Encabezado: CARACTERISTICAS DE LA MICROCINTA Características de la microcinta Martinez Nuñez Mauricio Instituto Politécnico Nacional Notas del autor Martinez Nuñez Mauricio, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica Eléctrica Este proyecto está financiado por los alumnos La correspondencia de este proyecto debe ser dirigida a Hernández Fragoso Mariana Instituto Politécnico Nacional Av. Luis Enrique Erro S/N, Unidad Profesional Adolfo López Mateos, Gustavo A. Madero, Zacatenco, 07738 Ciudad de México, CDMX Contacto: [email protected] Encabezado: CARACTERISTICAS DE LA MICROCINTA Contenido LINEAS DE TRASMISION ...................................................................................................... 1 ¿Qué es una línea de transmisión? ............................................................................................. 1 Historia de la microcinta ............................................................................................................ 1 MICROCINTA .......................................................................................................................... 2 ¿Qué son las microcintas? .......................................................................................................... 2 CARACTERISTICAS ............................................................................................................... 3 IMPEDENCIA CARACTERISTICA 𝒁𝟎 .................................................................................. 4 Para cualquier línea de trasmisión a altas frecuencias: .......................................................... 4 Velocidad de Propagación.......................................................................................................... 5 Ecuación Relacionada ................................................................................................................ 5 Perdidas ...................................................................................................................................... 5 Pérdidas en el conductor ............................................................................................................ 5 Dispersión .................................................................................................................................. 6 Filtros ......................................................................................................................................... 6 Aplicaciones ........................................................................................................................... 7 Bibliografía ............................................................................................................................... 8 1 LINEAS DE TRASMISION ¿Qué es una línea de transmisión? Una línea de transmisión es un canal que permite trasmitir información entre dos puntos Un parámetro que la define comúnmente es su impedancia característica, siendo los valores más comunes 50 y 75 ohm cuando nos referimos a un tipo particular de líneas de transmisión conocidos, en este caso, como cables coaxiales en el siguiente escrito nos referiremos a una línea de trasmisión especifica llamada microcinta Historia de la microcinta En 1949 Robert Barret propuso usar técnicas de circuitos impresos en aplicaciones UHF y microondas, por que hasta ese momento solo se usaban en la construcción de divisores de potencia. A partir de 1950 varios laboratorios hicieron realidad las sugerencias de Barret: Airborne Instrument Laboratories (ALL) desarrollo un sistema llamado “stripline”, ITT una línea de trasmisión denominada “microstrip” y Sanders Asscociates investigo el “Tri plate”. Estas tres formas de línea de trasmisión soportan el modo de transmisión llamado TEM. Desde 1955 se construyeron acopladores direccionales y filtros. Evidenciando una constante evolución en el tema se fueron introduciendo diferentes tipos de dieléctricos como la fibra de vidiro, epoxy,teflón y más tarde cuarzo, alúmina, zafiro y titanito de magnesio 2 MICROCINTA ¿Qué son las microcintas? Las líneas de microcinta son una versión modificada de las placas párlelas, debido a su geometría, ocasionalmente se les llama líneas planas En, general estas líneas no se emplean como medios de trasmisión para distancias convencionales, sino son útiles en la fabricación de secciones que forman parte de circuitos integrados de estado sólido y que operan en altas frecuencias Entre otros factores, gracias a estas estructuras planas ha sido posible el desarrollo de la microelectrónica. La microcinta es ahora la más empleada, debido a que es sencillo fabricarla y da buenos resultados de interconexión, tanto circuitos pasivos como activos, con los dieléctricos modernos. Vale la pena mencionar que una variante de la microcinta también se utiliza actualmente para fabricar antenas de microcinta. Las líneas de microcinta pertenecen a la categoría