Línea de aire

La línea de transmisión aérea es un tipo de línea de transmisión eléctrica planar en la que un conductor, en forma de una fina tira metálica, se suspende entre dos planos de tierra . La idea es que el dieléctrico sea esencialmente aire. El soporte mecánico de la línea puede consistir en un sustrato delgado, soportes aislados periódicos o los conectores del dispositivo y otros componentes eléctricos.

La tecnología de transmisión por aire (air stripline) se utiliza con mayor frecuencia en frecuencias de microondas , especialmente en la banda C. Su ventaja sobre la transmisión estándar y otras tecnologías planares radica en que su dieléctrico de aire evita las pérdidas dieléctricas . Con la transmisión por aire se pueden construir numerosos circuitos útiles, y además, resulta más sencillo lograr un acoplamiento fuerte entre componentes que con otros formatos planares. Fue inventada por Robert M. Barrett en la década de 1950.

La línea de transmisión de aire es una forma de línea de transmisión 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 ]}

Existen dos formas básicas de construir una línea de transmisión de aire. En la línea de transmisión soportada por dieléctrico, también llamada línea de transmisión suspendida o sustrato suspendido, el conductor de tira se deposita sobre un sustrato dieléctrico sólido delgado, a veces en ambos lados, y se conectan para formar un solo conductor. ^{[ 2 ]} Este sustrato se sujeta entre las paredes que soportan los dos planos de tierra. En este método, la tira se puede fabricar mediante técnicas de circuitos impresos, lo que la hace económica y ofrece la ventaja adicional de que se pueden imprimir otros componentes sobre el dieléctrico en la misma operación. El propósito del dieléctrico sólido es proporcionar soporte mecánico al conductor, ^{[ 3 ]} pero se fabrica lo más delgado posible para minimizar su efecto eléctrico. La naturaleza endeble del sustrato implica que puede deformarse fácilmente. Por ello, 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 sólida más robusta como tira, soportada por 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 altas intensidades de campo y la formación de arcos eléctricos en esos puntos. ^{[ 6 ]} Los aisladores son eléctricamente indeseables; dificultan el objetivo de tener un dieléctrico de aire puro, añaden discontinuidades a la línea y son un punto potencial donde puede producirse el seguimiento de corriente . En algunos componentes, hay puntos en los que las líneas necesitan conectarse a tierra, ya sea directamente o a través de un componente discreto. En tales circuitos, estos puntos de conexión a tierra pueden funcionar también como soportes mecánicos y se evita la necesidad de aisladores de soporte. ^{[ 7 ]}

La transmisión por línea de aire encuentra su mayor utilidad en frecuencias de microondas en la banda C ( 4–8 GHz ). En estas frecuencias y por debajo de ellas ^{[ 8 ],} presenta la ventaja de ser más compacta que la guía de ondas . La transmisión por línea de aire puede utilizarse fuera de la banda C, pero en la banda Ku ( 12–18 GHz ), la guía de ondas tiende a predominar debido a sus menores pérdidas ^{[ 9 ] .}

En frecuencias de microondas, los circuitos pasivos como filtros , divisores de potencia y acopladores direccionales suelen construirse como circuitos de elementos distribuidos . Estos circuitos pueden construirse utilizando cualquier formato de línea de transmisión . El formato de línea coaxial , comúnmente utilizado para interconectar dispositivos, se ha empleado para este tipo de construcción, pero no es el formato más conveniente para la fabricación. La línea de transmisión en banda (stripline) se desarrolló como una mejor solución para la construcción de circuitos, y la línea de transmisión en banda aérea también cumple esta función. ^{[ 10 ]} La línea de transmisión en banda aérea es particularmente útil en la banda C para crear redes de formación de haces a partir de estos componentes. ^{[ 11 ]}

La tecnología air stripline permite lograr un acoplamiento indirecto fuerte en estos componentes con mayor facilidad que otros formatos planares. En la tecnología stripline estándar, el acoplamiento se suele conseguir colocando las líneas una al lado de la otra a lo largo de una distancia. El acoplamiento entre los bordes de las líneas de esta forma es relativamente débil y está limitado por la distancia mínima a la que se pueden colocar juntas. Este límite está determinado por la resolución máxima del proceso de impresión y, en aplicaciones de potencia, por la intensidad del campo eléctrico entre las líneas. Por este motivo, las líneas stripline acopladas en paralelo se utilizan en acopladores direccionales con un factor de acoplamiento no superior a -10 dB . Los divisores de potencia, con un factor de acoplamiento de -3 dB , utilizan una técnica de acoplamiento directo. La tecnología air stripline emplea una disposición alternativa, con las 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 tecnología stripline con soporte dieléctrico, esto se puede conseguir imprimiendo las dos líneas en lados opuestos del dieléctrico. El acoplamiento lateral también puede lograrse en líneas de transmisión con dieléctrico sólido mediante técnicas de líneas enterradas, pero esto requiere capas dieléctricas adicionales y procesos de fabricación adicionales. Otra técnica disponible para líneas de transmisión aéreas que permite aumentar el acoplamiento es el uso de tiras rectangulares gruesas. Esto también facilita el soporte mecánico, ya que las líneas son más rígidas. ^{[ 12 ]}

La tecnología stripline fue inventada por Robert M. Barrett del Centro de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en Cambridge a principios de la década de 1950. La primera fabricación comercial de stripline, bajo la marca registrada Stripline , fue realizada por Airborne Instruments Laboratory (AIL) en forma de stripline suspendida. Sin embargo, desde entonces, stripline se ha convertido en un término genérico para esa estructura con cualquier dieléctrico. El término stripline, sin adornos , probablemente se entienda ahora como stripline con un dieléctrico sólido. Inicialmente, stripline era la tecnología planar preferida, pero ahora ha sido reemplazada por microstrip para la mayoría de las aplicaciones de uso general, especialmente para artículos de producción en masa. ^{[ 13 ]}

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