alt=photograph|vignette|Lignes de transmission planaires utilisées dans les circuits imprimés pour créer des filtres dans un analyseur de spectre . La structure de gauche est appelée un filtre en épingle à cheveux et est un exemple de filtre passe-bande. La structure de droite est un stub et sert de filtre passe-bas. Les zones perforées au-dessus et en dessous ne sont pas des lignes de transmission mais servent de blindage électromagnétique au circuit. Les lignes de transmission planaires sont des lignes de transmission constituées de conducteurs, ou dans certains cas de bandes diélectriques (bandes isolantes) : des lignes plates en forme de ruban. Les lignes de transmission planaires sont utilisées pour connecter les composants sur les circuits imprimés et les circuits intégrés fonctionnant dans les diverses bandes de fréquences micro-ondes car la caractéristique planaire s'adapte bien aux méthodes de fabrication de leurs composants. Les lignes de transmission sont bien plus que de simples connexions. Dans le cas d'interconnexions simples pour un circuit électrique à basses fréquences, la propagation de l'onde électromagnétique le long du fil est suffisamment rapide pour être estimée instantanée et les tensions à chaque extrémité du fil sont alors considérées identiques. Si la longueur du fil est trop grande par rapport à la longueur d'onde (en général, s'il dépasse un dixième de la longueur d'onde. Voir l'article longueur électrique), ces hypothèses ne sont plus valables et il faut utiliser la théorie des lignes de transmission. La géométrie des lignes de transmission est contrôlée avec précision pour être en mesure de prédire facilement son comportement électrique : dans la majorité des cas, la section transversale est maintenue constante sur toute la longueur. A basses fréquences, ces considérations ne sont nécessaires que pour les câbles reliant différents appareils, mais aux fréquences micro-ondes, la théorie des lignes de transmission s'applique dès que la distance se mesure en millimètres. Par conséquent, des lignes de transmission sont nécessaires à l’intérieur des circuits.
Le premier modèle de ligne de transmission planaire a été conçu pendant la Seconde Guerre mondiale par Robert M. Barrett. Cette structure est appelée "ligne ruban" et constitue aujourd'hui encore l'une des quatre principales structures utilisées avec la ligne microruban, la ligne triplaque suspendue et le ligne coplanaire (apparentée à un guide d'onde coplanaire). Ces quatre structures sont constituées de deux conducteurs (dans trois d'entre elles, le plan de masse est un des conducteurs). Par conséquent, leur mode de transmission (c'est-à-dire la distribution des champs de l’onde électromagnétique) prédominant est identique, ou presque, au mode provoqué par deux fils. D'autres structures planaires de lignes de transmission existent, comme la ligne à fente, la ligne à ailettes ou le guide image. Elles transmettent l'information le long d'une bande de diélectrique, et le guide d'onde intégré au substrat forme un guide d'ondes diélectrique à l'intérieur du substrat avec des lignes de piliers. Ces structures ne peuvent pas prendre en charge le même mode qu'une paire de fils et ont donc des propriétés de transmission différentes. Beaucoup de ces structures ont une bande passante plus étroite et produisent en général plus de distorsion du signal que les structures avec deux conducteurs. Leurs avantages dépendent des structures avec lesquelles elles sont spécifiquement comparées, mais peuvent inclure de faibles pertes et une meilleure plage d'impédance caractéristique.
Les lignes de transmission planaires peuvent être utilisées pour construire des composants ainsi que pour les connecter. Aux fréquences micro-ondes, il arrive souvent que les composants individuels d’un circuit soient trop grands par rapport à la longueur d'onde du signal. En conséquence, ils ne peuvent plus être traités comme des composants à constantes localisées, c’est-à-dire comme s’ils existaient en un point unique. Il est souvent peu pratique d'utiliser des composants passifs à des fréquences micro-ondes, soit pour cette raison, soit parce qu'il est trop difficile de produire des valeurs aussi faibles que celles requises. Un modèle de ligne de transmission peut remplir la même fonction que ces composants. Des circuits entiers, appelés circuits à éléments distribués, sont fabriqués de cette manière. Ce type de circuit est souvent utilisé pour les filtres. Cette méthode est particulièrement intéressante à utiliser sur les circuits imprimés et les circuits intégrés RF comme un circuit intégré monolithique hyperfréquence (MMIC). En effet, ces structures peuvent être fabriquées avec le même procédé que le reste de l'assemblage en appliquant simplement des motifs sur le substrat existant. Cela donne aux technologies planaires un avantage économique important par rapport à d'autres structures comme la ligne coaxiale.
Certains auteurs font une distinction entre la ligne de transmission (une ligne qui utilise une paire de conducteurs) et le guide d'onde (une ligne qui soit n'utilise pas de conducteurs, soit utilise un seul conducteur pour contraindre l'onde dans le diélectrique). D'autres utilisent ces termes comme des synonymes. Cet article inclut les deux genres, à partir du moment où ils sont sous une forme planaire. Les noms utilisés sont les plus courants et n'indiquent pas nécessairement le nombre de conducteurs impliqués. Le terme guide d'ondes, lorsqu'il est utilisé seul, désigne une structure de guide d'onde métallique creux ou rempli de diélectrique, qui n'est pas une forme planaire.
