Clase 1 Juan Chacon

Circuitos de Altas Frecuencias Juan H. Chacón Nº 7

Contenido: MICROSTRIP GUIAS DE ONDAS MODOS DE PROPAGACION IMPEDANCIA DE ONDA APROXIMACION ESTATICA GROSOR DEL CONDUCTOR

Circuitos de Altas Frecuencias

Son los circuitos que operan en la región de los GHz Se fabrican en técnica hibrida denominada MMIC (Circuitos Integrados Monolíticos de Microondas) que permite agregar elementos activos y pasivos. Se utiliza Silicio para las regiones bajas de GHz y GaAs para regiones alrededor de 40 Ghz Hay facilidad en la construcción, mediante la técnica integrada, además de un fácil acoplamiento con los componentes activos semicond. (es decir a sus dimensiones)

Microstrip Consisten en tiras de metal y una hoja metálica terreno separados por una capa de dieléctrico

El Microstrip es un tipo de línea de transmisión eléctrica que pueden ser fabricados utilizando placa de circuito impreso

Características

más barato que la tecnología tradicional de guía de onda, además de ser mucho más ligero y compacto.

Pueden ser construidos sobre un sustrato ordinario FR4

Entre sus desventajas: Baja capacidad de manejo de energía , produce mayores pérdidas

Geometría del MicroStrip

Filtro Pasa Baja utilizando MicroStrip Topología ‘Hairpin’:

Obtenida a partir de la anterior, doblando las líneas en U. Dimensiones bien definidas a partir de los procedimientos de diseño. Se requiere una simulación previa, de una parte del circuito, para la obtención de las separaciones entre estructuras resonantes.

Guías de Ondas

2.- Son Lineas de transmisión de

1.Es cualquier Estructura física que guía ondas Electro magnéticas

Las guías de Onda se analizan con las ecuaciones de Maxwell.

Características

Microondas

Tienen la forma de cintas planas conductoras dispuestas sobre un sustrato dieléctrico

Los modos de propagación dependen de la Longitud de onda, de la polarización y de las dimensiones de la guía.

Tipos de MicroStrip Línea MICROSTRIP con sustrato suspendido

alto

rendimiento ( debido a la estructura blindada) alta precisión en sus características eléctricas

Esto debido a la pista central

Tipos de MicroStrip Línea MICROSTRIP de imagen dieléctrica

Las

MicroGuia

Frecuencia de operación determinada por la pista mas ancha . Es posible lograr resonancia en el primer armónico.

ondas se alimentan por medio de una pista metálica dispuesta en el dieléctrico. Línea MICROSTRIP flotante

Baja atenuación. Se encuentra dentro de un sustrato metalizado.

Tipos de MicroStrip

Coplanar Coplanar 2 pistas

Otros Tipos

De Hendidura De Hendidura con masa

Tipos de MicroStrip

De Banda De Camara

Otros Tipos

Elevado Guiado Invertido

Modos de Propagación Son autofunciones  ecuaciones de Maxwell. Poseen autovalores, correspondientes a la velocidad de propagación axial de la onda en la guía. Modo Hen: n: es el número de veces que la Densidad de corriente en la dirección “y”, cambia de sentido. son los que sí tienen componente en la dirección de propagación tanto en el Campo eléctrico como en el magnético la componente tanto del campo eléctrico como del magnético en la dirección de propagación es nula. la componente del campo magnético en la dirección d e propagación es nula

Modos Hibridos

Transv. ElectroMagnetico

Transversal Magnetico

la componente del campo eléctrico en la dirección de propagación es nula Modo Transversal Electrico

Modos de Propagación

Distribucion del Campo del Modo Fundamental En una línea MICROSTRIP: El modo de propagación fundamental es: Una ONDA HÍBRIDA. Con componentes: Del campo eléctrico y del campo magnético En la dirección de propagación. Esta formado por un conductor de ida, un conductor de vuelta por lo tanto no se encuentra en el infinito y su frecuencia de corte es: fg0 =0 Como aproximación generalizada se para la región estable del pseudo modo TEM HE0 , la frecuencia de corte del primer modo superior: HE1

MODO FUNDAMENTA L

Distribucion del Campo del Modo Fundamental En una línea MICROSTRIP la onda híbrida se propaga:

Una parte Por el aire

Otra parte por el sustrato – A diferentes Velocidades de propagación

Este tipo de problema de campo se soluciona por métodos numéricos: * Método de elementos finitos. * Método de las diferencias finitas. * Método de las integraciones finitas. * Método de la líneas de transmisión. * Desarrollo ortogonal.

Cs en el sustrato. Ca en el aire

Distribucion del Campo del Modo Fundamental Matemáticamente se pueden expresar los campos como:

Se puede obtener una Impedancia de Onda, fija, de la relación:

Con el incremento de la frecuencia los modos superiores pueden tener otros valores de Impedancia de Onda.

Distribucion del Campo del Modo Fundamental

1

2

3

La frecuencia de corte del Modo Superior mas cercano la: TE0 se obtiene de la relación:

Se puede obtener una Impedancia de Onda, fija, de la relación:

Representación tridimensional del campo magnético en una línea MICROSTRIP.

Impedancia de Onda y Permitividad

En las bajas frecuencias se propaga en la línea MICROSTRIP aproximadamente el modo TEM. • La Impedancia de Onda ZL • Y la Constante de Fase β • Se obtienen de una IMAGEN CONFORME. • Para esto se determinan en el PLANO DE LA IMAGEN CONFORME. • La Capacidad superficial C’ • Y la Velocidad de Fase vφ

Impedancia de Onda y Permitividad APROX. ESTATICA APROX. ESTATICA APROX. ESTATICA

Con este metodo se puede obtener la impedancia de onda aproximada. La Constante Dieléctrica relativa efectiva εr,eff para un medio homogéneo se puede calcular

aproximadamente comparando una con otra, las componentes de campo en cada una de las superficies. εr,eff se determina de curvas y diagramas.

VKF Es el factor abreviado para la Longitud de Onda de la Línea λ. Donde ZL0 es la Impedancia de la línea con un Dieléctrico de aire.

Diagram La impedancia de onda de la línea con un Dieléctrico de aire se puede obtener de la siguiente forma:

Donde weff es la anchura real de la cinta y que debe considerarse en los cálculos, mayor que la anchura geométrica de la cinta w. Y h el ancho entre las paredes eléctricas.

Efecto del Grosor del Conductor No experimenta variación alguna si las Esto tiene como efecto: dimensiones se incrementan o 1. Se incrementatransversales el revestimiento capacitivo total disminuyen en valores múltiplos de las disminuyendo el revestimiento inductivo. dimensiones de diseño. • Manteniendo la relación w/h invariable, •Para t constante valores de la altura h muy grandes se • y h las pequeño, obtienen Magnitudes Características de la • Presenta la línea unat=0. pequeña impedancia línea para de onda Disminuyendo la altura de h manteniendo 2. Se incrementa la componente campo en el aire.constante la relación w/h, se incrementa la componente de las líneas de Campo Eléctrico E, • Manteniendo la relación w/h invariable, las cuales inician o finalizan en la superficie • Con una altura h pequeña, y=±w/2 de la línea pelicular. • lateral La línea presentará el mayor valor del factor de reducción VKF y por lo tanto menordel Siendo Δw el Ensanchamiento equivalente reducción. conductor.