Información sobre la asignatura
  1. Información de contacto con el profesor.
  2. Horarios.
  3. Fechas de exámenes.
  4. Contenidos.
  5. Temario detallado.
  6. Bibliografía.
  7. Metodología.
  8. Evaluación.
  9. Material de interés.
  10. Enlaces de interés.
Información de contacto con el profesor

GRUPO ÚNICO

  • Francisco Medina Mena (Catedrático de Universidad del Área de Electromagnetismo).
  • Departamento de Electrónica y Electromagnetismo (3ª planta).
  • Facultad de Física, Universidad de Sevilla.
  • Avenida Reina Mercedes s/n, 41012-Sevilla (Spain).
  • Tel: +34 954 553891
  • Fax: +34 954 239434
  • email: medina@us.es

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Horarios

  • Grupo único: Lunes de 12:30 a 13:30; Martes de 11:30 a 13:30; Miércoles de 11:30 a 12:30 (Segundo cuatrimestre).
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Fechas de exámenes
  • Convocatoria de diciembre: 12-12-2011, Aula Magna, hora: 16:00.
  • Convocatoria de junio: 03-07-2012, Aula 3B, hora: 9:30.
  • Convocatoria de septiembre: 11-09-2012, Aula 3A, hora: 9:30.
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Contenidos.

Esta asignatura está concebida como un complemento de las asignaturas troncales Electromagnetismo (tercer curso) y Electrodinámica Clásica (cuarto curso) de la licenciatura en Física. Está especialmente diseñada para estudiantes interesados en las aplicaciones del Electromagnetismo en los sistemas de comunicación, con énfasis en las altas frecuencias (frecuencias de microondas, milimétricas, cuasiópticas y ópticas). En ella, el marco de la Teoría de Circuitos de parámetros concentrados, con la que el estudiante se encuentra familiarizado, se extiende a situaciones en las que el tamaño físico del sistema es del orden de magnitud de las longitudes de onda de interés (Teoría de Circuitos de parámetros distribuidos). Se introducen los diversos medios de transmisión de la energía electromagnética, haciendo especial hincapié en los sistemas de guiado (líneas de transmisión, guías de ondas metálicas huecas y guías dieléctricas), para los cuales se presenta un análisis riguroso a partir de las ecuaciones de Maxwell. Finalmente, se describe el modelo de línea de transmisión para sistemas de guiado arbitrarios y las técnicas de análisis de los circuitos distribuidos basados en esos sistemas de transmisión. El objetivo final es que el estudiante entienda que una determinada parte de la Física clásica (el Electromagnetismo) es esencial para aplicaciones que se encuentran en la frontera de la ingeniería moderna. Más concretamente el estudiante debe comprender en profundidad la metodología que se sigue para el diseño de los modernos sistemas de comunicación de alta frecuencia y en qué medida se distingue esa metodología de la que se usa a frecuencias más bajas.

Principio
Temario detallado.
  • TEMA 1: REVISIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS. ECUACIONES DE MAXWELL Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.
    • El campo electromagnético y las comunicaciones eléctricas.
    • Sistemas de comunicación.
    • Ecuaciones de Maxwell, relaciones constitutivas y condiciones de contorno.
    • Teorema de Poynting.
    • Ondas planas en el espacio libre y en presencia de obstáculos planos.

  • TEMA 2: LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. MODELO CIRCUITAL.
    • Circuitos localizados y distribuidos.
    • Modelo distribuido de un cable.
    • Ecuaciones de los telegrafistas: ondas de tensión e intensidad.
    • Estudio de una línea de transmisión en el dominio del tiempo (condiciones iniciales y de contorno).
    • Inclusión de las pérdidas.
    • Excitación y terminación de tramos de línea de transmisión en régimen sinusoidal estacionario. Ondas estacionarias, SWR, impedancia de entrada.
    • Carta de Smith.
    • Análisis de circuitos simples en el dominio de la frecuencia.

