extract ot final micro strip

8/18/2019 Extract Ot Final Micro Strip

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#esarrollado en2re los eses de Enero y !erero de 5667 en8

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A:'; 8

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A:'; 88

. ,u%stratos 'íicos ara Cicrostri'a%a de roiedades tíicas

2. Cétodos de fa%ricaci$n2. eícua De&ada2.2 eícua ruesa2.6 #ircuito 8mreso

6. #/cuo6. $rmuas de an/isis ara sustratos de -r reativamente %ao (2 a 5"

6.. #/cuo de -eeff 6..2 #orrecci$n de anc1o de a ista de%ido a su esesorH

6..6 #orrecci$n de -eff de%ido a esesor de a ista6..4 Io6..5 recuencias de vaidez de modeo6..! érdidas en e conductor 6..+ érdidas en e dieéctrico6..7 ;fecto caacitivo de a discontinuidad de una ínea6..7. #ircuito a%ierto a fina de una ínea6..7.2 #am%io %rusco de anc1o

6.2 ,íntesis4. ro&ramas ara diseo simuaci$n con microstri5. r/ctica con a&unos circuitos %/sicos

5. itro eimina%anda con stu% a%ierto de amda4

5.2 itro asa%anda con íneas resonantes acoadas ateramente#=,8=<

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(ARTE "

"'TR$CC"&'

?a técnica de microstri es amiamente utiizada en e camo de as microondas de otencias %aas medias.,on sus ventaas rinciaes e %ao costo3 e eKueo tamao a ro%ustez Kue tiene frente a as &uías de onda.;n cam%io tiene maores érdidas menor aisaci$n.

?a idea %/sica de todo e tema de microstri es a si&uienteH

#uando se traza una ista en un circuito imreso de do%e faz3 en e Kue una de eas se usa como ano detierra3 e conunto ano de tierra-su%strato-ista se comorta como una ínea de transmisi$n con roa&aci$n de

modo cuasi-';C Kue tiene imedancia característica 3 veocidad de roa&aci$n acoamiento con otrasistas determinadas or as características físicas &eométricas de mismo. ; diseador uede determinar aimedancia característica de a ínea con e anc1o de a ista (tíicamente dentro de ran&o de 20 a 25 o1m3 amaor anc1o menor imedancia"3 su on&itud eéctrica con a on&itud física3 e acoe con otras istas variandoconuntamente e anc1o a searaci$n entre as mismas. #on esta fe)i%iidad3 se ueden evar a ca%o circuitosKue3 si %ien sería osi%e reaizar con coa)ies3 sería mu inc$modo.

ara a confecci$n de fitros3 se considera un eKuivaente en ar/metros concentrados (ara on&itudes eKueascomaradas con amda" de os ar/metros distri%uídos de as íneas de transmisi$n. A &rosso modo3 as íneas de%aa imedancia se comortan como s1unts caacitivos as de ata como series inductivas. ,e disea e fitromediante os rocedimientos normaes (utterGort13 #1e%c1ef3 ;íticos3 esse3 etc" ue&o se sintetizan oscomonentes con tramos de ínea de transmisi$n.

ara mantener esta%iidad en e funcionamiento eéctrico es de fundamenta imortancia &arantizar a esta%iidaddimensiona de os circuitos3 siendo una de as roiedades Kue con m/s cuidado se e)amina a a 1ora de ee&ir su%stratos.

Ci tra%ao se dividi$ en dos artes rinciaesH

. amiiarizaci$n con os eementos m/s comunes reaizados en microstri3 mediante e uso de entrenador demicrostri C,'5623 roducido en coa%oraci$n or a firma eed%acF 8nstruments ?# e deartamentomicroondas de a >niversit of


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#E%CR"(C"&' #EL E'TRE'A#&R

; eKuio consta de os si&uientes eementos reaizados con técnicas de microstri so%re su%strato de ';(oi-'etra-uoro-;tieno o 'ef$n"H

uente de microondas con un ran&o de frecuencias nomina de 2.4 a 6.+ z3 controado or votae. ,eroorciona una ta%a de cai%raci$n otae vs recuencia. ?a confecci$n de a ta%a Amitud vs recuencia esarte de os tra%aos r/cticos.

Acoador direcciona de 4 de on&itud de onda.

itro asa%aos.

#ar&a de imedancia característica (50 o1m".

Divisor de otencia de 6d de tio EiFinson3 Kue adata imedancias mediante dos transformadores de 4 deon&itud de onda3 usado normamente en mezcadores3 com%inadores canceadores de sea.

Acoador 1í%rido Lcarrera de rataL3 eemento de cuatro uertos Kue acoa una entrada con dos saidas3manteniendo aisaci$n cuasi tota con a tercera.

:esonador en anio3 uno de os eementos utiizados ara determinar as características de su%strato utiizado(ermitividad tan&ente de érdida".

'res car&as no característicasH una sin adatar3 una con adatador de 4 de on&itud de onda una adatadacon stu%.

#ircuador de tres uertos3 eemento Kue ermite e aso de a : de uerto a 23 de 2 a 6 de 6 a 3 eroideamente no ermite a circuaci$n inversa3 usado normamente como aisador3 due)or searador decanaes.

Coduador con diodo 8< conectado en s1unt3 usado normamente como moduador o atenuador controado or votae.

Amificador %asado en un CC8# (Conoitic CicroGave 8nte&rated #ircuit" con montae suerficia so%remicrostri3 aimentado de manera Kue roorcione &anancia 1asta aro)imadamente 41z.

>nidad de demostraci$n de sistemas utiizados ara evar continua a os circuitos de microondas.

Dos antenas en microstri.

Detector coa)ia con diodo ,c1ottF3 con ta%a de cai%raci$n.

'erminaciones coa)iaesH adatada3 circuito a%ierto cortocircuito.

Atenuador cai%rado de 20d.

#a%es de aimentaci$n 1erramientas de auste mec/nico.

?os tra%aos se reaizan utiizando una fuente de aimentaci$n dua3 re&uada con vernier ara sintonizar e #= dos mutímetros di&itaes3 con os Kue se miden sintonía detector.

