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 jesteban@etc.upm.es

Miguel Ángel González de Aza

(Coord.) B-421 Der mag@etc.upm.es

Manuel Lambea Olgado B-419 manu@etc.upm.es

Jesús Mª Rebollar Machain B-411 jmrm@etc.upm.es

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.