CAMPOS Y ONDAS EN
TELECOMUNICACIÓN
Guía de Aprendizaje – Información al estudiante
1. Datos Descriptivos
Asignatura Campos y Ondas en Telecomunicación
Materia M7. Sistemas de transmisión
Departamento
responsable Electromagnetismo y Teoría de Circuitos
Créditos ECTS 4.5
Carácter Obligatoria
Titulación Graduado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de
Telecomunicación
Curso Segundo
Especialidad N/A
Curso académico 2013-2014
Semestre en que se
imparte Segundo semestre (Febrero a Junio)
Idioma en que se
imparte Español
Página Web http://www.etc.upm.es/new/data/docencia/asignatura.php?id=COTE
2. Profesorado
NOMBRE Y APELLIDO DESPACHO Correo electrónico
Jaime Esteban Marzo B-420 [email protected]
Miguel Ángel González de Aza
(Coord.) B-421 Der [email protected]
Manuel Lambea Olgado B-419 [email protected]
Jesús Mª Rebollar Machain B-411 [email protected]
3. Conocimientos previos requeridos para poder seguir con
normalidad la asignatura
Asignaturas
superadas N/A
Otros resultados de
aprendizaje
necesarios
Conceptos de Circuitos Eléctricos.
Operaciones Básicas con expresiones complejas tanto
escalares como vectoriales.
Sistemas Lineales y Funciones y Transformadas
relacionadas.
Conceptos básicos de modulaciones.
Conocimiento y capacidad de razonar y resolver
problemas de campo eléctrico estático y de campo
magnético estacionario a partir de las leyes básicas
del electromagnetismo.
Comprensión y dominio de los conceptos básicos
circuitales obtenidos desde las ecuaciones de
Maxwell: Resistencia, Conductancia, Capacidad,
Inductancia, e Inducción mutua.
4. Objetivos de Aprendizaje
COMPETENCIAS ASIGNADAS A LA ASIGNATURA Y SU NIVEL DE
ADQUISICIÓN
Código Competencia Nivel
CG2
CG4
CG5
CG9
CG12
Todas las asignaturas del Plan de Estudios contribuyen en
mayor o menor medida a la consecución de las
Competencias Generales del perfil de egreso. No obstante
se considera que COTE contribuye de forma específica a:
- CG2 Saber aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y poseer las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio. - CG4. Transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado. - CG5. Desarrollo de habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía. - CG9. Uso de Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones. - CG12. Organización y planificación.
1
CECT4
Capacidad de analizar y especificar los parámetros fundamentales de un sistema de comunicaciones.
2
CECT5
Capacidad para evaluar las ventajas e inconvenientes de diferentes alternativas tecnológicas de despliegue o implementación de sistemas de comunicaciones, desde el punto de vista del espacio de la señal, las perturbaciones y el ruido y los sistemas de modulación analógica y digital.
2
CECT8
Conocimiento cualitativo y cuantitativo de los mecanismos básicos del fenómeno de propagación de ondas electromagnéticas y su interacción con obstáculos, tanto en el espacio libre con en los sistemas de guiado más simples.
3
LEYENDA: Nivel de adquisición 1: Básico
Nivel de adquisición 2: Medio Nivel de adquisición 3: Avanzado
RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA
Código Resultado de aprendizaje
Competen-
cias
asociadas
Nivel de
adquisi-
ción
RA1
Conocer la descripción matemática del
modelo macroscópico de los medios
materiales. Conocer y manejar las
expresiones que gobiernan la energía
electromagnética y su transferencia:
transmisión y pérdidas.
CECT8
CG2 CG5 3
RA2
Conocer las propiedades de la Onda
Plana Homogénea (OPH) y sus
características transmitiendo energía.
Comprender el fenómeno de la
Polarización de las ondas y su importancia
en Telecomunicación.