Propriétés générales alt=photograph|vignette| Amplificateur de puissance radiofréquence comportant des structures de circuits planaires. L'amplificateur de gauche alimente sa sortie dans un ensemble de filtres de ligne de transmission planaires au centre. Le troisième bloc de circuit à droite est un circulateur servant à protéger l'amplificateur contre des réflexions accidentelles de retour de puissance de l'antenne. Les lignes de transmission planaires sont des lignes de transmission dans lesquelles les conducteurs sont la plupart du temps plats. Les conducteurs sont des bandes plates et il existe généralement un ou plusieurs plans de masse parallèles à leur surface plane. Les conducteurs sont toujours séparés des plans de masse, parfois par de l'air, mais le plus souvent par un matériau diélectrique solide. Les lignes de transmission peuvent également être construites de manière non planaires, par exemple sous forme de fils ou de lignes coaxiales. Les lignes de transmission peuvent être utilisées pour des connexions mais aussi dans une grande variété de circuits, notamment pour des filtres, des diviseurs de puissance, des coupleurs directionnels, des réseaux d'adaptation d'impédance et des circuits d'étranglement amenant une polarisation des composants actifs. L'avantage principal des structures planaires est la possibilité de les fabriquer en utilisant les mêmes procédés que ceux utilisés pour les circuits imprimés et les circuits intégrés, notamment via le procédé de photolithographie. Les technologies planaires sont donc particulièrement bien adaptées à la production en série de composants planaires.
L'utilisation de lignes de transmission dans la fabrication d'éléments de circuit est particulièrement intéressant aux fréquences micro-ondes. A de plus basses fréquences, la grandeur de la longueur d’onde rend ces composants trop volumineux. Aux fréquences micro-ondes les plus élevées, l'utilisation de structures planaires entraîne généralement trop de pertes, l'utilisation d'un guide d'ondes est donc préférée. Le guide d'ondes est cependant plus volumineux et plus cher à fabriquer. À des fréquences encore plus élevées, la technologie du guide d'onde diélectrique (comme la fibre optique par exemple) est préférable, mais il existe également des structures planaires de guide d'onde diélectrique. Les lignes de transmission planaires les plus répandues (toutes structures confondues) sont les lignes ruban, les lignes microrubans, les lignes triplaque suspendues et les guides d'ondes coplanaires.
Modes vignette|Profils de champs pour les modes sélectionnés : A, onde quasi-TEM sur ligne microruban; B, onde quasi-TEM sur guide d'ondes coplanaire (mode pair); C, mode de ligne à fente sur guide d'ondes coplanaires (mode impair). Un paramètre important pour les lignes de transmission est le mode de transmission utilisé. Le mode précise les modèles du champ électromagnétique provoqués par la géométrie de la structure de transmission. Il est possible que plusieurs modes existent simultanément sur la même ligne. Généralement, un seul mode est voulu et des dispositions sont prises pour supprimer les autres. Dans certains cas, comme le filtre bimode, la transmission de plusieurs modes est nécessaire.
Mode TEM Le mode des fils conducteurs et des câbles conducteurs ordinaires, est le mode transverse électromagnétique (mode TEM). C'est également le mode dominant sur certaines lignes de transmission planaires. En mode TEM, les vecteurs d'intensité de champ des champs électrique et magnétique sont tous deux transversaux à la direction de déplacement de l'onde et orthogonaux l'un par rapport à l'autre. Une propriété importante du mode TEM est la possibilité de l'utiliser à basses fréquences et même jusqu'à zéro (c'est-à-dire jusqu'au courant continu).
Une autre caractéristique du mode TEM est l'absence de changement dans les paramètres de transmission de la ligne (l'impédance caractéristique et la vitesse de groupe du signal) en fonction de la fréquence de transmission sur une ligne de transmission idéale (celle qui répond aux conditions de Heaviside). C'est pour cette raison que les lignes de transmission TEM idéales ne souffrent pas de dispersion, une forme de distorsion dans laquelle différentes composantes de fréquence se déplacent à des vitesses distinctes. La dispersion « brouille » la forme de l'onde (qui peut représenter l'information transmise) dans la direction de la longueur de la ligne. Tous les autres modes subissent cette dispersion, ce qui limite l'amplitude atteignable par leur bande passante.
Modes quasi-TEM Certaines structures planaires, notamment les lignes microrubans, ne possèdent pas de diélectrique homogène : celui au-dessus de la ligne est différent de celui en dessous. De telles géométries ne peuvent pas prendre en charge un mode TEM exact. Même si la transmission est proche du mode TEM, il existe souvent une composante du champ électromagnétique parallèle à la direction de la ligne. Un tel mode est appelé un mode quasi-TEM. Dans un mode TEM, les discontinuités telles que les trous et les colonnes (utilisés pour construire des filtres et autres dispositifs) ont une impédance purement de réactance : ils peuvent stocker de l'énergie, mais pas la dissiper. Dans la plupart des modes quasi-TEM, l'impédance de ces structures a également une composante résistive. Cette composante résistive est une conséquence du rayonnement électromagnétique de la structure et entraîne des pertes dans le circuit. Le même problème se produit sur les courbes et les angles de la ligne. Ces problèmes peuvent être atténués en utilisant un matériau à haute permittivité comme le substrat, qui confine une plus grosse portion de l'onde dans le diélectrique. Ceci permet d'obtenir un milieu de transmission plus homogène et un mode plus proche du mode TEM exact.
Modes transverses