1.1: Introducción

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El universo tiene un límite de velocidad, la velocidad finita de causalidad o\(c\), la velocidad de la luz, que se materializa en las ecuaciones de Maxwell y en la teoría especial de la relatividad. El resultado de esto es que una causa, digamos una tensión, en una parte de un circuito produce un efecto, digamos una corriente, en otra parte del circuito después de un retraso. Cuando se utilizan circuitos a bajas frecuencias el impacto de este retardo es insignificante ya que el efecto se produce mucho antes de que haya incluso el más mínimo cambio discernible en la causa. Sin embargo, el retraso es importante en microondas y frecuencias más altas. La radiación electromagnética (EM) viaja\(30\text{ cm}\) en nanosegundos en el espacio libre. Por lo tanto, un circuito\(1\text{ GHz}\) que opera en ese cruce solo verá un efecto apreciable debido a la velocidad finita de la señal EM que, por supuesto, es como se “comunican” el voltaje y la corriente.\(1\text{ cm}\) El impacto será más significativo a frecuencias más altas y si la señal EM viaja en un dieléctrico como dieléctrico reduce la velocidad de la luz.

Un ingeniero de microondas debe diseñar circuitos para gestionar este retardo finito, pero lo que resulta particularmente interesante es que el efecto da lugar a una enorme cantidad de elementos de circuito útiles que no tienen analógico a frecuencias más bajas. Circuitos enteros, y circuitos bastante complejos en eso, se pueden diseñar explotando efectos distribuidos. Este libro explora el diseño de circuitos con líneas de transmisión e introduce efectos, como el acoplamiento de una línea de transmisión a otra, que pueden explotarse para construir circuitos novedosos.

Este libro es el segundo volumen de una serie sobre diseño de microondas y RF. El primer volumen de la serie aborda los sistemas de radio [1] siguiendo principalmente la evolución de la radio celular. El tercer volumen [2] abarca la teoría de redes de microondas, que es la teoría que describe el flujo de potencia y se puede utilizar para describir los efectos de la línea de transmisión. Los temas tratados en este volumen incluyen parámetros de dispersión, gráficos Smith y redes coincidentes que permiten la máxima transferencia de potencia. El cuarto volumen [3] se enfoca en diseñar circuitos y sistemas de microondas utilizando módulos que introducen una gran cantidad de módulos diferentes. Módulos es solo otro término para una red, pero la implicación es que está empaquetado y, a menudo, disponible en el mercado. Se consideran otros temas de este capítulo que son importantes en el diseño de sistemas utilizando módulos, como el ruido, la distorsión y el rango dinámico. La mayoría de los diseñadores de microondas y RF construyen sistemas utilizando módulos desarrollados por otros ingenieros que se especializan en el desarrollo de los módulos. Ejemplos son los módulos de chip de filtro y amplificador que una vez diseñados se pueden usar en muchos sistemas diferentes. Gran parte del diseño de microondas consiste en maximizar el rango dinámico, minimizar el ruido y minimizar el consumo de energía de CC. El quinto volumen de esta serie [4] considera el diseño de amplificadores y osciladores y desarrolla las habilidades requeridas para desarrollar módulos.

Los libros de la serie Microwave and RF Design son:

Diseño de microondas y RF: Sistemas de radio
Diseño de microondas y RF: líneas de transmisión
Diseño de microondas y RF: Redes
Diseño de microondas y RF: Módulos
Diseño de microondas y RF: Amplificadores y osciladores