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#omo die antes3 unto con cada eKuio se entre&an dos ta%as de cai%raci$nH frecuencia vs votae de sintonía3 otencia vs votae detectado. ?a determinaci$n de as otencias en %ase a os votaes medidos de tensionesde sintonía necesarias ara a frecuencia reKuerida usando ta%as es %astante a%oriosa3 insumiento demasiadotiemo de tra%ao en tareas no si&nificativas. ;s or eso Kue confeccioné un ro&rama (CM=';8#B A,8#" en disFette. ,e uso esecia atenci$n a aretrocomati%iidad. ;ste ro&rama funciona aOn en P' con adatadores de video monocromo Kue no acetan&r/ficos.

?a confecci$n de ta%as con datos3 e num%er crunc1in& a &eneraci$n de &r/ficos son tareas roias de asanias de c/cuo. ara 1acer este tra%ao3 utiicé e ouar Nuattro ro3 roduciendo un esKueeto en e Kue secar&an os datos de todos os tra%aos r/cticos3 reaiz/ndose en forma autom/tica as reaciones de otencia end3 &r/ficos de resuesta en frecuencia de ar/metros de distintos eementos de eKuio c/cuo de constantes

varias. 8ncuo una coia de a ania (CM?A


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TRABA+& 5J5

ConFeccin de la 2ala de po2encia de salida del /C& en Funcin de la Frecuencia

ara evar a ca%o esta ta%a conviene usar a disosici$n de a fi&ura .3 en a Kue se conecta a circuador en euerto e #=3 en e uerto 2 e medidor de otencia en e 6 una car&a de 50 o1m.

8>:A .

; o%etivo de esta disosici$n es o&rar Kue e funcionamiento de #= no se vea ertur%ado or osi%esdesadataciones de imedancia entre este a car&a Kue se e conecta. eamos c$mo funcionaH ?a otencia Kuein&resa a circuador or (" se diri&e a (2"3 a otencia refeada en (2" se diri&e a (6" donde es a%sor%ida or acar&a adatada3 de manera Kue sea cua sea a condici$n de a car&a de saida e #= nunca reci%e otenciarefeada. ;sta disosici$n es utiizada en casi todos os tra%aos si&uientes.

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TRABA+& 5J=

edicin de la direc2ividad del Circulador

;n un circuador idea3 as cosas ocurren ta como se descri%ieron en e Otimo /rrafo de tra%ao anterior3 mas enos circuadores reaes3 una cierta arte de a otencia circua en e sentido ro1i%ido. ara cuantificar este efectose recurre a montae de a fi&ura .23 en e Kue se conecta e #= en e uerto 3 una car&a adatada en e 2 emedidor de otencia en e 63 tomando como otencia directa a a o%tenida en e tra%ao .

8>:A .2

;n estas condiciones3 a otencia Kue e&a a uerto 6 se comone 1a circuado en e sentido ro1i%ido de a 63 en otra arte de a osi%e desadataci$n de imedancias entre e circuador a imedancia de car&a de 50o1m -suuestamente adatada-. ?os resutados indican cuan aisada est/ e uerto 6 de .

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TRABA+& 5J3

edicin de las pKrdidas producidas en el circulador

ara reaizar esta medici$n se recurre a os resutados o%tenidos en e tra%ao . a montae de a fi&ura .6

8>:A .6

#omo a car&a en e uerto 2 es un cortocircuito3 toda a otencia Kue e arriva es refeada transmitida a uerto63 con a&unas érdidas. ,e toma como otencia incidente a cortocircuito a o%tenida en e tra%ao .

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TRABA+& 5J4

&2ra edicin s de direc2ividad del circulador

ara reaizar esta medici$n se recurre a os resutados o%tenidos en e tra%ao . a montae de a fi&ura .4

8>:A .4

;sta e)eriencia es mu simiar a a de tra%ao .23 daría os mismos resutados si este fuera e)actamentesimétrico.?os resutados o%tenidos indican cuan aisada est/ a fuente de otencia en oeraci$n norma de as refe)ionesde otencia de a car&a3 cuando se usa e conunto circuador- terminaci$n adatada como aisador de car&a.

RE%$LTA#&% 0E'ERALE% #E LA (R"ERA %ECC"&'

?as características &eneraes de un circuador se onen de manifiesto a anaizar conuntamente os resutados deos tra%aos anteriores3 o Kue se vé en a ta%a .5 &r/fico .5

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E#"C"&'E% #E (ER#"#A% #E "'%ERC"&'

TRABA+& =J5

edicin de las pKrdidas de insercin para un Fil2ro pasaaDos

,e reaizaron dos series de mediciones se&On as disosiciones de as fi&urasH

i&ura 2..aH otencia incidente a fitro.i&ura 2..%H otencia transmitida or e fitro.

8>:A, 2..a 2..%

#on as mediciones se determin$ as érdidas de inserci$n de fitro en funci$n de a frecuencia. ?os resutados seo%servan e a ta%a 2. &r/fico 2.

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TRABA+& 3J5

edicin del acoplaien2o; direccionalidad y pKrdida de insercin de un acoplador direccional

,e reaizaron cuatro series de mediciones se&On as disosiciones de as fi&urasH

i&ura 6..aH otencia incidente a acoador.i&ura 6..%H Acoamiento deseado de otencia directa.i&ura 6..cH Acoamiento indeseado de otencia directa.i&ura 6..dH otencia saiente de acoador.

8>:A, 6..a 6..% 6..c 6..d

?os resutados se o%servan en a ta%a 6. &r/fico 6.

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TRABA+& 4J5

edicin de pKrdida de re2orno

,i os acoadores direccionaes fueran eementos ideaes (en 6. se vé caramente Kue no o son"3 a forma demedir a érdida de retorno de un disositivo %ao rue%a consistiría senciamente conectar un acoador direcciona en serie entre e &enerador éste3 tomar a medici$n de otencia incidente conectando una car&aadatada en e uerto 4 e detector en e 6R ue&o tomar a medici$n de otencia refeada conectando unacar&a adatada en e uerto 6 e detector en e 4. ero as asimetrías de comortamiento de acoador uedenfasear os resutados. >n método un tanto m/s se&uro (or o menos evita os ro%emas de simetría" es esi&uienteH

,e conecta e &enerador (siemre mediante un circuador actuando como aisador" a acoador direcciona3

disoniendo éste ara medir otencias refeadas. ?ue&o se toman tres series de medicionesH

a serieH A a saida de acoador se conecta un terminador en circuito a%ierto3 con o Kue a otencia refeadade%e ser i&ua a a incidente.