  • TEMA 3: MODOS TEM EN LINEAS DE TRANSMISIÓN. ANÁLISIS ELECTROMAGNÉTICO.
    • Estudio del modo TEM en línea de transmisión de dos conductores ideales.
    • Parámetros de línea de transmisión en modo TEM. Conexión con el circuito equivalente.
    • Pérdidas óhmicas: efecto pelicular en líneas HF. Regla de la inductancia incremental.
    • Potencia.
    • Límites cuasiestáticos.

  • TEMA 4: PROPAGACIÓN EN SISTEMAS DE GUIADO CON SIMETRÍA TRASLACIONAL.
    • Teoría general de los sistemas de transmisión.
    • Ondas guiadas: clasificación de los sistemas de guiado de ondas electromagnéticas.
    • Campos electromagnéticos en sistemas de guiado.
    • Modos fundamentales de transmisión.
    • Teoremas de ortogonalidad.

  • TEMA 5: GUÍAS DE ONDAS METÁLICAS HUECAS Y LÍNEAS CUASI-TEM.
    • Guías de ondas metálicas huecas ideales.
    • Modos de propagación, frecuencias de corte, impedancia y dispersión.
    • Potencia transmitida.
    • Efecto de las pérdidas en los dieléctricos y en los conductores.
    • Estudio particular de guías convencionales: guías rectangulares y cilíndricas.
    • El cable coaxial como guía de ondas.
    • Guías parcialmente cargadas con dieléctricos: modos LSE y LSM.
    • Líneas cuasi-TEM.
    • Líneas de transmisión y guías planas integradas.

  • TEMA 6: GUÍAS DIELÉCTRICAS Y FIBRAS ÓPTICAS.
    • Ondas superficiales en fronteras planas.
    • Guías dieléctricas laminares.
    • Guías dieléctricas cilíndricas.
    • Espectro discreto y espectro continuo.
    • Fibras ópticas: conceptos fundamentales.
    • Fibras ópticas de núcleo uniforme. Aproximación de guiado débil.
    • Frecuencia de corte y relación de dispersión.

  • TEMA 7: TRANSFORMACIÓN Y ACOPLO DE IMPEDANCIAS.
    • El problema de la adaptación de impedancias.
    • Ayuda gráfica: la carta de Smith.
    • Acoplo de impedancias con elementos reactivos localizados.
    • Acoplo con sintonizadores (stubs).
    • Transformador cuarto de onda.
    • Adaptación en banda ancha: transformadores multisección. Teoría aproximada de pequeñas reflexiones. Transformador binómico. Transformador de Tchebyshev.
    • Adaptación mediante líneas de transmisión no uniformes (tapers)

  • TEMA 8: CAVIDADES RESONANTES.
    • Conceptos fundamentales de sistemas resonantes electromagnéticos.
    • Parámetros característicos.
    • Estudio de cavidades cerradas y homogéneas.
    • Cavidades construidas con secciones de líneas de transmisión y guías de ondas.

  • TEMA 9: TEORÍA DE CIRCUITOS DE SISTEMAS DE GUÍAS DE ONDAS
    • Tensión e intensidad equivalentes.
    • Circuitos multipuerta: matriz impedancia y sus propiedades.
    • Matriz de dispersión ("scattering") y sus propiedades. Matrices de transmisión.
    • Estudio particular de algunos componentes pasivos para circuitos de microondas.
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Bibliografía.

