Microstrip

Sección transversal de la geometría microstrip. Conductor (A) está separado del plano de tierra (D) por sustrato dieléctrico (C). Dieléctrica superior (B) es típicamente aire.

Microstrip es un tipo de eléctrico línea de transmisión que pueden ser fabricados usando placa de circuito impreso la tecnología y se utiliza para transmitir microondas-las señales de frecuencia. Consiste en una franja realización separada de un plano de tierra por un dieléctrico capa conocida como el substrato. Componentes de microondas tales como antenas, acopladores, filtros, divisores de potencia etc. puede ser formado de microstrip, existiendo como el patrón de la metalización en el substrato de todo el dispositivo. Microstrip así es mucho menos costoso que el tradicional Guía de onda tecnología, además de ser mucho más ligero y más compacto. Microstrip fue desarrollada por los laboratorios ITT como un competidor de tem (publicado por primera vez de Grieg y Engelmann en el diciembre de 1952 IRE procedimientos).

Las desventajas de microstrip en comparación con la guía de onda son la potencia suele ser menor capacidad y pérdidas más altas. También, a diferencia de la guía de onda, microstrip no está cerrado y por lo tanto es susceptible a la radiación de diafonía y no intencional.

Con menor costo, dispositivos microstrip pueden ser construidos en un ordinario FR-4 (PCB estándar) sustrato. Sin embargo a menudo se encuentra que las pérdidas dieléctricas en FR4 son demasiado altas en frecuencias de microondas y que la constante dieléctrica No es lo suficientemente firmemente controlado. Por estas razones, un alúmina sustrato se utiliza comúnmente.

En una escala menor, líneas de transmisión microstrip se construyen también en circuitos integrados monolíticos de microondas.

Líneas microstrip también se utilizan en alta velocidad digitales diseños PCB, donde las señales deban ser enrutados desde una parte de la Asamblea a otro con una distorsión mínima y evitando la alta diafonía y radiación.

Microstrip es muy similar a tem y Guía de onda coplanar, y es posible integrar los tres en el mismo sustrato.

Inhomogeneidad

La onda electromagnética llevada por una línea microstrip existe en parte en el dieléctrico sustrato y parcialmente en el aire por encima de él. En general, la constante dieléctrica del sustrato será diferente (y superior) que la del aire, para que la onda viaja en un medio no homogéneo. En consecuencia, la velocidad de propagación está en algún lugar entre la velocidad de las ondas de radio en el sustrato y la velocidad de las ondas de radio en el aire. Este comportamiento se describe comúnmente declarando el efectivo constante dieléctrica o permitividad relativa eficaz de la microcinta; Este es la constante dieléctrica del medio homogéneo equivalente (es decir, uno dando lugar a la misma velocidad de propagación).

Consecuencias posteriores de un medio no homogénea incluyen:

• La línea no apoyará un verdadero NOSOTROS. onda; en las frecuencias de cero, tanto el E y Campos H tendrá componentes longitudinales (un modo híbrido). Los componentes longitudinales son pequeños sin embargo, y así el modo dominante se denomina cuasi-TEM.
• La línea es dispersivo. Con mayor frecuencia, la constante dieléctrica efectiva asciende gradualmente hacia eso del sustrato, para que el velocidad de la fase disminuye gradualmente. Esto es cierto incluso con un material del substrato no dispersivo (la constante dieléctrica de sustrato generalmente caerán con mayor frecuencia).
• El Impedancia característica de los cambios de línea ligeramente con frecuencia (una vez más, incluso con un material del substrato no dispersivo). La impedancia característica de los modos no-TEM no está definida únicamente, y dependiendo de la definición exacta utilizada, la impedancia de microstrip o se eleva, cae, o cae y luego se eleva con mayor frecuencia. El límite de baja frecuencia de la impedancia característica es conocido como la impedancia característica cuasi-estática y es el mismo para todas las definiciones de impedancia característica.
• El impedancia de la onda según la sección transversal de la línea.