2a serieH A a saida de acoador se conecta un terminador en cortocircuito3 con o Kue a otencia refeada de%eser nuevamente i&ua a a incidente.

,e toma como otencia incidente rea a romedio de a otencia medida en as series a 2a.

6a serieH A a saida de acoador se conecta e disositivo %ao rue%a se mide a otencia Kue refea.

8>:A 4.

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;n este tra%ao se 1an uesto 6 disositivos %ao rue%aH

. :esistencia de 50 o1m de montae suerficia3 conectada a masa mediante stu% con fina a%ierto de amda4 (afrecuencia de c/cuo se nota caramente en e &r/fico 4.".

2. 'erminaci$n coa)i comercia de 50 o1m.

6. itro asa%aos ensaado en e tra%ao 2. ,iendo e fitro no disiativo3 se encuentra Kue a érdida deinserci$n se corresonde mu aro)imadamente con a érdida de retorno.?os resutados ueden o%servarse en a ta%a 4. &r/fico 4.

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TRABA+& 7J5

Adap2acin de ipedancias

;n este caso se rue%an os efectos de coocar una imedancia de car&a distinta a a característica3 en 6 casosH

A. #one)i$n directa de una resistencia de montae suerficia (e e)tremo de masa se encuentra conectado a unstu% de amda4 de %anda anc1a -aa de mariosa-".

. :esistencia de montae suerficia de 00 o1m3 adatada con transformador de amda4.

#. :esistencia de montae suerficia de 00 o1m3 adatada con stu% Kue cancea a arte reactiva en e u&ar Kue a imedancia refeada tiene un vaor resistivo de 50 o1m.

8>:A 5.

?os resutados ueden o%servarse en a ta%a 5. &r/fico 5.

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TRABA+& :A !.

;n este tra%ao se verifica con cuanta recisi$n se divide a otencia en dos artes i&uaes3 conectandoaternativamente e medidor de otencia a cada saida conectando a a otra una car&a acoada.

?os resutados o%tenidos ueden o%servarse en a ta%a !. e &r/fico !.

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TRABA+& :A !.2

?a sea Kue arri%a a uerto se divide en dos artes3 una 1acia a%ao otra 1acia arri%a (en e di%uo". Anaicemos a situaci$n en Kue e&an a os uertos 23 6 4H

uerto 2H >na e&a desués de recorrer 4 amda a otra 64 * 4 * 4 T 4 amda3 o sea3 coincidiendo enfase a -90 &rados eéctricos de a sea aicada en .

uerto 6H >na e&a desués de 4 * 4T 2 amda a otra 64 * 4 T amda3 cance/ndose mutuamente.

uerto 4H >na e&a desués de recorrer 4 * 4 * 4 T 64 amda a otra 64 amda3 coincidiendo en fase a-2+0 &rados eéctricos de a sea aicada en .

,e reaizaron 6 series de mediciones3 coocando aternativamente e medidor de otencia en os uertos 23 6 43mientras se termina%an os otros uertos en car&as adatadas. ?os resutados ueden o%servarse en a ta%a !.2 fi&ura !.2

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TRABA+& J5

edicin de las carac2erís2icas del sus2ra2o edian2e resonador en anillo

;ste montae se utiiza ara determinar as érdidas conuntas de su%strato e materia utiizado ara 1acer asistas a constante dieéctrica eKuivaente de su%strato - ar/metro fundamenta de diseo en microstri3 aKue roa&aci$n T csKr(esion eficaz -.

; resonador en anio uede o%servarse en a fi&ura +.H

8>:A +.

,e acoa otencia a anio mediante un &a entre a ínea de entrada una orci$n de anio. ;sta otencia viaaen am%as direcciones or e anio3 roduciéndose un atr$n de onda estacionaria so%re e mismo. >n antinodoestar/ en e u&ar donde se roduce e acoamiento de entrada3 os si&uientes a 2 amda de este. #uando seencuentre un antinodo en e unto ouesto de resonador3 e acoamiento3 mediante otro &a a a ínea de saidaser/ m/)imo. De manera Kue o%servando a Kué frecuencia se roduce e rimer m/)imo sa%iendo Kue unasemicircunsferencia ser/ 2 amda se determina a veocidad de roa&aci$n or ende a constante dieéctricaeKuivaente. =%servando e anc1o de %anda a 6 d de resonador se o%tiene e N de circuito de aí asérdidas or metro se&On a reaci$nH

afa T i (N S amda" U


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TRABA+& J5

Acarreo de la corrien2e con2inua en los circui2os de icros2rip

#uando se introducen eementos activos3 es necesario oarizaros3 evitando Kue a otencia de : se fu&ue or as íneas de aimentaci$n os osi%es ro%emas de desadataci$n de imedancias. 8deamente3 as íneas deaimentaci$n de%en ser invisi%es a a : or o Kue de%en ser vistas como imedancias derivaci$n o m/s atasosi%es or as íneas de transmisi$n. ?a forma 1a%itua de conse&uiro es a si&uienteH

,e acoa a aimentaci$n (Kue es un cortocircuito a a :" mediante un transformador de 4 amda de a maor imedancia osi%e (TW ínea m/s de&ada -imitada or a densidad de corriente Kue uede transmitir econductor sin deteriorarse" Kue transforma e cortocircuito en un circuito a%ierto. ara Kue a entrada de : seaun cortocircuito efectivo3 se recurre &eneramente a su vez a un stu% de 4 amda con e)tremo a%ierto.

;n este tra%ao midieron as érdidas de inserci$n ara 6 tios de oarizaci$nH

A. #on do%e stu% de %anda anc1a (aa de mariosa".. ,tu% de %aa imedancia característica.#. uesta a tierra con erforaci$n3 aam%re sodadura.

