4.11: Resumen

El diseño es un proceso iterativo y el diseño inicial de RF se basa en características independientes de la frecuencia. Para una línea de transmisión, se toman como fijas cantidades como la impedancia característica, la permitividad efectiva, las velocidades de fase y grupo, y los parámetros RLGC. Los parámetros RLGC son la base del modelo de circuito de elementos grumados más simple de una línea de transmisión. Cada uno de los componentes de este modelo variará con la frecuencia. La resistencia por unidad de longitud\(R\), aumenta con la frecuencia a medida que las cargas se concentran en la superficie de los conductores y las cargas se agrupan (es decir, se vuelven menos dispersas) Ambos efectos se deben al tiempo finito que lleva transmitir la señal EM que reorganiza las cargas para soportar una onda alterna.

Una señal EM en una línea de transmisión es descrita por las ecuaciones de Maxwell y puede haber muchas soluciones posibles dependiendo de las condiciones del límite. Con las líneas de transmisión y otras estructuras de microondas como los resonadores a estas se les llama modos. Todas las líneas de transmisión tienen al menos dos soluciones, las olas que viajan hacia adelante y hacia atrás. Si bien estrictamente estos también son modos, esta clasificación es evitada por los ingenieros de microondas. Los ingenieros de microondas identifican los modos como diferentes soluciones a las ecuaciones de Maxwell que, para las líneas de transmisión, son diferentes orientaciones de los campos en gran medida en la dirección transversal a la propagación. Cada modo tendrá, en general, componentes que viajan hacia adelante y hacia atrás. Una línea de transmisión de dos conductores está diseñada para tener dimensiones que son lo suficientemente pequeñas como para que solo haya un modo, o bien se toman precauciones especiales para evitar que se establezca un segundo modo. A veces es deseable el multimodo. Si se utilizan estas estructuras multimodales existen estrictos criterios de diseño que permiten explotar la funcionalidad especial que se pone a disposición. El multimodo establece el límite superior en la frecuencia de operación de la mayoría de las estructuras de líneas de transmisión.

Las líneas de transmisión de microondas más populares (microstrip, stripline y CPW) pueden admitir múltiples modos, pero la mayoría se cortan al mantener pequeñas dimensiones transversales con respecto a una longitud de onda. Cuando es posible que exista un segundo modo (o de orden superior), si ese modo se genera depende del mecanismo de acoplamiento entre modos. Este mecanismo de acoplamiento es una discontinuidad, que por supuesto es común si se van a incorporar estructuras de circuito. Stripline y CPW pueden soportar un segundo modo a frecuencias bastante bajas. Con la línea de cinta, el segundo modo dominante es el modo de guía de ondas de placa paralela soportado por los dos planos de tierra de la línea de cinta.

Un diseñador de microondas siempre debe ser consciente de la dependencia de la frecuencia y el multimodo y elegir dimensiones para evitar su ocurrencia excepto cuando el uso es intencional y controlado.