Ingeniería Eléctrica y de Computadoras

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 1/7 DEPARTAMENTO DE: Ingeniería Eléctrica y de Computadoras H O R A S D E C L A S E P R O F E S O R R E S P O N S A B L E T E Ó R I C A S P R Á C T I C A S Ing. Raúl H. Galiana Por semana Por cuatrimestre Por semana Por cuatrimestre A S I G N A T U R A S C O R R E L A T I V A S P R E C E D E N T E S A P R O B A D A S C U R S A D A S Análisis de Circuitos y Sistemas DESCRIPCIÓN PROGRAMA SINTÉTICO 1 Teoría de Propagación Electromagnética 2 Teoría de Líneas de Transmisión 3 Transitorios en Líneas de Transmisión 4 Estado estacionario en Líneas de Transmisión 5 Parámetros para Líneas de Transmisión particulares 6 Potencia y adaptación de impedancias 7 Elementos para Líneas de Transmisión 8 Mediciones en y con Líneas de Transmisión 9 Guías de Onda 10 Fibra Optica 11 Radiación 12 Parámetros de Antenas 13 Elementos radiantes simples 14 Arreglos de antenas 15 Propagación de ondas en el espacio libre

2 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 2/7 1 Teoría de Propagación Electromagnética: Ecuaciones de Maxwell - Campos en medios materiales y condiciones de borde- Ecuación de onda- Soluciones generales de ondas planas- Potencia y energía -Reflexión de onda plana en una interface material Incidencia oblicua de ondas planas en una interface dieléctrica - El espectro electromagnético. El espectro de radiofrecuencia. Asignación de bandas. Usos del espectro de RF. Modulación. Concepto y razones. Tipos básicos. Clasificación 2 Teoría de Líneas de Transmisión: Modelos y herramientas de análisis de líneas de transmisión (LT). Clasificación de medios de transmisión. - Modelo circuital de una LT. Parámetros concentrados vs. Distribuídos - Propagación de ondas en la LT: ecuaciones del telegrafista. Modos de propagación. - Análisis de campos electromagnéticos en una LT - Parámetros básicos de LT : constante de propagación, impedancia característica. - Configuraciones típicas de LT : coaxiles, unifilares, bifilares, stripline, microstrip, guía de onda, fibra óptica, etc. 3 Transitorios en Líneas de Transmisión: Soluciones en el dominio tiempo de las ecuaciones de LT - Efectos de discontinuidades en una LT. Coeficientes de reflexión y de transmisión - Métodos para la resolución de transitorios : Diagrama Rebote ; Schnyder-Bergeron ; Método analítico - Análisis de transitorios para diversas excitaciones : escalón, pulso, sinusoidales, rampas, etc. Principio de superposición - Casos de LT en cascada y en paralelo. Casos para cargas complejas. Casos de cargas no lineales - Aplicaciones : cableados en sistemas digitales ; sobrecargas en líneas de potencia ; generador de pulsos, reflectometría, etc. - Soluciones generales en transformada de Laplace para líneas sin pérdidas 4. Estado estacionario en Líneas de Transmisión: Solución estacionaria de las ecuaciones de LT con excitación sinusoidal - Constante de propagación. Determinación y significado de sus componentes ( cte. de atenuación y cte. de fase ). Respuesta en frecuencia. Aproximaciones - Impedancia característica : determinación, significado, respuesta en frecuencia, aproximaciones. - Coeficiente de reflexión de tensión y corriente. Coeficiente de transmisión. - Velocidad de grupo y de fase. Dispersión. Longitud de onda - Análisis fasorial de la propagación TEM en LT - Ondas estacionarias. Relación de onda estacionaria. Envolventes de onda estacionaria - Soluciones particulares para LT sin pérdidas y LT de bajas pérdidas. Determinación de tensiones, corrientes y potencias. Determinación de impedancias - Soluciones particulares para LT terminadas en corto circuito, circuito abierto, carga resistiva pura, etc. - Solución general para el caso de carga compleja y LT con pérdidas - Ayudas gráficas para la determinación de parámetros en un sistema con LT : el Ábaco de Smith. Deducción del diagrama polar de impedancias vs. Coeficiente de reflexión. Usos generales - Ábaco de Smith : uso gráfico para el cálculo de tensiones y corrientes : diagrama de Krankl. Escalas adicionales al Ábaco de Smith