8>:A 7.

?os resutados ueden o%servarse en a ta%a 7. &r/fico 7.

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TRABA+& J=

Ensayo de un apliFicador con "C ?onoli2ic icroIave in2egra2ed circui2

;n este tra%ao se reeva a resuesta en frecuencia de un amificador construído arededor de un CC8#. :A 7.2

?os resutados ueden o%servarse en a ta%a 7.2 &r/fico 7.2

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TRABA+& J3

Ensayo de un a2enuador con2rolado con diodo ("' conec2ado en serie

; mar&en de variaci$n de a resistencia din/mica ara distintas condiciones de oarizaci$n de un diodo 8<varía entre 00 a 000 a se&On e modeo utiizado3 unto con una caacidad ar/sita en estado de %oKueode fracciones de .

;n este tra%ao3 se estudian as características de un atenuador varia%e eectr$nicamente con un diodo 8<conectado en serie con a ínea de transmisi$n. ,e utiizan os métodos de oarizaci$n vistos en e tra%ao 7.

8>:A 7.6

?os resutados ueden o%servarse en a ta%a 7.6 &r/fico 7.6.

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(ARTE ""

5J %us2ra2os Típicos para icros2rip

>na ista indicativa se roorciona a continuaci$nH

a" /sticosH ooefin irradiado3 :'-duroid 57703 #u-fon. Atos ara tra%aos e)erimentaes 1asta unos ocos z arre&os de antenas 1asta 20z.

%" AOmina2H Ato ara roducci$n en serie de circuitos 1asta unos 20z. ; &rado de ureza reKuerido deendede a aicaci$n. >suamente se utiizan aOminas de 75X o m/s de ureza or cuestiones de érdidasdieéctricas reeti%iidad.

c" #uarzoH Ato ara roducci$n en serie de circuitos entre 60 unos 600z. ,u %aa ermea%iidad reativaimica maores tamaos de as istas ara i&uaes frecuencias3 o Kue en este caso es una ventaa.

'a%a de roiedades tíicas

Cateria :u&osidadeficaz (micras"

'& érdida()e4"

ermi-tividadreativa

#onduct.'érmica

:i&idezDieéctrica(Bcm"

AOmina

99.5X .05 a .25 a 2 0 .6+ 4e6

9!X 5 a 20 ! 9 .27 4e6

75X 60 a 50 5 7 .20 4e6

Iafiro .005 a .025 .4 a .+ 9.4 .!(anis$-troo"

.4 4e6

idrio (tí." .025 20 5 .0 -

ooefin(irradiado"

2.6 .0 600

#uarzofundido

.00! a .025 6.7 .0 e6

errite&arnet .25 2 6 a ! .06 4e6

:'-Duroid5770

.+5 a (#uroado"4.25 a 7.+5 (#ueectro-deuesto"

5 a 5 2.! a 2.24 .002! -

& 'n su!strato comercial es el M( Superstrate, con una permitividad

relativa de apro*imadamente +%

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:'-Duroid!00

idem 0 a !0 0.2 a 0.+ .004 -

;siam-0 - 20 0.0 a 6.0 .006+ -

#u-fon - 4.5 2. - -

aAs (símiintrínseco"

.025 ! 6 .6 650

,i (cuasiintrínseco"

.025 0 a 00 2 .9 600

#omentario esecia so%re a AOmina

ermitividad aores romedio ;ntre 7.2 0.2. Deende de a ureza otrosfactores.

ariaci$n entre otes ;meora con menores urezas.

Disersi$n ariaci$n normaizada (- Y-Yf" imortante con afrecuencia.

érdida dieéctrica(t& Z"

eneramente menor Kue e-6 o e-4 ara ureza de 99.5X

Anisotroía ;)iste. Deende de método de fa%ricaci$n.

:u&osidad Deende de &rado de ureza. er vaores en ta%a anterior.

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=J K2odos de Faricacin

=J5 (elícula #elgada

Cétodo de recisi$n3 utiiza ori&inaes amiados 25 veces reKuiere de reductoras foto&r/ficas de recisi$n ararearar as m/scaras de contacto.; eKuiamiento necesario es caro se ustifica ara roducci$n industria con ata reeti%iidad o arainvesti&aci$n avanzada. na vez seca a imresi$n (unos 20 minutos a 00 ^#" se 1ornea (unos 0 minutos a 000^#"3eimin/ndose e sovente fundiéndose e meta. ?as érdidas de conductor son maores Kue en e caso deeícua de&ada3 se resentan ro%emas de reeti%iidad. ,i se reaiza manuamente3 e anc1o fina de asistas deende de cu/nto 1aa uno aretado e rodio (o a maneta" Kue 1ace asar a tinta a través de a tea.

,istema Oti econ$mico ara a roducci$n de eKueos otes de circuitos. ?a recisi$n de os &ra%adosrestrin&e su uso a frecuencias menores de 0z.

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=J3 Circui2o "preso

; método m/s econ$mico ( e menos confia%e". ,e utiiza a técnica convenciona de roducci$n de circuitosimresos teniendo as si&uientes consideracionesH

a. ?a caa fotorresistiva de%e ser o m/s de&ada uniforme osi%e.%. ?os ori&inaes en ae se rearan en 4 a or o menos3 0 a es meor.c. ,e 1ace una reducci$n foto&r/fica.d. ,e e)one e fotorresist cuidando de Kue 1a&a un e)ceente contacto con e ne&ativo de ado de aemusi$n (1acer un sandGic1 entre dos acas de vidrio aretar firmemente 60 se&undos o m/s arae)usar e aire".e. oner a aKueta vertica atacar con coruro férrico ti%io (40 a !0^" en un c1orro 1orizonta. ;sto se 1ace

normamente con un motor aetas.

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3J Clculo

;n e microstri3 como en otras íneas de transmisi$n se uede e)resar a imedancia característica comoH

Io T _(?#"

Donde ? es a inductancia or ida vueta de una on&itud unitaria de ínea # es a caacidad or on&itudunitaria de a misma.