Comprender los conceptos físicos
asociados a las distintas velocidades de
propagación y sus consecuencias en la
transmisión de señales: distorsión y
retardo.
CECT5
CECT8
CG2 CG5
3
RA3
Comprender los conceptos asociados a la
reflexión y transmisión (coeficiente de
reflexión ( ) y transmisión (τ), impedancia
de onda (Z) y diagrama de onda
estacionaria (DOE)). Comprender los
fenómenos de transmisión de energía.
CECT8
CG2 CG5 3
RA4
Manejar los conceptos anteriores para la
resolución de problemas de medios
estratificados. Asimilar el concepto de
adaptación.
CECT8
CG4 CG9
CG12
3
RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA
RA5
Asimilar el concepto de reflexión total en
la incidencia normal sobre un conductor
ideal.
Asimilar el concepto de la incidencia
normal sobre un conductor real.
Asimilar la aproximación de Leontovich y
el concepto de impedancia superficial en
un conductor real.
Asimilar la definición de impedancia de
cuadro.
Entender la generalización y uso del
concepto de impedancia de cuadro en
conductores con otras geometrías.
CECT8
CG5 3
RA6
Conocer la existencia de las líneas de
transmisión y comprender y asimilar el
concepto de modo TEM.
Comprender los conceptos de onda de
tensión y corriente a partir del campo
electromagnético. Manejar la línea de
transmisión y su descripción mediante
diferentes parámetros.
Comprender la representación mediante
circuito equivalente para la línea corta y
sus limitaciones. Adquirir capacidad para
estimar las pérdidas en los conductores.
Asimilar el concepto de cuasi TEM (q-
TEM) y sus limitaciones.
Aplicar los conceptos de: , τ , Z, DOE, y
adaptación de impedancias en el análisis
de la conexión de líneas de transmisión.
Comprender los efectos de las reflexiones
producidas por las desadaptaciones de
impedancia en la transmisión de señales.
CECT4
CECT5
CECT8
CG4 CG9
CG12
3
LEYENDA: Nivel de adquisición 1: Conocimiento Nivel de adquisición 2: Comprensión/Aplicación Nivel de adquisición 3: Análisis/Síntesis/Implementación
5. Sistema de evaluación de la asignatura
INDICADORES DE LOGRO
Ref Indicador
Relaciona-
do con RA
I1
Capacidad de describir física y matemáticamente las
características electromagnéticas de los diferentes tipos de
medios materiales a nivel macroscópico: permitividad,
permeabilidad, conductividad.
Comprender las características de los medios lineales sin/con
dispersión temporal y su relación con las pérdidas en dichos
medios.
RA1
I2
Manejar diferentes situaciones/geometrías en las que se
calculen valores/expresiones de energía electromagnética
almacenada y perdida, así como la determinación de los flujos
de energía electromagnética.
RA1
I3
Capacidad de escribir, reconocer y manipular las expresiones
que describen la Onda Plana Homogénea (OPH) y calcular
sus características de propagación y transmisión de energía.
RA1, RA2
I4
Conocer y comprender el fenómeno de la Polarización de las
ondas. Describir y manipular las expresiones que definen las
diferentes polarizaciones: lineal, circular y elíptica, y su
sentido de giro.
Comprender el significado de las distintas velocidades de
propagación y conocer sus expresiones.
RA2
I5
Capacidad para describir y calcular los fenómenos asociados
a la incidencia normal de OPH: Ondas reflejada y transmitida,
onda estacionaria, coeficientes de reflexión y transmisión,
impedancia de onda y diagrama de onda estacionaria.
Comprender y calcular la transmisión de energía
electromagnética en estas situaciones.
RA1, RA2,
RA3
I6
Capacidad para calcular la distribución del campo
electromagnético y la transmisión de potencia en situaciones
con diversos medios dieléctricos estratificados.
Manejar el concepto de adaptación mediante láminas
dieléctricas.
RA1, RA2,
RA3,RA4
INDICADORES DE LOGRO
Ref Indicador
Relaciona-
do con RA
I7
Conocer el cálculo de la reflexión total en la incidencia normal
sobre un conductor ideal.
Conocer el cálculo la incidencia normal sobre un conductor
real.
RA3, RA5
I8
Conocer y asimilar la aproximación de Leontovich para
describir el comportamiento del campo electromagnético. en
los conductores, sea cual fuere su forma.
Comprender y manejar el concepto de impedancia superficial
en un conductor real y el de impedancia de cuadro.
Conocer y manejar el concepto de impedancia de cuadro en
conductores con otras geometrías, y en particular en el hilo
cilíndrico.
RA3, RA5
I9
Asimilar el concepto de modo TEM y la línea de transmisión y
saber de la existencia de otras familias modales.
Comprender los conceptos de onda de tensión y corriente a
partir del campo electromagnético. Manejar la línea de
transmisión y su descripción mediante diferentes parámetros.
RA6
I10
Comprender la representación mediante circuito equivalente
para la línea corta y sus limitaciones. Ser capaz de estimar las
pérdidas en los conductores. RA5,RA6
I11 Asimilar el concepto de modo q-TEM y sus limitaciones. RA6
I12
Aplicar los conceptos de: , Z, DOE, en el análisis de la
conexión de líneas de transmisión de diferentes impedancias
características y realizar la adaptación de impedancias.
RA4,RA6
I13 Comprender los efectos de las reflexiones producidas por las
desadaptaciones de impedancia en la transmisión de señales. RA4,RA6
EVALUACION SUMATIVA
Breve descripción de las actividades evaluables Momento Lugar
Peso en la calif.
Entrega de ejercicios resueltos y/o
realización de test en Moodle Entregas/test Aulas/Moodle 50%
Examen Final Fecha oficial Aulas 50%
Total: 100%
CRITERIOS DE CALIFICACIÓN
En convocatoria ordinaria los alumnos serán evaluados, en principio, mediante evaluación
continua. En cumplimiento de la Normativa de Evaluación de la Universidad Politécnica de
Madrid, los alumnos que lo deseen serán evaluados mediante una única prueba final,
siempre y cuando lo comuniquen al Director del Departamento de Electromagnetismo y
Teoría de Circuitos mediante solicitud presentada en el registro de la Escuela Técnica
Superior de Ingenieros de Telecomunicación antes del día 30 de abril de 2014. La
presentación de este escrito supondrá la renuncia a la evaluación continua.
En convocatoria extraordinaria los alumnos serán evaluados mediante una única prueba.
La asignatura se aprobará cuando se obtenga una calificación mayor o igual a 5 puntos
(50%) sobre un total de 10 puntos (100%).
La evaluación continua se realizará de la siguiente manera:
• La nota final se obtendrá mediante la suma de las calificaciones correspondientes a
los dos bloques de actividades de evaluación, con los siguientes pesos:
– Entrega periódica, y en las sesiones en grupo, de ejercicios y test: 50%.
– Examen final: 50%.
• La nota resultado de los ejercicios de evaluación continua será:
– Directamente proporcional a la fracción de ejercicios realizados y entregados, en
tiempo y forma, sobre el número total de ejercicios propuestos, siempre y cuando se
hayan entregado, en tiempo y forma, al menos el 75% de los ejercicios propuestos.
– 0 puntos cuando se hayan entregado, en tiempo y forma, menos del 75% de los
ejercicios propuestos.
Los ejercicios de evaluación continua incluirán problemas a resolver, redacción y
esquematización de contenidos, así como test a realizar sobre la plataforma Moodle. Las
entregas se presentarán manuscritas, en un mismo cuaderno de hojas no separables que se
devolverá al alumno tras su visado.
El contenido de los ejercicios de los exámenes (final en evaluación continua, o prueba única
en convocatoria extraordinaria) será fundamentalmente práctico (resolución de ejercicios),
aunque puede incluir algunas cuestiones cortas, de carácter más teórico, referidas a
conceptos básicos.
