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Captulo 1:Introduccin a la Ingeniera de Microondas

El presente captulo es introductorio y sirve de presentacin del c rso de la asignat ra Tiene dos partes: en na primera securso y de la asignatura. Tiene dos partes: en una primera se presentan distintos marcos de aplicacin de la Ingeniera de

Microondas. En la segunda se justifica la situacin de la i d d l l d di d i dasignatura dentro del plan de estudios de Ingeniera de

Telecomunicacin, se expone la relacin que tiene con otras asignatura y se da la programacin de la asignatura.

Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 1: Introduccin a la teora de microondas

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INTRODUCCIN Y DEFINICIN

Anlisis de la realidad:Amplio desarrollo de seales electromagnticas de alta frecuencia desde la segunda Amplio desarrollo de seales electromagnticas de alta frecuencia desde la segunda mitad del siglo XX.

Numerosas aplicaciones para transmitir informacin y suministrar energa. Definicin: Definicin:

Conjunto de seales para cuya generacin, propagacin y procesado se utilizan un conjunto de tcnicas muy especficas que no se emplean ni en baja frecuencia ni en comunicaciones pticascomunicaciones pticas.

Pueden estar comprendidas entre 300 MHz y 300 GHz. En las bandas de Radiocomunicaciones (3 MHz 3 GHz) se le suele llamar seales RF.

Aplicaciones: Aplicaciones: Radar. Radiometra Radiocomunicaciones. Aplicaciones industriales Aplicaciones teraputicas. Aplicaciones cientficas.


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RADAR (I)

Orgenes del radar RADAR-Radio Detection and Ranging.

ll l l l d l i d d di fl j Maxwell catalog la luz como onda electromagntica. Las ondas de radio se reflejan. II Guerra Mundial catapult la utilizacin del radar gracias al invento del magnetrn. MIT: sistema Radar en 2.7-2.9 GHz

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento TX que lanza una seal para iluminar un cuerpo que la refleja que un RX recibe. Clasificacin:

Si la seal se emite de forma continua: radar CW. Si es pulsada: radar de pulsos. Si TX y RX comparten la antena: radar monoesttico; si no: radar biesttico

Ecuacin RADAR:

( ) = radar eficaz seccin:

antenaganancia :

4 4322

G

GPPrec

Determinacin de velocidad del objeto:

( ) objetodistancia :r44 rPTX

vff o = 2 Problemas radares de onda continua:

No se sabe si el objeto se aleja o acerca. No se puede determinar la distancia

cf

No se puede determinar la distancia Gran consumo de potencia


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RADAR (II)

Radares de pulsos Consumen menor potencia y solucionan problemas SARp y p

anteriores. Emisin y recepcin en tiempos distintos. Parmetros a controlar: frecuencia de repeticin de

SAR

pulsos y duracin de pulsos. Pulsos cortos: buena resolucin pero difciles

de detectar. Frecuencia de repeticin alta: menor tiempo y

mayor precisin pero ambigedad. Existe un alcance mximo en que medir sin

ambigedadesambigedades. Radar de apertura sinttica (SAR):

Empleo en anlisis de superficies y cartografa.A h l i i d l i l Aprovecha el movimiento del avin para que los pulsos vean la antena que los emite con dimensin superior. Emisin oblicua para proporcionar informacin de Emisin oblicua para proporcionar informacin de la rugosidad del terreno.


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RADIOMETRA

Definicin: Obtencin de informacin de un objeto mediante la medida y anlisis del espectro deObtencin de informacin de un objeto mediante la medida y anlisis del espectro de

la radiacin emitida por dicho cuerpo. El radimetro utiliza una antena para captar dicha radiacin que induce una potencia a

partir del cual se puede determinar su T de ruidopartir del cual se puede determinar su T de ruido. Las medidas son independientes de la frecuencia mas aumentan con el ancho de banda

fTkV

P 2

Aplicaciones: Anlisis de suelos

fTkR

PN == 4Anlisis de suelos

Anlisis de la atmsfera. Anlisis de la radiacin solar y de la radiacin csmica.

Consideraciones finales Necesidad de calibracin Compromiso en la eleccin de la frecuencia: bajas frecuencias suponen grandesCompromiso en la eleccin de la frecuencia: bajas frecuencias suponen grandes

antenas, grandes frecuencia suponen prdida de precisinGrupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009.

Tema 1: Introduccin a la teora de microondasMicroondas-1- 5

SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIN (I)

Formas de propagacin de la energa electromagnticaA. Onda guada: a muy bajas frecuencias.. O da gu ada: a uy bajas ecue c as.B. Onda de superficie: para frecuencias inferiores a 30 MHz. Alcances largos y estabilidad.C. Onda ionosfrica: entre 3 y 30 MHz. Grandes alcances, inestabilidad.D. Onda espacial freq superiores a 30 MHz:D. Onda espacial freq superiores a 30 MHz:

Onda directa: alcanza el receptor de manera directa Onda reflejada: conecta transmisor y receptor a travs de una reflexin Ondas por reflexin multitrayecto

A B

Ondas por reflexin multitrayecto Onda por dispersin troposfrica: reflexiones en turbulencias de capas de la troposfera

C D


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SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIN (II)

N Smbolo frecuencia

DENOMINACIN BANDAS DE FRECUENCIABANDAS DE MICROONDAS N Smbolo frecuencia

4 VLF 3 - 30 kHz5 LF 30 - 300 kHz6 MF 300 - 3000 kHz

L 1 - 2 GHzS 2 - 4 GHzC 4 8 GH

MICROONDAS

7 HF 3 - 30 MHz8 VHF 30 - 300 MHz9 UHF 300 - 3000 MHz10 SHF 3 30 GHz

C 4 - 8 GHzX 8 - 12 GHzKu 12 - 18 GHzK 18 - 27 GHz

Bandas de frecuencias en algunos sistemas comunes

10 SHF 3 - 30 GHz11 EHF 30 - 300 GHz12 300 - 3000 GHz

Ka 27 - 40 GHz

Bandas de frecuencias en algunos sistemas comunes GSM: enlace ascendente (890-915 MHz), enlace descendente (935-960) GSM-DCS: enlace ascendente (1710-1785 MHz) enlace descendente (1805-1880 MHz)

UMTS b d d 1 9 2 2 GH UMTS: banda de 1.9 a 2.2 GHz Bluetooth y WLAN: banda 2.4 GHz Telefona fija: banda 3.5 GHz; banda 5.8 GHz Hiperlan I (5.1-5.3 GHz); Hiperlan II (5.4-5.7 GHz)p ( ); p ( ) Satlites: INMARSAT (1.6-1.5 GHz); banda 6-4 GHz; banda 14-11 GHz; banda 28-21 GHz


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SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIN (III)

TRAT C

transmisorBB

MX TRAT.SEALMOD.

FIConvers.

arriba HPA

OL

BR f1f1

BB

OL

receptor

MX TRAT.SEALDEMO.

FIConvers.

abajo LNA

receptorBB

OLBastidor

lti l

Esquema de una estacin transmisora/receptora

multiplex

VF BB RF

Bastidorradio

Esquema de una estacin transmisora/receptoraVF BB RFGrupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009.


APLICACIONES INDUSTRIALES

Calentamiento de alimentos Rendimiento superior a los hornos convencionales. Calentamiento acta en el interior de los alimentos por las prdidas dielctricas de los tejidos orgnicos.

Homogeneidad del calentamiento. Frecuencias de relajacin: la absorcin de radiacin es muy eficaz. El agua a 10 GHz Molculas ligadas (orgnicas+agua) decrece la frecuencia

Orientacin'

Molculas ligadas (orgnicas agua) decrece la frecuencia Buscar situacin de compromiso: banda 902-928 MHz; 2.4-2.49 GHz; 5.73-5.85 GHz

ElectrnicaInica

=V

alm dvEE2'

21

'' =V

perd dvEP2''

Microondas IR Visible UV

Frecuencia (Hz) Calentamiento de productos industriales

Secado de papel y vulcanizado del caucho.Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009.


APLICACIONES MDICAS

Terapias de calorFrecuencias: 915 MHz 2 45 GHz Frecuencias: 915 MHz, 2.45 GHz

Reuma, artritis, distensin de tejidos. Tratamiento del cncer

i i d i d bi d di i i i i Hipertermia de microondas combinada con radioterapia y quimioterapia Compromiso en la seleccin de la frecuencia: baja para llegar a zonas profundas, alta

para localizar el calentamiento (915 MHz, 2.45 GHz)S d d f did d 3 4 L d f did d i Se pueden tratar tumores de profundidad 3-4 cm. Los de mayor profundidad necesitan aparatos invasivos.

Necesidad de caracterizar con precisin la permitividad de materiales.


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Bibliografa de la introduccin

Skolnik: Introduction to Radar Systems; Mc Graw Hill, 3 edicin, 2000J O h k A Hi f Mi H i A li i IEEE T O J. Osepchuk: A History of Microwave Heating Applications IEEE Trans. On MTT, vol. 32, 1984, pp. 1200-1224.

A. Guy: A History of biological effects and medical applications of microwave y y g ppenergy, IEEE Trans. On MTT, vol. 32, 1984, pp. 1182-1200.

J.M. Miranda et al: Ingeniera de Microondas, Prentice Practica 2002.


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MICROONDAS EN EL PLAN94

Transmisin por Soporte Fsico. Elementos de ondas guiadas. Dispositivos y circuitos p p g p yde alta frecuencia (activos y pasivos) para comunicaciones. (9 CRDITOS)

CAMPOSELECTRO MAGNETICOSANLIS Y DISEO

DE CIRCUITOS

SISTEMAS Y CANALES DE TRANSMISIN

MICROONDAS YCIRCUITOS DE ALTA

FRECUENCIA

TRANSMISIN Y PROPAGACIN

LABORATORIO DE RADIOFRECUENCIA

ELECTRNICA DECOMUNICACIONES

RADIOCOMUNICACIN RADIODETERMINACINRADIOCOMUNICACIN RADIODETERMINACIN


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PROGRAMA

Revisin de guas y lneas de transmisin Herramientas para el anlisis de circuitos de microondas Herramientas para el anlisis de circuitos de microondas.

Carta de Smith Anlisis de parmetros de dispersin (S)

Anlisis y diseo de circuitos pasivos de microondas. Cuadripolos Hexapolos: sin prdidas, divisores de potencia Wilkinson (con prdidas), circulador

(no simtrico) Octopolos: hbridos de 90 y 180, acopladores de lneas acopladas Resonadores y filtros

Anlisis y diseo de circuitos activos de microondas. Amplificadores OsciladoresOsciladores Mezcladores Conmutadores Desfasadores Desfasadores


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Bibliografa bsica de la asignatura

David M.Pozar: "Microwave Engeneering" Second Edition 1998, John Wiley&SonsWiley&Sons.

Robert E. Collin: "Foundations for microwave engineering" New York McGraw-Hill, 1992. G. Gonzlez: Microwave Transistor Amplifiers: Analysis and Design Second

Edition; Prentice Hall Bahl y Bhartia: "Microwave Solid State Circuit Design", Wiley Interscience, 1988.y g , y , Domnguez, R.: "Cuestiones bsicas de electromagnetismo. Aplicacin a la tcnica de

microondas", CSIC, 1991.Rohde Newkirk: "RF/Microwave Circuit Design for Wireless Applications" Wiley Rohde, Newkirk: RF/Microwave Circuit Design for Wireless Applications Wiley 2000

Miranda, Sebastin, Sierra, Margineda: Ingeniera de Microondas: Tcnicas E i t l P ti P ti 2002Experimentales Prentice Prctica 2002.


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Bibliografa complementaria de la asignatura

Owyan, G.H.: "Foundations for Microwave Circuits", Springer-Verlag, 1989. Fontecha J L y Martin Pascual C : "Ferritas en microondas" CSIC 1979 Fontecha, J.L. y Martin Pascual, C.: "Ferritas en microondas", CSIC, 1979. Liao, S.Y.: "Microwave Circuit Analysis and Amplifier Design", Prentice-Hall, 1987. Pengelly, R.S.: "Microwave FETs. Theory, Design and Applications", Research Studies

Press, 1986. Soares, R.: "GaAs MESFET Circuit Design", Artech House, 1988. Gupta, K.C.; Garg, R. y Chadha, R.: "Computer Aided Design of Microwave Circuits", p , ; g, y , p g ,

Artech House, 1981. Wadell, B.C.: "Transmisin Line Design Handbook", Artech House, 1991. Harlan Howe: "Stripline Circuit Design"; Microwave Associates Burlington; Artech Harlan Howe: Stripline Circuit Design ; Microwave Associates Burlington; Artech

House 1974.


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