thumb|upright=1.4|alt=fotografia|Linhas de transmissão planares em circuito impresso usadas para criar filtros em um analisador de espectro de 20 GHz. A estrutura à esquerda é chamada de filtro hairpin e é um exemplo de filtro passa-faixa. A estrutura à direita é um filtro de stub e é um filtro passa-baixo. As regiões perfuradas acima e abaixo não são linhas de transmissão, mas blindagem eletromagnética do circuito.
Uma linha de transmissão planar é uma linha de transmissão cujos condutores ou, em alguns casos, faixas dielétricas (isolantes) são planos e têm formato de fita. Essas linhas são usadas para interligar componentes em circuitos impressos e circuitos integrados que operam em frequências de micro-ondas, porque a geometria planar se adapta bem aos processos de fabricação desses componentes. Linhas de transmissão são mais do que simples interconexões. Em interconexões simples, a propagação da onda eletromagnética ao longo do fio é rápida o bastante para ser considerada instantânea, e as tensões elétricas em cada extremidade do fio podem ser consideradas idênticas. Se o comprimento do fio for superior a uma fração significativa de um comprimento de onda — um décimo é frequentemente usado como regra prática —, essas suposições deixam de ser válidas, e deve-se recorrer à teoria de linhas de transmissão. Em linhas de transmissão, a geometria da linha é precisamente controlada; na maioria dos casos, a seção transversal é mantida constante ao longo do comprimento, de modo que seu comportamento elétrico seja altamente previsível. Em frequências mais baixas, essas considerações são necessárias apenas para os cabos que conectam diferentes equipamentos, mas, em frequências de micro-ondas, o comprimento a partir do qual a teoria de linhas de transmissão se torna necessária é medido em milímetros. Por isso, linhas de transmissão são necessárias dentro dos circuitos.
O tipo mais antigo de linha de transmissão planar foi concebido durante a Segunda Guerra Mundial por Robert M. Barrett. Ele é conhecido como stripline e é um dos quatro principais tipos em uso moderno, ao lado de microstrip, stripline suspensa e guia de ondas coplanar. Todos esses quatro tipos consistem em um par de condutores, embora em três deles um dos condutores seja o plano de terra. Consequentemente, eles têm um modo dominante de transmissão — o modo corresponde ao padrão de campo da onda eletromagnética — que é idêntico, ou quase idêntico, ao modo encontrado em um par de fios. Outros tipos planares de linha de transmissão, como slotline, finline e imageline, transmitem ao longo de uma faixa de dielétrico, e o guia de ondas integrado ao substrato forma um guia de onda dielétrico dentro do substrato, com fileiras de postes. Esses tipos não conseguem sustentar o mesmo modo de um par de fios e, consequentemente, têm propriedades de transmissão diferentes. Muitos deles têm largura de banda mais estreita e, em geral, produzem mais distorção de sinal que pares de condutores. Suas vantagens dependem dos tipos exatos que estão sendo comparados, mas podem incluir baixa perda e melhor faixa de impedância característica.
Linhas de transmissão planares podem ser usadas para construir componentes, além de interligá-los. Em frequências de micro-ondas, é frequentemente o caso de componentes individuais de um circuito serem, eles próprios, maiores que uma fração significativa do comprimento de onda. Isso significa que eles já não podem ser tratados como componentes concentrados, isto é, como se existissem em um único ponto. Componentes passivos concentrados muitas vezes são impraticáveis em frequências de micro-ondas, seja por esse motivo, seja porque os valores exigidos são pequenos demais para serem fabricados de modo prático. Um padrão de linhas de transmissão pode ser usado para cumprir a mesma função desses componentes. Circuitos inteiros, chamados circuitos de elementos distribuídos, podem ser construídos dessa forma. O método é frequentemente usado para filtros de elementos distribuídos. Esse método é particularmente atraente para uso com circuitos impressos e integrados, pois essas estruturas podem ser fabricadas com os mesmos processos que o restante do conjunto, simplesmente aplicando padrões ao substrato existente. Isso dá às tecnologias planares uma grande vantagem econômica sobre outros tipos, como a linha coaxial.
Alguns autores fazem distinção entre linha de transmissão, uma linha que usa um par de condutores, e guia de ondas, uma linha que não usa condutores ou que usa apenas um condutor para restringir a onda no dielétrico. Outros usam os termos como sinônimos. Este artigo inclui ambos os tipos, desde que estejam em forma planar. Os nomes usados são os nomes comuns e não indicam necessariamente o número de condutores. O termo guia de ondas, quando usado sem adjetivos, significa o tipo metálico oco, ou preenchido por dielétrico, de guia de ondas, que não é uma forma planar.
Propriedades gerais thumb|alt=fotografia|Amplificador de potência de RF incorporando estruturas de circuito planar. O amplificador à esquerda entrega sua saída a um conjunto de filtros de linha de transmissão planar no centro. O terceiro bloco de circuito à direita é um circulador, que protege o amplificador contra reflexões acidentais de potência provenientes da antena.
Linhas de transmissão planares são aquelas em que os condutores são essencialmente planos. Os condutores consistem em faixas planas, e normalmente há um ou mais planos de terra paralelos à superfície plana dos condutores. Os condutores são separados dos planos de terra, às vezes por ar, mas mais frequentemente por um material dielétrico sólido. Linhas de transmissão também podem ser construídas em formatos não planares, como fios ou linhas coaxiais. Além de interconexões, há uma ampla variedade de circuitos que podem ser implementados em linhas de transmissão. Entre eles estão filtros, divisores de potência e acopladores direcionais, redes de casamento de impedância e circuitos de choque para aplicar polarização a componentes ativos. A principal vantagem dos tipos planares é que eles podem ser fabricados usando os mesmos processos empregados para fabricar circuitos impressos e circuitos integrados, particularmente o processo de fotolitografia. As tecnologias planares são, portanto, particularmente adequadas à produção em massa desses componentes.Bhat e Koul, p. 9; Ishii, p. 1223.
Fazer elementos de circuito a partir de linhas de transmissão é mais útil em frequências de micro-ondas. Em frequências mais baixas, o maior comprimento de onda torna esses componentes volumosos demais. Nas frequências de micro-ondas mais altas, os tipos planares de linha de transmissão geralmente têm perdas excessivas, e usa-se guia de ondas em seu lugar. O guia de ondas, contudo, é mais volumoso e mais caro de fabricar. Em frequências ainda mais altas, guias de ondas dielétricos, como a fibra óptica, tornam-se a tecnologia de escolha, mas existem tipos planares de guias de ondas dielétricos disponíveis.Yeh e Shimabukuro, p. 99. As linhas de transmissão planares mais usadas, de qualquer tipo, são stripline, microstrip, stripline suspensa e guia de ondas coplanar.Jarry e Beneat, p. 19.
Modos thumb|alt=diagramas|Padrões de campo para modos selecionados: A, quase-TEM em microstrip,Edwards e Steer, pp. 270, 279. B, quase-TEM em guia de ondas coplanar (modo par); C, modo slotline em guia de ondas coplanar (modo ímpar).Wolff, p. 4.
Um parâmetro importante para linhas de transmissão é o modo de transmissão empregado. O modo descreve os padrões do campo eletromagnético determinados pela geometria da estrutura de transmissão.Flaviis, p. 539. É possível que mais de um modo exista simultaneamente na mesma linha. Em geral, tomam-se medidas para suprimir todos os modos, exceto o desejado.Connor, p. 67. Alguns dispositivos, porém, como o filtro de modo duplo, dependem da transmissão de mais de um modo.Hunter, pp. 255–260.
Modo TEM O modo encontrado em fios e cabos condutores comuns é o modo eletromagnético transversal, ou modo TEM. Esse também é o modo dominante em algumas linhas de transmissão planares. No modo TEM, os vetores de intensidade de campo dos campos elétrico e magnético são ambos transversais à direção de propagação da onda e ortogonais entre si. Uma propriedade importante do modo TEM é que ele pode ser usado em baixas frequências, até zero, isto é, em corrente contínua.Oliner, p. 556; Maas, p. 16; Becherrawy, seção 12.7.
Outra característica do modo TEM é que, em uma linha de transmissão ideal — isto é, uma que satisfaz a condição de Heaviside —, não há variação dos parâmetros de transmissão da linha, como a impedância característica e a velocidade de grupo do sinal, com a frequência de transmissão. Por causa disso, linhas de transmissão TEM ideais não sofrem dispersão, uma forma de distorção na qual diferentes componentes de frequência viajam a velocidades diferentes. A dispersão "espalha" a forma da onda, que pode representar a informação transmitida, na direção do comprimento da linha. Todos os outros modos sofrem dispersão, o que impõe um limite à largura de banda alcançável.Oliner, p. 556; Maas, p. 16; Becherrawy, seção 12.7.
Modos quase-TEM Alguns tipos planares, notavelmente a microstrip, não têm dielétrico homogêneo: ele é diferente acima e abaixo da linha. Essas geometrias não conseguem sustentar um verdadeiro modo TEM; há algum componente do campo eletromagnético paralelo à direção da linha, embora a transmissão possa ser quase TEM. Esse modo é chamado de quase-TEM. Em uma linha TEM, descontinuidades como lacunas e postes, usados para construir filtros e outros dispositivos, têm impedância puramente reativa: podem armazenar energia, mas não dissipá-la. Na maioria das linhas quase-TEM, essas estruturas também têm um componente resistivo na impedância. Essa resistência resulta da radiação emitida pela estrutura e introduz perdas no circuito. O mesmo problema ocorre em curvas e cantos da linha. Esses problemas podem ser mitigados usando-se um material de alta permissividade como substrato, o que faz uma proporção maior da onda ficar contida no dielétrico, produzindo meio de transmissão mais homogêneo e modo mais próximo de TEM.Oliner, pp. 557–559; Das e Das, pp. 58–59; Edwards e Steer, pp. 122–123.
Modos transversais Ver artigo principal: Modo transversal.
Em guias de ondas metálicos ocos e guias de onda ópticos, há um número ilimitado de outros modos transversais que podem ocorrer. Contudo, o modo TEM não pode ser suportado, pois exige dois ou mais condutores elétricos separados para se propagar. Os modos transversais são classificados como transversal elétrico (TE, ou modos H) ou transversal magnético (TM, ou modos E), conforme todo o campo elétrico, ou todo o campo magnético, respectivamente, seja transversal. Há sempre um componente longitudinal de um ou de outro campo. O modo exato é identificado por um par de índices que contam o número de comprimentos de onda ou meios comprimentos de onda ao longo de dimensões transversais especificadas. Esses índices são normalmente escritos sem separador; por exemplo, TE10. A definição exata depende de o guia de ondas ser retangular, circular ou elíptico. Para ressonadores de guia de ondas, introduz-se no modo um terceiro índice, correspondente aos meios comprimentos de onda na direção longitudinal.Connor, pp. 52–53, 100–101.
Uma característica dos modos TE e TM é que há uma frequência de corte definida abaixo da qual a transmissão não ocorre. A frequência de corte depende do modo, e o modo com a frequência de corte mais baixa é chamado de modo dominante. A propagação multimodo geralmente é indesejável. Por esse motivo, os circuitos são frequentemente projetados para operar no modo dominante em frequências abaixo do corte do próximo modo mais alto. Apenas um modo, o dominante, pode existir nessa faixa.Flaviis, pp. 539–542.