Impedancia característica

Una expresión aproximada de forma cerrada para el cuasi-estático Impedancia característica de una microstrip línea fue desarrollada por Wheeler:

$Z_\textrm{microstrip} = \frac{Z_{0}}{2 \pi \sqrt{2 (1 + \varepsilon_{r})}} \mathrm{ln}\left( 1 + \frac{4 h}{w_\textrm{eff}} \left( \frac{14 + \frac{8}{\varepsilon_{r}}}{11} \frac{4 h}{w_\textrm{eff}} + \sqrt{\left( \frac{14 + \frac{8}{\varepsilon_{r}}}{11} \frac{4 h}{w_\textrm{eff}}\right)^{2} + \pi^{2} \frac{1 + \frac{1}{\varepsilon_{r}}}{2}}\right)\right),$

donde $w_\mathrm{eff}$ es el anchura eficaz, que es el ancho real de la banda, además de una corrección para tener en cuenta el espesor distinto de cero de la metalización:

$w_\textrm{eff} = w + t \frac{1 + \frac{1}{\varepsilon_{r}}}{2 \pi} \mathrm{ln}\left( \frac{4 e}{\sqrt{\left( \frac{t}{h}\right)^{2} + \left( \frac{1}{\pi} \frac{1}{\frac{w}{t} + \frac{11}{10}}\right)^{2}}}\right).$

Aquí Z₀ es el impedancia de espacio libre, ε_r es el permitividad relativa del substrato, w es el ancho de la tira, h es el espesor ("height") de sustrato, y t es el grosor de la tira de la metalización.

Esta fórmula es asintótica a una solución exacta en tres casos diferentes

1. $w \gg h$, cualquier $\varepsilon_{r}$ (línea de transmisión de placas paralelas),
2. $w \ll h$, $\varepsilon_{r} = 1$ (alambre sobre un plano de tierra) y
3. $w \ll h$, $\varepsilon_{r} \gg 1.$

Se afirma que para la mayoría de los otra casos, el error de impedancia es menos del 1% y es siempre inferior al 2%. Cubriendo todas proporciones en uno fórmula, Wheeler 1977 mejora en 1965 Wheeler lo que da una fórmula para $w / h > 3.3$ y otro para $w / h \le 3.3$ (por lo tanto introduciendo una discontinuidad en el resultado en $w / h = 3.3$). Sin embargo, el documento de 1965 es quizás el más a menudo citado. Un número de otras fórmulas aproximadas para la impedancia característica se han adelantado por otros autores. Sin embargo, la mayoría de ellas es aplicable a sólo una gama limitada de proporciones, o bien cubre toda la gama por trozos.

Curiosamente, Harold Wheeler No le gustaba tanto los términos 'microstrip' y 'impedancia característica' y evitar utilizarlas en sus papeles.

Curvas

Con el fin de construir un circuito completo en microstrip, a menudo es necesario para el camino de una tira para activar a través de un ángulo grande. Una curva brusca 90° en un microstrip causará una porción significativa de la señal en la franja de reflejarse hacia su fuente, con sólo una parte de la señal transmitida en la curva. Uno de los medios de efectuar una curva de baja reflexión, es la trayectoria de la banda en un arco de radio por lo menos 3 veces la anchura de banda de la curva. Sin embargo, una técnica mucho más común y que consume un área más pequeña del sustrato, es utilizar una curva inglete.

Microstrip curva inglete de 90°. La Mitra de porcentaje es 100 x / d

Para una primera aproximación, una brusca curva sin inglete se comporta como una puesto entre el plano de tierra y la curva en la franja de la capacitancia en derivación. Inglete la curva reduce el área de metalización y elimina así la capacidad de excesiva. La Mitra de porcentaje es la fracción de la diagonal entre las esquinas internas y externas de la curva sin inglete cortado.

La Mitra óptima para una amplia gama de geometrías microstrip se ha determinado experimentalmente por Douville y James. Encontraron que un buen ajuste para la Mitra porcentaje óptimo es dada por

$M = 100 \frac{x}{d} \% = (52 + 65 e^{- \frac{27}{20} \frac{w}{h}}) \%$

sujeto a $w/h \ge 0.25$ y con la constante dieléctrica de sustrato $\varepsilon_{r} \le 25$. Esta fórmula es completamente independiente de $\varepsilon_{r}$. La gama actual de los parámetros para los cuales Douville y James presentan evidencia es $0.25 \le w/h \le 2.75$ y $2.5 \le \varepsilon_{r} \le 25$. Reportan un VSWR mejor que 1.1 (es decir, un retorno mejor −26 dB) para cualquier porcentaje mitre dentro del 4% (de la original $d$) del que se obtiene mediante la fórmula. En el mínimo $w/h$ de 0.25, la Mitra de porcentaje es 98.4%, que casi se corta la tira a través.

Para las curvas curvas e inglete, la longitud eléctrica es algo más corta que la longitud física del camino de la tira.

Véase también

• Elemento de filtro distribuido
• Spurline, un filtro de muesca microstrip

Enlaces externos

• Microstrip en Enciclopedia de microondas
• Calculadora de análisis/síntesis microstrip

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