?a veocidad de roa&aci$n de una onda ';C en un medio 1omo&éneo (un microstri con aire en u&ar desustrato sería e caso -en reaidad en e microstri es #>A,8-';C" uede e)resar comoH

vT_(]-"

- T -0 -r3 savo unos ocos casos3 ]T]0.

De manera KueHv T c _-r

#omo en e microstri a roa&aci$n de a onda se 1ace entre dos medios3 se 1ace necesario definir unaermitividad efectiva -eff3 Kue es a Kue satisface KueH

c_-eff T veocidad de roa&aci$n en e microstri

;sta ma&nitud interviene tam%ién en a determinaci$n de a caacidad or unidad de on&itud3 imedanciacaracterística otras.

-eff es un factor Kue deende de como se comarta e camo entre e sustrato e aire circundante. Deendecaramente de a ermitividad de sustrato de a &eometría de a ista (en articuar de su anc1o3 en &radomuc1o menor de su esesor".

;ncontrar e)resiones anaíticas de os comortamientos de Io3 -eff otros ar/metros característicos de a íneade microstri es una tarea mu dificutosa3 or o Kue 1e conocido 1asta a1ora de resutados oco confia%es.;n cam%io3 se tra%aa muc1ísimo con curvas austadas a &ran cantidad de ensaos reaizados3 o%teniéndose amenudo e)actitudes de orden de o 2X en os resutados. ?a desventaa de tra%aar con este enfoKue es Kueos resutados Kue se o%tienen a menudo est/n restrin&idos ara un tio de sustrato en articuar3 es mufrecuente encontrar f$rmuas v/idas ara un -rW7 (Kue se corresonde a aOmina zafiro3 am%os est/ndares dea industria 1i&1-end".

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3J5 !rulas de anlisis para sus2ra2os de *r rela2ivaen2e aDo ?= a 7

'odas estas f$rmuas est/n imementadas en e ro&rama CM>


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3J5J5 Clculo de *eeFF

,i G 1 H

-eff TU(-r*"*(-r-"(_(*2 1G"*.04 (- G1"(- G1""V2

,i G 1 W H

-eff TU(-r*"*(-r-"_(*2 1G"V2

3J5J= Correccin del ancGo de la pis2a deido a su espesor8

#omo as f$rmuas e)istentes son v/idas ara istas de esesor nuo (o or o menos desrecia%e"3 se define eanc1o de una ista ficticia Kue3 siendo infinitamente c1ata3 tiene as mismas características eéctricas Kue a rea.

,i G 1 (2b"

Ge T G * (.25 tb" ( * ?< (4 bt" "

,i G 1 W (2b"

Ge T G * (.25 tb" ( * ?< (2 1t" "

3J5J3 Correccin de *eFF deido al espesor de la pis2a

#uanto m/s &ruesa sea a ista3 maor arte de camo estar/ situado en e aire (fuera de sustrato"3 or o tantoa ermitividad efectiva ser/ menor. or esto se corri&e e vaor de -eff disminuéndoo.

deta -eff T (-r-" (t1" (4.! _(G1""-eff corr T -eff - deta -eff

3J5J4 1o8

,i G 1 H

Io T !0_-eff S ?< ( 7 1Ge * .25 Ge1 "

,i G 1 W

Io T (20b_-eff" (Ge1 * .696 * .!++ (Ge1 * .444" "-

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3J5J7 !recuencias de validez del odelo

; modeo utiizado ara e c/cuo 1asta e momento suone Kue as dimensiones de un corte transversa de aínea son muc1o menores Kue a on&itud de onda3 teniendo or o tanto un e mismo otencia todos os untosdentro de a secci$n de conductor. ;n este caso a imedancia característica tiene un sentido unívoco e Onicomodo de roa&aci$n es e cuasi-';C.

A medida Kue a frecuencia aumenta3 se roducen fen$menos Kue interfieren e comortamiento %/sicoH

- #am%ia a distri%uci$n de camo e vaor de -eff (as f$rmuas disoni%es no se aican a ossustratos /sticos sino a a aOmina e zafiro3 esto es $&ico a Kue as érdidas dieéctricas de/stico 1ace Kue no se use a frecuencias atas".

- ,e acoa e rimer modo 'C con e ';C a a frecuenciaH

fc ';C T c atn(-r" (b1 _(2-r-2""

- ,e d/ una resonancia transversa cuando a on&itud de onda es ustamente e do%e de anc1o-corre&ido- de a ista. ?a on&itud de onda se cacua con -r3 orKue en este modo3 a direcci$nde roa&aci$n es transversa a a ínea3 viéndose a esta como una ínea anc1ísima Kue esa1ora tan anc1a como antes era ar&a3 or o Kue a casi totaidad de camo invoucrado est/dentro de sustrato.

fc :' T c ( _-r ( 2G * .07 1" "

?a incusi$n de .07 1 se ustifica or e efecto caacitivo de %orde de a ista con e Kue setratar/ m/s adeante.

3J5J< (Krdidas en el conduc2or

?as érdidas se roducen3 como es de eserar3 or a resistividad de conductor3 ero aarece un factor nuevoH aru&osidad de ímite entre sustrato conductor. ;sta ru&osidad se mide en mm eficaces.

`c T .0+2 _f amda (G Io"

Z T _(2(G]""

`c T `c U * 2b atn (.4 (r&1Z" 2"V Udon& de ondaV

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Donde amda es a on&itud de onda en e microstri Z es a rofundidad de enetraci$n de a onda de afrecuencia indicada en e conductor.

3J5J (Krdidas en el dielKc2rico

`dT2+.6 -r (-eff-" tan Z (-eff (-r-"" Udon& de ondaV

?os e)tremos a%iertos de microstri se comortan como caacitores3 Kue e)tienden a on&itud eéctrica de aínea. or eso3 se de%e restar a roon&aci$n virtua Kue resuta ara o%tener e ar&o físico de a ista

3J5J EFec2o capaci2ivo de la discon2inuidad de una línea

a dos tios de discontinuidad mu frecuentesH e circuito a%ierto a fina de una ínea (mu utiizado ara reaizar stu%s fitros" e cam%io %rusco de anc1o de una ínea3 en am%os casos se roduce un efecto caacitivo or aacumuaci$n de car&as en e %orde de a ínea3 a imedancia resente en ese unto no es a corresondiente aun circuito a%ierto sino a un caacitor de vaor determinado. ?a corriente eectr$nica en e %orde es nua3 eroe)iste una corriente de desazamiento resonsa%e de este efecto.