Todos los ejercicios que se realicen deben ser fruto del trabajo personal del alumno, aunque
en evaluación continua no se penalizará la discusión y el trabajo en grupo, si eso ayuda a
entender mejor los problemas que se intentan resolver. El plagio total o parcial de entregas,
o de ejercicios en el examen final, supondrá el suspenso en la asignatura.
6. Contenidos y Actividades de Aprendizaje
CONTENIDOS ESPECÍFICOS
Bloque / Tema / Ca-
pítulo Apartado
Indicadores
Relacionados
Tema 1: Introducción
a la Electrodinámica.
Transferencia de
Energía
Electromagnética
1.1 Modelo matemático de la electrodinámica
en el tiempo y la frecuencia. I1
1.2 Relaciones constitutivas. I1
1.3 Teorema de Conservación de la Energía.
Vector de Poynting. Energía en Electrodinámica. I2
1.4 Régimen Monocromático. Valores medios. I2
Tema 2: Ondas
Planas Homogéneas.
Polarización.
2.1 Solución de la ecuación de onda. Onda
Plana Homogénea (OPH). I3
2.2 Características de los campos de la Onda
Plana Homogénea: variación con z, relación
entre campo eléctrico y campo magnético.
Impedancia de la OPH, Constante de
propagación.
I3
2.3 Ondas Planas Homogéneas
Monocromáticas (OPHM): Potencia transmitida,
atenuación, longitud de onda, velocidad de fase,
dispersión.
I3
2.4 Polarización de la OPHM: Lineal, Circular,
Elíptica. Relación Axial. Polarización Positiva y
Negativa I3-I4
2.5 Velocidad de grupo. Retardo. Distorsión. I4
Tema 3: Incidencia
Normal de Ondas
Planas Homogéneas.
3.1 Incidencia normal sobre obstáculo plano de
la OPH: Onda incidente, reflejada y transmitida.
Onda Estacionaria. I5
3.2 Coeficientes de reflexión ( ) y transmisión
(τ). Campos en función de ambos coeficientes. I5
3.3 Diagrama de onda estacionaria (DOE);
coeficiente de onda estacionaria (COE).
Impedancia de onda (Z). Continuidad de Z en
las discontinuidades.
I5
3.4 Balance energético del problema. I5
CONTENIDOS ESPECÍFICOS
Bloque / Tema / Ca-
pítulo Apartado
Indicadores
Relacionados
3.5 Incidencia normal sobre el problema de los
tres medios. Fórmula del traslado de
impedancias. Propiedades de las láminas
dieléctricas en /2 y en /4.
I6
3.6 Eliminación de la reflexión: Adaptación. I6
3.7 Incidencia normal sobre N medios
estratificados. Utilización de la fórmula de
traslado de impedancias. I6
3.8 Incidencia normal de OPH sobre un medio
conductor perfecto. I7
Tema 4: Campos en
Conductores. Efecto
Pelicular.
4.1 Incidencia normal de OPH sobre un medio
conductor real. Balance energético: Potencia
disipada en el conductor. Definición del
elemento de unidad de longitud y anchura:
Diferencia de potencial y corriente de dicho
elemento. Impedancia de cuadro.
I7
4.2 Campos en el conductor: Efecto Pelicular,
Condiciones de Leontovich: Concepto de
Impedancia superficial. I8
4.3 Impedancia interna del hilo conductor de
sección arbitraria. Ejemplo: Hilo cilíndrico I8
Tema 5:
Comunicación por
soporte físico: Líneas
de Transmisión.
5.1 Introducción: Modo TEM y existencia de
otros modos. Líneas de transmisión básicas.
Soluciones TEM guiadas. Modos q-TEM.
Definición de las ondas de tensión y corriente.
Impedancia Característica. Constante de
propagación. Comentarios a q-TEM
I9
5.2 Potencia transmitida. Circuito equivalente:
realización en T. Aproximación de línea corta.
Energías almacenadas y pérdidas en
dieléctricos y en conductores.
I10
5.3 Ejemplos de líneas de transmisión: Cable
coaxial y Línea bifilar. I10
5.4 Los circuitos impresos: líneas planares.
Línea microstrip y otras. Modelo simple de I11
CONTENIDOS ESPECÍFICOS
Bloque / Tema / Ca-
pítulo Apartado
Indicadores
Relacionados
dispersión.
5.5 Reflexiones en TEM Uso de los conceptos
de coeficiente de reflexión e impedancia
característica en líneas de transmisión. Líneas
en /2 y en /4. Adaptación.
I12-I13
Breve descripción de las modalidades organizativas
utilizadas y de los métodos de enseñanza empleados
CLASES DE TEORIA Lección Magistral para la exposición verbal de los contenidos, apoyándose en recursos audiovisuales y multimedia.
CLASES DE
PROBLEMAS
Se resolverán en clase problemas tipo de cada tema que servirán para aplicar los conocimientos adquiridos en las clases de teoría.
El profesor propondrá ejercicios que el estudiante deberá realizar individualmente y posteriormente se resolverán en clase.
PRÁCTICAS No se aplica
TRABAJOS
AUTONOMOS
Los alumnos deberán realizar (individualmente) ejercicios y problemas para practicar y afianzar los conocimientos aprendidos. Los profesores podrán corregir estos trabajos para evaluar el esfuerzo de cada estudiante.
TRABAJOS EN
GRUPO
Los alumnos deberán realizar (en grupo) ejercicios y problemas para practicar y afianzar los conocimientos aprendidos.
TUTORÍAS Los alumnos podrán hacer uso de tutorías personalizadas y en grupo, cuando lo soliciten al profesor y dentro de horarios previamente establecidos.
14
7. Recursos didácticos
BIBLIOGRAFÍA
V.V. Nikolski, "Electrodinámica y propagación de ondas de
radio", http://www.urss.ru. Editorial URSS, 1973.
S. Ramo, J.R. Whinnery, T. Van Duzer, "Fields and waves in
communication electronics", John Wiley & Sons , Third Edition,
1994.
C.T.A. Johnk, "Teoría Electromagnética", Limusa, 1981.
J.D. Kraus, "Electromagnetismo", McGraw-Hill, 1986
C.R. Paul, "Transmission Lines in Digital and Analog Electronic
Systems: Signal Integrity and Crosstalk", John Wiley and Sons,
Inc., 2010.
C.W. Davidson, “Transmission lines for communications”,
MacMillan, 1989.
David K. Cheng, “Fundamentos de electromagnetismo para
ingeniería”, Addison-Wesley Iberoamericana, 1997.
L.Solymar, "Lectures on electromagnetic theory", Oxford
University Press, 1984.
H.A. Haus, J.R. Melcher, "Electromagnetic fields and energy",
Prentice-Hall, 1989.
C. Camacho Peñalosa, J.E. Page de la Vega, "Ecuaciones y
relaciones energéticas de la electrodinámica", "Ondas Planas",
"Ondas Guiadas".
"Problemas de Campos Electromagnéticos", Servicio de
Publicaciones, E.T.S.I. de Telecomunicación, Universidad
Politécnica de Madrid.
Formato electrónico puesto a disposición de los estudiantes.
"Problemas de Campos y Ondas en Telecomunicación",
Departamento de Electromagnetismo y Teoría de Circuitos.
E.T.S.I. de Telecomunicación, Universidad Politécnica de
Madrid. Formato electrónico puesto a disposición de los
estudiantes.
15
RECURSOS WEB
Página web del departamento de ETC:
http://www.etc.upm.es
Moodle de la asignatura en
http://wad.etc.upm.es
EQUIPAMIENTO Aulas: designadas por Jefatura de Estudios con cañón de
proyección
16
8. Cronograma de trabajo de la asignatura
Semana Actividades en Aula Actividades en
Laboratorio
Trabajo Individual Trabajo en Grupo Actividades de Evaluación
Otros
Semana 1
(7 horas)
Presentación de la Asignatura
Tema 1. Introducción a la Electrodinámica.
Transferencia de Energía Electromagnética ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 1ª entrega
( 1 hora)
Semana 2
(7 horas)
Tema 1. Introducción a la Electrodinámica. Transferencia de Energía Electromagnética ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas (3 horas)
Preparación 1ª entrega
( 1 hora)
Semana 3
(7 horas)
Tema 1. Introducción a la Electrodinámica.Transferencia de Energía Electromagnética ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 1ª entrega
(1 hora)
Semana 4
(7 horas)
Tema 2. Ondas Planas Homogéneas. Polarización. ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas (3 horas)
Preparación 2ª entrega
(1 hora)
Semana 5
(8 h 30')
Tema 2. Ondas Planas Homogéneas. Polarización. ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 2ª entrega
(1 hora)
Actividad programada: ( 1h 30 „)
(3 de marzo)
17
Semana Actividades en Aula Actividades en
Laboratorio
Trabajo Individual Trabajo en Grupo Actividades de Evaluación
Otros
Semana 6
(7 horas‟)
Tema 2. Ondas Planas Homogéneas. Polarización. ( 2 horas)
Tema 3.Incidencia Normal de Ondas Planas Homogéneas ( 1 hora)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 2ª entrega
( 1 hora)
Semana 7
(7 horas)
Tema 3.Incidencia Normal de Ondas Planas Homogéneas ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 3ª entrega
(1 hora)
Semana 8
(7 horas)
Tema 3.Incidencia Normal de Ondas Planas Homogéneas ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 3ª entrega
(1 hora)
Semana 9
(7 horas)
Tema 3.Incidencia Normal de Ondas Planas Homogéneas ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 3ª entrega
(1 hora)
Semana 10
(7 horas)
Tema 3.Incidencia Normal de Ondas Planas Homogéneas ( 1 hora)
Tema 4. Campos en Conductores. Efecto Pelicular. ( 2 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 4ª entrega
(1 hora)
18
Semana Actividades en Aula Actividades en
Laboratorio
Trabajo Individual Trabajo en Grupo Actividades de Evaluación
Otros
Semana 11
(7 horas)
Tema 4. Campos en Conductores. Efecto Pelicular. ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 4ª entrega
(1 hora)
Semana 12
(7 horas)
Tema 5. Comunicación por soporte físico: Líneas de Transmisión. ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 4ª entrega
( 1 hora)
Semana 13
(8h 30')
Tema 5. Comunicación por soporte físico: Líneas de Transmisión. ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 5ª entrega
(1 hora)
Actividad programada: ( 1h 30 „)
(5 de mayo)
Semana 14
(7 horas)
Tema 5. Comunicación por soporte físico: Líneas de Transmisión. ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas
Preparación 5ª entrega
(1 hora)
Semana 15
(7 horas)
Tema 5. Comunicación por soporte físico: Líneas de Transmisión. ( 3 horas)
Estudio, ejercicios y problemas ( 3 horas)
Preparación 5ª entrega
(1 hora)
PREPARACIÓN Y
REALIZACIÓN DE EXAMEN FINAL (14 horas)
19
Observaciones:
1: Para cada actividad se especifica la dedicación en horas que implica para el alumno.
2: Las semanas reseñadas lo son de docencia efectiva (no las semanas de calendario).
3: Para cada actividad se especifica la dedicación en horas que implica para el alumno. Se estiman 27 horas de dedicación del alumno por ECTS.
4: La resolución de problemas en grupo presupone una parte de trabajo individual de cada uno de los miembros del mismo.