  • ELECTROMAGNETISMO EN GENERAL
    • M. Zahn, Teoría Electromagnética, Editorial Interamericana, 1983 (especialmente capítulos 7 y 8).
    • J.D. Jackson, Electrodinámica Clásica, Editorial Alhambra, 1975 (especialmente capítulos 6, 7 y 8).
  • ELECTROMAGNETISMO APLICADO A LAS COMUNICACIONES ELÉCTRICAS O MONOGRAFÍAS ESPECÍFICAS
    • C.A. Balanis, Advanced Engineering Electromagnetics, John Wiley & Sons, 1989.
    • P. Grivet, The Physics of Transmission Lines at High and Very High Frequencies, Academic Press, 1970.
    • R.B. Adler, L.J. Chu, R.M. Fano, Electromagnetic Energy Transmission and Radiation, The M.I.T. Press, 1973.
    • S. Ramo, J.R. Whinnery, T. van Duzer, Fields and Waves in Communication Electronics, John Wiley & Sons, 1994 (3ª edición).
    • C.C. Johnson, Field and Wave Electrodynamics, Mc-Graw Hill, 1965.
    • (**) D.M. Pozar, Microwave Engineering, Addison-Wesley, 1990.
    • (**) R.S. Elliott, An Introduction to Guided Waves and Microwave Circuits, Prentice Hall International, 1993.
    • (**) R.E. Collin, Foundations for Microwave Engineering, McGraw-Hill International, 1992.
    • (**) V. Ortega, Introducción a la Teoría de Microondas. Líneas de Transmisión y Guías de Ondas, Servicio de Publicaciones de la E.T.S.I.T. de la U.P.M. (Madrid).
    • (**) A. Delgado, C. Blanco, Problemas de Microondas,Servicio de Publicaciones de la E.T.S.I.T. de la U.P.M. (Madrid).
    • J. Bará Temes, Circuitos de Microondas con Líneas de Transmisión, Edicions UPC, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona, 1994.

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Metodología.

Clases teóricas: La asignatura se impartirá en clases de 50-55 minutos de duración 4 veces a la semana. En estas clases se expondrán los contenidos teóricos de la materia que constituirán el núcleo central de los conocimientos que ha de adquirir el alumno. También se resolverán ejercicios y problemas que ayuden a clarificar los conceptos, leyes físicas y técnicas expuestos en las clases de contenido más teórico. El profesor proporcionará al alumno por anticipado boletines con los enunciados de los problemas a resolver.

Clases de laboratorio: Siempre que el número de estudiantes matriculado y la disponibilidad de elementos materiales lo permitan, los alumnos de esta asignatura tendrán acceso a la sección de microondas del laboratorio de Electromagnetismo atendidos por su profesor, que realizará experiencias para ilustrar algunas de las cuestiones teóricas enseñadas en esta materia.

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Evaluación.

a) Exámenes escritos: los alumnos realizarán dos exámenes escritos a lo largo del curso, que determinarán parte de la calificación final (30 %).

b) Entrega de problemas propuestos: los alumnos resolverán en grupo una serie de problemas que se les propondrán a lo largo del curso. Para superar esta prueba tienen que entregar más del 80 por ciento de los problemas propuestos y sacar una nota media superior a 6,5. En caso de no alcanzarla tendrán nuevas oportunidades hasta cubrir este objetivo. La asistencia a clase continuada (más de un 80 % de las clases) y la resolución de los problemas asegurarán el aprobado con un 5 (esto es, la resolución de problemas más la asistencia a clase constituyen el 50 % de la calificación final).

c) Presentación de un trabajo de investigación bibliográfica o de laboratorio: Los estudiantes pueden elegir o proponer (bajo supervisión del profesor) un trabajo de naturaleza teórica o experimental. Los resultados de su esfuerzo se plasmarán en una presentación que han de realizar al profesor usando medios audiovisuales. No se exige memoria escrita. Este trabajo dará cuenta del 20 % restante de la calificación.

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Material de interés

(En esta sección se irá colgando material de interés para el curso, incluyendo listados de fórmulas útiles, enunciados de problemas, etc... )

  • Problemas para trabajar en grupo obligatorios (curso 2011-2012). NO DISPONBLES TODAVÍA

  • Temas sugeridos para hacer el trabajo de la asignatura (curso 2011-2012). Otros temas relacionados con la misma son bienvenidos (consulte antes con el profesor). NO DISPONIBLES TODAVÍA.

  • Ficheros pdf con temas relacionados con la asignatura escritos en español por un profesor de la Universidad de Buenos Aires (Juan C. Fernández):

  • Designación de bandas de radio.

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Enlaces de interés

En esta sección se irán colgando enlaces a páginas web con material interesante relacionado con la asignatura de forma directa o temas de actualidad vinculados de uno u otro modo con la misma.

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