia y estructuras de acoplamiento , McGraw-Hill 1964 OCLC 282667 .
- Oliner, Arthur A, "La evolución de las guías de ondas electromagnéticas: de guías metálicas huecas a circuitos integrados de microondas" , capítulo 16 en, Sarkar, Tapan K; Mailloux, Robert J; Oliner, Arthur A; Salazar-Palma, Magdalena; Sengupta, Dipak L, Historia de la tecnología inalámbrica , Wiley, 2006 ISBN 0471783013 .
- Rosloniec, Stanislaw, Métodos numéricos fundamentales para la ingeniería eléctrica , Springer, 2008 ISBN 3540795197 .