3 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 3/7 5 Parámetros para líneas de transmisión particulares: Líneas bifilares para transmisión telefónica en bada base Respuesta en frecuencia de parámetros - Cálculo de r,l,g,c, Z o y χ a partir de la conformación geométrica de conductores - Distorsión. Ecualización mediante bobinas de carga ( pupinización ) - Pérdida de retorno. Crosstalk - Características de la red telefónica - Líneas de pares trenzados para transmisión de datos - Tipos : UTP, STP, etc. - Respuesta en frecuencia de parámetros Particularización para el caso de transmisión tipo xdsl - Líneas con cables coaxiles - Respuesta en frecuencia de parámetros - Cálculo de r,l,g,c, Z o y χ a partir de la conformación geométrica de conductores - Consideraciones particulares : apantallamiento, respuesta a pulsos, condiciones ambientales. - Construcción. Criterios de optimización de diseño utilizados por los fabricantes Selección de coaxiles según las aplicaciones. Uso de catálogos - Líneas de potencia ( monofásicas y trifásicas ) : Cálculo de r,l,g,c, Z o y χ a partir de la conformación geométrica de conductores - Otras líneas de transmisión no-tem : microstrip, stripline, slab dieléctrico. Cálculo de parámetros. Características particulares y usos 6 Potencia y adaptación de impedancias: Cálculo general de la potencia en LT. Casos particulares para LT con Z o real y bajas pérdidas. - Definición y clasificación de pérdidas: disipativas y no disipativas. Pérdidas por reflexión. Pérdida de retorno. Pérdida por inserción Desadaptación de impedancias : consecuencias en los sistemas de transmisión. Causas reales de la desadaptación. - Rendimiento de transmisión de potencia en función de la desadaptación de la carga. Capacidad portante de una LT. - Diversos tipos de adaptación de impedancias. Clasificación de técnicas. Objetivos de las técnicas según su ubicación. Beneficios y costos - Adaptación con redes de elementos concentrados ( T, Π, L ) - Adaptación con LT en paralelo ( stub simple, doble y triple ) : cálculo, respuesta en frecuencia, consideraciones prácticas de implementación. Adaptación con transformadores de κ / 4 : cálculo, respuesta en frecuencia, consideraciones prácticas de implementación. - Adaptación con cascada de transformadores : técnica binomial y Chebyshev. Cálculo, respuesta en frecuencia, consideraciones prácticas de implementación Adaptación con transformadores de impedancia continuamente variable: técnica exponencial, triangular y Klopfenstein. Cálculo, respuesta en frecuencia, consideraciones prácticas de implementación 7 Elementos para Líneas de Transmisión: Caracterización de elementos n-polares. - La matriz de dispersión ( parámetros S ) : definición, significado y usos. Evaluación de parámetros S para redes recíprocas, sin pérdidas, etc. - La matriz de transmisión ( ABCD ) : definición, significado y usos - Redes de 3 puertos : condiciones de realizabilidad. Casos prácticos. Divisores de potencia : con líneas de transmisión, resistivo, el divisor Wilkinson. Análisis por el método de excitaciones par-impar. Respuesta en frecuencia y desempeño - Redes de 4 puertos : condiciones de realizabilidad, parámetros. Híbridos de cuadratura, acopladores direccionales a línea de transmisión, el acoplador Lange, Híbridos de 180 (rat-race) - Filtros de microondas : estructuras periódicas. Diseño por métodos de parámetros imagen y pérdidas de inserción ( repaso ). - Implementación : transformación de Richard, identidades de Kuroda. Otros filtros : de impedancia escalonada, con lineas acopladas, con resonadores acoplados. - Introducción a otros elementos de procesamiento de señal : aisladores, desplazadores de fase, circuladores, amplificadores, detectores, mezcladores, diodos PIN, circuitos integrados para microondas

4 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 4/7 8 Mediciones en y con Líneas de Transmisión: Técnicas de medición de los parámetros de las LT : Z o, v p, l e, α, resistencia de aislación, pérdidas por radiación, parámetros por unidad de longitud : r,l,g,c. - Mediciones en sistemas de transmisión de RF y microondas Métodos de medición de atenuación : relación de potencia ; método de inserción - Medición de ROE - Medición de impedancias - Medición de parámetros S Medición de potencia : clasificación, técnicas, elementos de medición. - Mediciones dinámicas. Reflectometría en el dominio temporal - Introducción al instrumental de medición para RF y microondas. 9 Guías de Onda: Guiado de ondas entre planos paralelos. Modos TEM, TE y TM - Guias de onda rectangulares (GOR) : modos TE y TM. Atenuación. Parámetros. Respuesta en frecuencia. Usos. Guias ranuradas Guias de onda cilíndricas (GOC) : modos, parámetros, respuesta en frecuencia - Excitación de guías de onda : por corrientes eléctrica y magnética; excitación mediante acoplamiento de aperturas Selección de guias de onda. Uso de catálogos. Parámetros constructivos 10 Fibra Óptica: Herramientas para el análisis de Fibras Ópticas : teoría electromagnética vs. Óptica geométrica - Introducción a los sistemas de comunicaciones por FO. Ventajas y aplicaciones de las FO. Comparación con otros medios de transmisión - Fundamentos de óptica y ondas lumínicas. Teoría de rayos. Apertura numérica. Reflexión y ángulos críticos - Dispersión en FO : dispersión en el material, dispersión modal, dispersión por guía de onda - Mecanismos de la atenuación en FO : absorción, dispersión de Rayleigh, no lineal, Brillouin, Raman, MIE, microcurvaturas. - Perfiles de FO. Fibras de índice gradual. Fibras de índice escalonado. Modos. Ventanas de frecuencia. Distorsión de pulsos. Tasa de información. Ancho de banda Construcción de cables de FO. Tipos : vidrio, PCS, plásticas Manejo de catálogos. Criterios de selección de FO. - Fuentes lumínicas. LED y laser. Detectores : PIN y APD - Introducción al cálculo de enlaces de FO basado en el método de balance de potencia 11 Radiación: Mecanismo básico de la radiación - Tipos básicos de antenas - Solución de las Ecuaciones de Maxwell para problemas de radiación - Integrales de radiación y funciones potenciales auxiliares - El dipolo ideal de Hertz - Radiación a partir de fuentes línea de corriente - Regiones de campo. Condiciones de radiación en campo lejano - Pasos generales para la evaluación de los campos radiados - Teoremas fundamentales : dualidad, reciprocidad. 12 Parámetros de Antenas: Patrones de radiación - Densidad de potencia de radiación - Intensidad de radiación Directividad y ganancia. Eficiencia - Ancho de haz de media potencia Ancho de banda Polarización - Impedancia de entrada. Impedancia de antena - Areas y largos efectivos - Temperatura de antena 13 Elementos radiantes simples: Dipolos : cortos, κ/2, largos - Antenas dipolo sobre planos conductores. Teoría imagen. Monopolos - Efectos de tierra sobre antenas dipolo - Dipolos gruesos : distribución de corriente, patrones de radiación, impedancia, respuesta en frecuencia - Dipolos V. Dipolos plegados - Antenas lazo pequeñas Introducción general a otras tipos de antena : aperturas, bocinas, reflectoras, microstrip, etc. - Adaptación de impedancias para el caso de antenas dipolo - Ecuación de transmisión de Friis. Consideraciones para el cálculo de enlaces - Ecuación de radar

