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e las placas de circuitos impresos a las líneas de microbanda: ¿Conoces la historia detrás de esta transición
Con el avance continuo de la ciencia y la tecnología, los métodos de transmisión de comunicaciones por microondas y señales de radio también están evolucionando rápidamente. Entre ellas, la línea microstrip, como importante línea de transmisión eléctrica, ha reemplazado gradualmente a la tecnología tradicional de guía de ondas. Este cambio no sólo reduce costos, sino que también hace que el dispositivo sea más liviano y compacto, dándonos una idea de la historia detrás de esta tecnología.
Microstrip es una línea de transmisión eléctrica compuesta de conductores y planos de tierra separados por una capa de material dieléctrico llamado sustrato.
Las líneas Microstrip están diseñadas principalmente para propagar señales en frecuencias de microondas. Las tecnologías de implementación típicas incluyen placas de circuito impreso (PCB) y capas dieléctricas cubiertas con materiales como el óxido de aluminio. En comparación con la tecnología de guía de ondas tradicional, las líneas microstrip tienen un costo menor y son más livianas, y pueden lograr una transmisión de señal efectiva en un espacio compacto. El desarrollo de las líneas microstrip se remonta a ITT Laboratories, donde apareció por primera vez en 1952 como competidor de la tecnología Stripline.
En comparación con las guías de onda, las líneas microstrip son pequeñas en tamaño y de bajo costo, pero son inferiores en capacidad de procesamiento de energía y pérdida de señal.
Las características estructurales de la línea microstrip significan que tiene algunas deficiencias obvias en aplicaciones prácticas. Uno de los mayores problemas es que, en comparación con las guías de ondas, las líneas de microcinta suelen ser abiertas y, por lo tanto, más susceptibles a interferencias y radiación no deseada. Para lograr el menor costo, los dispositivos de línea microstrip generalmente usan sustratos FR-4 (PCB estándar) ordinarios. Sin embargo, en frecuencias de microondas, la pérdida dieléctrica del FR4 suele ser demasiado alta y la constante dieléctrica es inestable, por lo que los sustratos de alúmina se convierten en su sustrato. alternativas de uso común.
Vale la pena señalar que las líneas microstrip también se utilizan ampliamente en el diseño de PCB digitales de alta velocidad. A medida que prolifera la necesidad de transmitir señales de una parte a otra, los diseñadores deben considerar la distorsión de la señal y la diafonía. Por lo tanto, los pares de señales balanceadas, es decir, líneas microstrip diferenciales, se utilizan a menudo para admitir relojes DDR2 SDRAM, líneas de datos USB de alta velocidad, líneas de datos PCI Express, etc.
Las innovaciones de estas líneas microstrip no se limitan a aplicaciones inalámbricas, sino que también se extienden a la transmisión de señales digitales y pasan a formar parte del diseño de circuitos electrónicos.
En el principio de funcionamiento de las líneas microstrip, las ondas electromagnéticas existen tanto en el sustrato dieléctrico como en el aire sobre el sustrato. Debido a la diferencia en la constante dieléctrica, la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en este medio no uniforme cambiará. Por lo tanto, la impedancia característica de la línea microstrip cambia con la frecuencia y, en determinadas frecuencias, la resistencia de la ocasión también tendrá un impacto.
La impedancia característica de una línea microstrip se puede calcular mediante una serie de fórmulas complejas. Una de las expresiones clásicas fue propuesta por Harold Wheeler, que tiene en cuenta la impedancia efectiva constante y estándar del medio y proporciona una estimación precisa en muchas situaciones. Este sistema permite a los diseñadores considerar las características de propagación de la señal y la adaptación de impedancia desde el principio del diseño para lograr una transmisión de señal eficiente.
Según la fórmula de Wheeler, la impedancia característica de una línea microstrip puede ser simplemente una función relacionada con la constante efectiva y el ancho de línea del medio. Aún puede mantener una precisión relativa incluso en diferentes condiciones de alta y baja frecuencia.
En resumen, la aparición y evolución continua de las líneas microstrip no solo mejora la eficiencia de la transmisión, sino que también inspira innovación en innumerables aplicaciones de dispositivos electrónicos. Cuando miramos retrospectivamente la transición de las placas de circuito impreso a las líneas microstrip, no podemos evitar preguntarnos: ¿en qué dirección se desarrollará la futura tecnología de transmisión electrónica?