de líneas de transmisión guiadas. Su diseño es compacto y flexible, son de mucho uso por que permiten crear varios elementos como filtros resonadores, acopladores, antenas, etc. Utilizados ampliamente para interconectar circuitos lógicos de alta frecuencia, por ello poseen las características de las líneas coaxiales y guías de onda, como son impedancias características y propagación de ondas TEM. Estas líneas son dispositivos de mucho uso en la electrónica. La fabricación de microcintas se realiza por medio de procesos fotográficos que emplean para circuitos integrados 3 Formada por dos placas paralelas separadas por un dieléctrico Las ondas electromagnéticas se trasmiten en un modo cuasi TEM (Transversal Electromagnético) Constan de dos placa paralelas separadas por un dieléctrico donde una tiene al acho y el largo del dieléctrico (plano de tierra) y la otra tiene un ancho menor (conductor de cinta) estas líneas soportan guías de onda demasiado pequeñas llamadas milimétricas como se muestra en la figura 1. FIGURA 1 CARACTERISTICAS Algunas de las características particularmente útiles de la microcinta son las siguientes: Señales de AC y DC son transmitidas Dispositivos activos como diodos y transistores pueden ser incorporados La estructura es muy áspera y puede resistir moderadamente voltajes altos Las características de una línea de transmisión de microtira son muy similares a una línea de trasmisión coaxial. La configuración de los campos eléctricos y magnéticos que se muestran en 4 la figura 2 es la etapa final de una modificación progresiva de una línea coaxial convencional. Las líneas solidas indican los campos eléctricos, las rayas los magnéticos. Ambos están en el plano transversal, en un ángulo recto con respecto al otro y a 90 grados de la dirección de propagación, este modo recibe el nombre de electromagnético transversal o TEM FIGURA 2 IMPEDENCIA CARACTERISTICA 𝒁𝟎 Para cualquier línea de trasmisión a altas frecuencias: Ecuaciones tomadas del Libro (Capacho V., Becerra C., Gallo R., & Lopez R., 2017) 𝑍 √𝐿 0= 𝐶 𝑍0 = 𝑉𝑝𝐿 1 𝑧0 = 𝑉𝑝𝐶 Donde 𝑧0 Es la impedancia característica C es la capacitancia de la línea está dada en faradios por unidad de longitud Si se remplaza el sustrato por aire √𝐿 𝑍0 = 𝐶1 𝑍0 = 𝐶𝐿 (2) Ecuaciones tomadas del Trabajo (Capacho V., Becerra C., Gallo R., & Lopez R., 2017, pág. 1) 1 𝑍0 = 𝐶 5 Velocidad de Propagación Además de la 𝑍0 de la microcinta, la velocidad de propagación es una propiedad muy importante para el diseño de circuitos de VHF y UHF donde es necesario conocer la longitud eléctrica exacta para la correcta adaptación de los circuitos. Ecuación Relacionada 𝑉𝑝 = 𝐶 √𝐸𝑒𝑓 Donde C es la velocidad de la luz y Eef es la constante dieléctrica efectiva de la microcinta Perdidas Cuatro mecanismos diferentes producen pérdidas de potencia en líneas de microcinta: Pérdidas en el conductor Disipación en el dieléctrico de substrato Perdidas por radicación Propagación de ondas de superficie. Dispersión Pérdidas en el conductor Debido a la conductividad finita de la microtira y del plano de tierra, se producen perdidas, y éstas pueden ser calculadas si la distribución de corriente es conocida. La distribución que se asume, para facilitar el uso de fórmulas generales, se supone uniforme, tanto en la tira como en el plano tierra. Entonces podemos decir que el factor de Atenuación del conductor es: Ecuación tomada de (Lineas de Micro tira, 2017) 𝛼𝑐 = 𝑅𝑠/𝑤𝑍 6 Donde Rs es la resistencia del conductor dada por: 𝑅𝑠 = √ 𝜔𝜇 2𝜎 Donde 𝜔 es la frecuencia angular y 𝜎 es la conductividad del conductor igual a 5,8 107 S/m para el cobre (…) (Lineas de Micro tira, 2017, pág. 50) Dispersión La propagación en la microcinta se produce con el modo TEM puro, pero una pequeña parte de la energía puede ser propagada en otros modos, TE y TM. A medida que la frecuencia de operación se incrementa una energía cada vez mayor se propaga en estos otros modos. Esto se denomina primera dispersión y luego resonancia, cuando toda la energía se propaga en uno o más modos Filtros Las diferentes configuraciones de las líneas de microcinta permiten obtener circuitos equivalentes CL y LC. Dichas características eléctricas son aprovechadas para construir filtros, resonadores y circuitos osciladores como se muestra en la figura 3. 7 FIGURA 3 Para construir filtros pasabandas, se colocan varias etapas en cascada para obtener la configuración CLC deseada. Para construir filtros pasabanda las diferentes etapas se colocan en paralelo. Estos últimos son más difíciles de construir. Aplicaciones Radares Sistemas de comunicación satelital Sistemas “troposcatter” 8 Bibliografía Capacho V., L. M., Becerra C., N. A., Gallo R., E. A., & Lopez R., J. A. (2017). Lineas de Microcinta. http://www.geocities.ws/jaimealopezr/Electronica/LineasMicrocinta.pdf Lineas de Micro tira. (2017). https://catedra.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/sistcom/Amplificadores/Capitulo3.pdf