A veces es mu inc$modo incuir esta caacidad en os c/cuos3 entonces se recurre a crear un tramo de íneavirtua de a misma imedancia característica Kue a ínea rea3 terminada en un verdadero circuito a%ierto3 Kueresente a esta Otima una reactancia caacitiva i&ua a de a caacidad de %orde.

Peo T - Io tan eo

Pf T G#f

8&uaando am%as e)resiones se o%tiene a on&itud virtua adicionaH

eo T atn (G #f Io" T c atn (G #f Io" (G _-eff"

Nue ara /n&uos eKueos se transforma enH

eo \ G Io #f _-eff (G T es ome&a aKuí"

3J5JJ5 Circui2o aier2o al Final de una línea

?a caacidad de %orde se encuentra con a f$rmua si&uienteH

#f T G e)(2.206! (g Bei (?n G1"(i-"""

Donde Bei corresonde a a ta%a si&uienteH

ih- .0 2.5 4.2 9.! !.0

.0 .295 .446 .+67 .967

2 -.2792 -.27+ -.2565 -.2567 -.2266

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6 .75 .6!+ .0!2 .607 .6+

4 -.0066 -.066 -.02!0 -.007+ -.02!+

5 -.0540 -.02!+ -.00+6 -.06 -.04+

3J5JJ= Caio rusco de ancGo

; efecto rincia de a caacidad es incrementar e ar&o eéctrico de a ista m/s anc1a. ,e uede tener una%uena aro)imaci$n cacuando a on&itud virtua ara a ínea anc1a en circuito a%ierto aicando un factor deroorcionaidad.

es T eo (G2 - G"G2

Donde G2 es e anc1o de a ista m/s anc1a G de a m/s an&osta.

3J= %ín2esis

?os eementos %uscados en a síntesis %/sicamente sonH imedancia característica on&itud eéctrica3 ara eoe diseador uede variar e anc1o de a ista su on&itud física.

De%ido a tio de f$rmuas utiizadas ara e an/isis3 no es sencio desear a&unas de síntesis de vaidez

&enera3 or o Kue o m/s c$modo es utiizar a&On ro&rama Kue reaice e an/isis (CM>.A, (% ,er&io D. =. ,an :om/n" 'ouc1,tone de ;;,=.

- Codeos físicosH ,e resueven numéricamente as ecuaciones de Ca)Ge. ;)i&en un &ran oder de c/cuo3 ero en &enera %rindan resutados de vaidez m/s amias.

'uve oortunidad de tra%aar con e 'ouc1,tone de ;;,=3 Kue a1ora viene como e)tra de CE,8#;3 todosroductos vendidos or eGett acFard.

;n e 'ouc1,tone se decaran as roiedades %/sicas de sustrato as suerficies conductoras (eéctrost/ticas dimensionaes". ?ue&o se uede definir e circuito en términos de intercone)i$n de m$duos or sus terminaes3Kue est/n internamente descritos or sus características &eométricas3 eéctricas concentradas o or susar/metros s.

>na vez decarado e circuito3 se uede edir a ro&rama Kue &rafiKue sus ar/metros s en funci$n de a

frecuencia3 Kue o otimice aterando varia%es definidas or e usuario mediante un método de aro)imaci$nor &radiente o or Contecaro.

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,e aduntan a este tra%ao3 varios ro&ramas ara 'ouc1stone3 acomaados con os &r/ficos roducidos or asimuaci$n. 'res de os diseos se evaron a a r/ctica3 demostrando Kue aOn utiizando esta case de utiitarioses necesario un roceso de trimmin& desués de fa%ricado e rototio.

7J (rc2ica con algunos circui2os sicos

7J5 !il2ro eliinaanda con s2u aier2o de ladaN4

,e trata de una ínea de transmisi$n a a Kue est/ Lco&adoL un stu% Kue mide amda4 a a frecuencia Kue seKuiere rec1azar.

#uando a frecuencia es ta Kue e stu% tiene una on&itud eéctrica de amda43 este resenta un cortocircuitoso%re a ínea de transmisi$n3 roduciendo una desadataci$n de imedancias Kue rovoca Kue casi toda aotencia incidente vueva or donde entr$.

,i e tramo de entrada tiene a su vez amda43 este cortocircuito se refear/ so%re a entrada como un circuitoa%ierto3 con o Kue resuta Kue e circuito Kue contiene a stu% aarece como desconectado de a fuente a afrecuencia Kue se rec1aza. >n ar de estos montaes sirven ara reaizar un due)or en e Kue se conecta etransmisor3 recetor antena comOn3 sin Kue 1aa interferencia entre transmisor recetor si tra%aan afrecuencias suficientemente aeadas en %anda suficientemente an&osta.

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;n e ane)o se ueden o%servar a simuaci$n 1ec1a con 'ouc1,tone de un circuito eimina%anda de este tio3 a medici$n de resuesta en frecuencia de un rototio3 medida con un anaizador escaar Carconi 2-20 z.

?os ro&ramas CM,'>;.A, CM,'>.A, (de ,er&io D = ,an :om/n" tam%ién ermiten a simuaci$n deeste tio de disositivo. CM,'>;.A, trata a sistema

7J= !il2ro pasaanda con líneas resonan2es acopladas la2eralen2e

;n un acoador de íneas araeas de modo ';C3 con uertos 3236 4 se&On a fi&ura !.2.a3 cuando se in&resaor e uerto con una frecuencia ta Kue amda4 es i&ua a su on&itud3 se roducen os si&uientes

acoamientosH

T 2 T - _(-#2"

6 T #4 T 0

Donde # es e factor de acoamiento3 &eneramente fiado en e diseo.

8>:A !.2.a

#uando se dean os uertos 2 4 a%iertos3 conectando 6 a as íneas de entrada saida resectivamente3 seroducen os si&uientes sucesosH

- ;ntra otencia or 3 a Kue se divide aarece en 6 con fase 0 en 2 con fase -90.- #omo 6 es un circuito a%ierto3 se refea aarece nuevamente en con fase 0*0T0 donde es a%sor%ida

or a ínea de entrada en 4 con fase 0-90T-90 donde es a%sor%ida or a ínea de saida.- #omo 2 es un circuito a%ierto3 se refea aarece en 4 con fase -90*0T-90 donde es a%sor%ida or a

ínea de saida en con fase -90-90T-703 donde es a%sor%ida or a ínea de entrada.- ?as seaes reci%idas desde 2 6 est/n en fase entre sí a fase -90 resecto de a de entrada.

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,e o%serva Kue estas condiciones de refuerzo desaarecen r/idamente cuando cam%ia a frecuencia deentrada. ;sto constitue a %ase de una famiia de circuitos asa%anda en a Kue se coocan en cascada ares deíneas acoadas ateramente funcionando de manera simiar a a descrita.

:eaicé dos diseos-simuaci$n-otimizaci$n con e 'ouc1,tone3 diseo fina de aKueta con e Auto,Fetc13 osteriormente construí ensaé os fitros con un anaizador escaar Carconi 2-20 z. Adunto os resutados.

C&'CL$%"&'


(ARTE ""

5J %us2ra2os Típicos para icros2rip

>na ista indicativa se roorciona a continuaci$nH

a" /sticosH ooefin irradiado3 :'-duroid 57703 #u-fon. Atos ara tra%aos e)erimentaes 1asta unos ocos z arre&os de antenas 1asta 20z.

%" AOmina6H Ato ara roducci$n en serie de circuitos 1asta unos 20z. ; &rado de ureza reKuerido deendede a aicaci$n. >suamente se utiizan aOminas de 75X o m/s de ureza or cuestiones de érdidasdieéctricas reeti%iidad.

c" #uarzoH Ato ara roducci$n en serie de circuitos entre 60 unos 600z. ,u %aa ermea%iidad reativaimica maores tamaos de as istas ara i&uaes frecuencias3 o Kue en este caso es una ventaa.

'a%a de roiedades tíicas

Cateria :u&osidadeficaz (micras"

'& érdida()e4"

ermi-tividadreativa

#onduct.'érmica

:i&idezDieéctrica(Bcm"

AOmina

99.5X .05 a .25 a 2 0 .6+ 4e6

9!X 5 a 20 ! 9 .27 4e6

75X 60 a 50 5 7 .20 4e6

Iafiro .005 a .025 .4 a .+ 9.4 .!(anis$-troo"

.4 4e6

idrio (tí." .025 20 5 .0 -

ooefin(irradiado"

2.6 .0 600

#uarzo .00! a .025 6.7 .0 e6

- 'n su!strato comercial es el M( Superstrate, con una permitividad

relativa de apro*imadamente +%

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fundido

errite&arnet .25 2 6 a ! .06 4e6

:'-Duroid5770

.+5 a (#uroado"4.25 a 7.+5 (#ueectro-deuesto"

5 a 5 2.! a 2.24 .002! -

:'-Duroid!00

idem 0 a !0 0.2 a 0.+ .004 -

;siam-0 - 20 0.0 a 6.0 .006+ -

#u-fon - 4.5 2. - -

aAs (símiintrínseco"

.025 ! 6 .6 650

,i (cuasiintrínseco"

.025 0 a 00 2 .9 600

#omentario esecia so%re a AOmina

ermitividad aores romedio ;ntre 7.2 0.2. Deende de a ureza otrosfactores.

ariaci$n entre otes ;meora con menores urezas.

Disersi$n ariaci$n normaizada (- Y-Yf" imortante con afrecuencia.

érdida dieéctrica(t& Z"

eneramente menor Kue e-6 o e-4 ara ureza de 99.5X

Anisotroía ;)iste. Deende de método de fa%ricaci$n.

:u&osidad Deende de &rado de ureza. er vaores en ta%a anterior.

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=J K2odos de Faricacin

=J5@ (elícula #elgada

Cétodo de recisi$n3 utiiza ori&inaes amiados 25 veces reKuiere de reductoras foto&r/ficas de recisi$n ararearar as m/scaras de contacto.; eKuiamiento necesario es caro se ustifica ara roducci$n industria con ata reeti%iidad o arainvesti&aci$n avanzada. na vez seca a imresi$n (unos 20 minutos a 00 ^#" se 1ornea (unos 0 minutos a 000^#"3eimin/ndose e sovente fundiéndose e meta. ?as érdidas de conductor son maores Kue en e caso deeícua de&ada3 se resentan ro%emas de reeti%iidad. ,i se reaiza manuamente3 e anc1o fina de asistas deende de cu/nto 1aa uno aretado e rodio (o a maneta" Kue 1ace asar a tinta a través de a tea.

,istema Oti econ$mico ara a roducci$n de eKueos otes de circuitos. ?a recisi$n de os &ra%adosrestrin&e su uso a frecuencias menores de 0z.

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=J3 Circui2o "preso

; método m/s econ$mico ( e menos confia%e". ,e utiiza a técnica convenciona de roducci$n de circuitosimresos teniendo as si&uientes consideracionesH

a. ?a caa fotorresistiva de%e ser o m/s de&ada uniforme osi%e.%. ?os ori&inaes en ae se rearan en 4 a or o menos3 0 a es meor.c. ,e 1ace una reducci$n foto&r/fica.d. ,e e)one e fotorresist cuidando de Kue 1a&a un e)ceente contacto con e ne&ativo de ado de aemusi$n (1acer un sandGic1 entre dos acas de vidrio aretar firmemente 60 se&undos o m/s arae)usar e aire".e. oner a aKueta vertica atacar con coruro férrico ti%io (40 a !0^" en un c1orro 1orizonta. ;sto se 1ace

normamente con un motor aetas.

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3J Clculo

;n e microstri3 como en otras íneas de transmisi$n se uede e)resar a imedancia característica comoH

Io T _(?#"

Donde ? es a inductancia or ida vueta de una on&itud unitaria de ínea # es a caacidad or on&itudunitaria de a misma.

?a veocidad de roa&aci$n de una onda ';C en un medio 1omo&éneo (un microstri con aire en u&ar desustrato sería e caso -en reaidad en e microstri es #>A,8-';C" uede e)resar comoH

vT_(]-"

- T -0 -r3 savo unos ocos casos3 ]T]0.

De manera KueHv T c _-r

#omo en e microstri a roa&aci$n de a onda se 1ace entre dos medios3 se 1ace necesario definir unaermitividad efectiva -eff3 Kue es a Kue satisface KueH

c_-eff T veocidad de roa&aci$n en e microstri

;sta ma&nitud interviene tam%ién en a determinaci$n de a caacidad or unidad de on&itud3 imedanciacaracterística otras.

-eff es un factor Kue deende de como se comarta e camo entre e sustrato e aire circundante. Deendecaramente de a ermitividad de sustrato de a &eometría de a ista (en articuar de su anc1o3 en &radomuc1o menor de su esesor".

;ncontrar e)resiones anaíticas de os comortamientos de Io3 -eff otros ar/metros característicos de a íneade microstri es una tarea mu dificutosa3 or o Kue 1e conocido 1asta a1ora de resutados oco confia%es.;n cam%io3 se tra%aa muc1ísimo con curvas austadas a &ran cantidad de ensaos reaizados3 o%teniéndose amenudo e)actitudes de orden de o 2X en os resutados. ?a desventaa de tra%aar con este enfoKue es Kueos resutados Kue se o%tienen a menudo est/n restrin&idos ara un tio de sustrato en articuar3 es mufrecuente encontrar f$rmuas v/idas ara un -rW7 (Kue se corresonde a aOmina zafiro3 am%os est/ndares dea industria 1i&1-end".

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3J5 !rulas de anlisis para sus2ra2os de *r rela2ivaen2e aDo ?= a 7

'odas estas f$rmuas est/n imementadas en e ro&rama CM>


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3J5J5 Clculo de *eeFF

,i G 1 H

-eff TU(-r*"*(-r-"(_(*2 1G"*.04 (- G1"(- G1""V2

,i G 1 W H

-eff TU(-r*"*(-r-"_(*2 1G"V2

3J5J= Correccin del ancGo de la pis2a deido a su espesor8

#omo as f$rmuas e)istentes son v/idas ara istas de esesor nuo (o or o menos desrecia%e"3 se define eanc1o de una ista ficticia Kue3 siendo infinitamente c1ata3 tiene as mismas características eéctricas Kue a rea.

,i G 1 (2b"

Ge T G * (.25 tb" ( * ?< (4 bt" "

,i G 1 W (2b"

Ge T G * (.25 tb" ( * ?< (2 1t" "

3J5J3 Correccin de *eFF deido al espesor de la pis2a

#uanto m/s &ruesa sea a ista3 maor arte de camo estar/ situado en e aire (fuera de sustrato"3 or o tantoa ermitividad efectiva ser/ menor. or esto se corri&e e vaor de -eff disminuéndoo.

deta -eff T (-r-" (t1" (4.! _(G1""-eff corr T -eff - deta -eff

3J5J4 1o8

,i G 1 H

Io T !0_-eff S ?< ( 7 1Ge * .25 Ge1 "

,i G 1 W

Io T (20b_-eff" (Ge1 * .696 * .!++ (Ge1 * .444" "-

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3J5JJ= Caio rusco de ancGo

; efecto rincia de a caacidad es incrementar e ar&o eéctrico de a ista m/s anc1a. ,e uede tener una%uena aro)imaci$n cacuando a on&itud virtua ara a ínea anc1a en circuito a%ierto aicando un factor deroorcionaidad.

es T eo (G2 - G"G2

Donde G2 es e anc1o de a ista m/s anc1a G de a m/s an&osta.

4J %ín2esis

?os eementos %uscados en a síntesis %/sicamente sonH imedancia característica on&itud eéctrica3 ara eoe diseador uede variar e anc1o de a ista su on&itud física.

De%ido a tio de f$rmuas utiizadas ara e an/isis3 no es sencio desear a&unas de síntesis de vaidez&enera3 or o Kue o m/s c$modo es utiizar a&On ro&rama Kue reaice e an/isis (CM>.A, (% ,er&io D. =. ,an :om/n" 'ouc1,tone de ;;,=.

- Codeos físicosH ,e resueven numéricamente as ecuaciones de Ca)Ge. ;)i&en un &ran oder dec/cuo3 ero en &enera %rindan resutados de vaidez m/s amias.

'uve oortunidad de tra%aar con e 'ouc1,tone de ;;,=3 Kue a1ora viene como e)tra de CE,8#;3 todosroductos vendidos or eGett acFard.

;n e 'ouc1,tone se decaran as roiedades %/sicas de sustrato as suerficies conductoras (eéctrost/ticas dimensionaes". ?ue&o se uede definir e circuito en términos de intercone)i$n de m$duos or sus terminaes3Kue est/n internamente descritos or sus características &eométricas3 eéctricas concentradas o or susar/metros s.

>na vez decarado e circuito3 se uede edir a ro&rama Kue &rafiKue sus ar/metros s en funci$n de afrecuencia3 Kue o otimice aterando varia%es definidas or e usuario mediante un método de aro)imaci$nor &radiente o or Contecaro.

,e aduntan a este tra%ao3 varios ro&ramas ara 'ouc1stone3 acomaados con os &r/ficos roducidos or asimuaci$n. 'res de os diseos se evaron a a r/ctica3 demostrando Kue aOn utiizando esta case de utiitarioses necesario un roceso de trimmin& desués de fa%ricado e rototio.

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;n e ane)o se ueden o%servar a simuaci$n 1ec1a con 'ouc1,tone de un circuito eimina%anda de este tio3 a medici$n de resuesta en frecuencia de un rototio3 medida con un anaizador escaar Carconi 2-20 z.

?os ro&ramas CM,'>;.A, CM,'>.A, (de ,er&io D = ,an :om/n" tam%ién ermiten a simuaci$n deeste tio de disositivo. CM,'>;.A, trata a sistema


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extract ot final micro strip

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