Stripline de ar (em inglês: air stripline) é uma forma de linha de transmissão planar elétrica na qual um condutor, na forma de uma fina tira metálica, fica suspenso entre dois planos de terra. A ideia é fazer com que o dielétrico seja essencialmente o ar. O suporte mecânico da linha pode ser feito por um substrato fino, por suportes isolantes espaçados periodicamente ou pelos próprios conectores do dispositivo e por outros componentes elétricos.
A stripline de ar é usada sobretudo em frequências de micro-ondas, especialmente na banda C. Sua vantagem em relação à stripline convencional e a outras tecnologias planares é que o dielétrico de ar evita a perda dielétrica. Muitos circuitos úteis podem ser construídos com stripline de ar, e nessa tecnologia também é mais fácil obter um acoplamento forte entre componentes do que em outros formatos planares. Ela foi inventada por Robert M. Barrett na década de 1950.
Estrutura
Diagrama da estrutura de uma stripline de ar com suporte dielétrico
A stripline de ar é uma forma de stripline que usa o ar como material dielétrico entre o condutor central e os planos de terra. O uso do ar como dielétrico tem a vantagem de evitar as perdas de transmissão normalmente associadas aos materiais dielétricos.
Há duas formas básicas de construir uma stripline de ar. Na stripline com suporte dielétrico, também chamada de stripline suspensa ou substrato suspenso, o condutor em forma de tira é depositado sobre um substrato dielétrico sólido e fino, às vezes nos dois lados, que são interligados para formar um único condutor. Esse substrato é então fixado entre as paredes que sustentam os dois planos de terra. Com esse método, a tira pode ser fabricada por técnicas de circuito impresso, o que a torna barata. Há ainda a vantagem de que outros componentes podem ser impressos sobre o dielétrico na mesma operação. A função do dielétrico sólido é dar suporte mecânico ao condutor, mas ele é feito o mais fino possível para minimizar seu efeito elétrico. Por ser frágil, o substrato pode se deformar com facilidade, e por isso o projeto precisa levar em conta questões de estabilidade térmica. Projetos de alto desempenho podem usar um substrato cristalino, como nitreto de boro ou safira, como substrato suspenso.
O outro método de construção usa como tira uma barra metálica sólida mais robusta, apoiada sobre isoladores espaçados periodicamente. Esse método pode ser mais adequado para aplicações de alta potência. Nesses casos, os cantos da seção transversal do condutor podem ser arredondados para evitar campos de alta intensidade e a formação de arcos elétricos nesses pontos. Os isoladores são eletricamente indesejáveis: comprometem o objetivo de ter um dielétrico puramente de ar, introduzem descontinuidades na linha e podem se tornar pontos de trilhamento elétrico. Em alguns componentes, há pontos em que as linhas precisam ser aterradas, diretamente ou por meio de um componente discreto. Nesses circuitos, os pontos de aterramento podem servir também de suporte mecânico, o que dispensa os isoladores.
Aplicações
Exemplos de estruturas possíveis com stripline de ar: acoplador direcional (acima, à esquerda), acoplador de linhas ramificadas (acima, à direita), filtro passa-faixa de linhas acopladas (abaixo, à esquerda) e divisor de potência em anel híbrido (abaixo, à direita)
A stripline de ar tem seu principal uso em frequências de micro-ondas na banda C (4–8 GHz). Nessas frequências e abaixo delas, ela tem a vantagem de ser mais compacta que o guia de ondas. A stripline de ar pode ser usada fora da banda C, mas na banda Ku (12–18 GHz), que é mais alta, o guia de ondas tende a predominar por ter perdas menores.
Em frequências de micro-ondas, circuitos passivos como filtros, divisores de potência e acopladores direcionais costumam ser construídos como circuitos de elementos distribuídos. Esses circuitos podem ser construídos com qualquer formato de linha de transmissão. A linha coaxial, muito usada para interligar dispositivos, já foi empregada nesse tipo de construção, mas não é o formato mais conveniente para a fabricação. A stripline foi desenvolvida como uma solução melhor para a construção de circuitos, e a stripline de ar também cumpre esse papel. Ela é especialmente útil na banda C para formar redes de conformação de feixe com esses componentes.
Nesses componentes, a stripline de ar consegue um acoplamento indireto forte com mais facilidade do que outros formatos planares. Na stripline convencional, o acoplamento costuma ser obtido colocando as linhas lado a lado ao longo de certa distância. O acoplamento entre as bordas das linhas é relativamente fraco e fica limitado pela menor distância possível entre elas. Esse limite depende da resolução máxima do processo de impressão e, em aplicações de potência, da intensidade do campo elétrico entre as linhas. Por isso, as linhas acopladas paralelas em stripline são usadas em acopladores direcionais com fator de acoplamento de no máximo −10 dB. Os divisores de potência, cujo fator de acoplamento é de −3 dB, usam uma técnica de acoplamento direto. A stripline de ar adota outra disposição, com uma linha sobreposta à outra. Esse acoplamento pela face larga (broadside coupling) é muito mais forte que o acoplamento pelas bordas, de modo que as linhas não precisam ficar tão próximas para alcançar o mesmo fator de acoplamento. Na stripline com suporte dielétrico, isso pode ser feito imprimindo as duas linhas em lados opostos do dielétrico. O acoplamento pela face larga também pode ser obtido na stripline preenchida com dielétrico sólido, por meio de técnicas de linhas embutidas, mas isso exige camadas dielétricas e etapas de fabricação adicionais. Outra técnica disponível na stripline de ar para aumentar o acoplamento é o uso de tiras retangulares espessas, que intensificam o acoplamento lateral. Isso também facilita o suporte mecânico, pois as linhas ficam mais rígidas.
História
A stripline foi inventada por Robert M. Barrett, do Air Force Cambridge Research Center, nos Estados Unidos, no início da década de 1950. A stripline de ar foi fabricada comercialmente pela primeira vez pelo Airborne Instruments Laboratory (AIL), sob a marca registrada Stripline, na forma de stripline suspensa. Desde então, porém, stripline passou a ser um termo genérico para essa estrutura com qualquer dielétrico. Hoje, o termo stripline sem qualificação geralmente indica uma stripline com dielétrico sólido. No início, a stripline era a tecnologia planar preferida, mas foi substituída pela microfita (microstrip) na maioria das aplicações de uso geral, especialmente em produtos fabricados em massa.
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