5 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 5/7 14 Arreglos de Antenas: Factor de arreglo para disposiciones lineales - Arreglos uniformemente excitados y equiespaciados - Tipos de arreglos : broadside, end-fire ordinario, endfire Hansen Woodyard, superdirectividad - Principio de multiplicación de patrones - Parámetros de arreglos. Directividad de arreglos. Métodos de diseño - Arreglos no uniformemente espaciados : distribución binomial y Dolph Chebyshev Introducción a los arreglos multidimensionales - Arreglos desfasados y técnicas de alimentación. Principio de rastreo - El arreglo de Yagi-Uda 15 Propagación de ondas en el espacio libre: Efectos ambientales : atenuación, absorción, reflexión, refracción, difracción, interferencia. Propagación de ondas de tierra ( superficiales ) - Propagación ionosférica : mecanismo de reflexión, características de las capas ionosféricas y sus variaciones - Propagación en línea de vista (LOS) - Propagación por dispersión troposférica - Introducción a los vínculos satelitales

6 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 6/7 Metodología de Enseñanza La actividad curricular se divide en tres partes. Una de dictado normal de temas teóricos que requieren una presentación formal, otra de práctica de laboratorio (6 laboratorios diferentes) y la tercera de explicación y resolución de problemas. Forma de Evaluación Los alumnos regulares deben rendir y aprobar 2 parciales y asistir al 80% (mínimo) de los laboratorios. Aquellos que aprueban los parciales en primera instancia (no en los recuperatorios), tienen derecho a rendir 2 coloquios para promocionar. Aquellos que no promocionan por coloquios van directamente a examen final regular. Los alumnos libres rinden dos parciales de problemas y laboratorio y un examen final teórico.

7 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 7/7 Bibliografía: BALANIS, C. - Antenna Theory, analysis and design, 2 nd. Ed. - John Wiley, 1996 BIANCHI, A. - Sistemas de ondas guiadas - Marcombo, 1980 JORDAN, E.C. & BALMAIN, K.G. - Electromagnetic waves and radiating systems - Prentice Hall, 1969 KRAUS, J.D., FLEISCH, D. - Electromagnetics with applications ; 5th edition McGraw-Hill, 1998 MAHLKE, G. & GOSSING, P. - Conductores de fibras opticas - Marcombo, 1987 PALAIS, J.C. - Fiber Optic Communications, 4th Edition - Pretice Hall, 1998 POZAR, David M. - Microwave Engineering, 2nd. Edition - John Wiley, 1998 PULIAFITO, S. - Tomo I: el campo electromagnetico - Tomo II : guias de onda - Tomo III: radiacion electromagnetica - Idearium, 1985 RAMO, S.; WHINNERY, & VAN DUZER - Fields and waves in communications electronics, 3rd. Edition - John Wiley, 1995 STUTZMAN, W. & THIELE, G. - Antenna theory and design, 2nd Edition - John Wiley, 1998 TOMASI, W. - Sistemas de comunicaciones electrónicas - Prentice Hall, 1996 AÑO PROFESOR RESPONSIBLE (firma aclarada) VIGENCIA DE ESTE PROGRAMA AÑO PROFESOR RESPONSABLE (firma aclarada) V I S A D O COORDINADOR AREA SECRETARIO ACADÉMICO DIRECTOR DE DEPARTAMENTO Fecha: Fecha: Fecha: