Antenas y Circuitos de Alta Frecuencia

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "Antenas y Circuitos de Alta Frecuencia"

Antenas y Circuitos de Alta Frecuencia Master en Ingeniería Informática y de Telecomunicación, 2 o cuatrimestre (6 créditos ECTS) Profesores: Jorge A. Ruiz Cruz Jose Luis Masa Campos {jorge.

1 Antenas y Circuitos de Alta Frecuencia Master en Ingeniería Informática y de Telecomunicación, 2 o cuatrimestre (6 créditos ECTS) Profesores: Jorge A. Ruiz Cruz Jose Luis Masa Campos {jorge.ruizcruz, joseluis.masa}@uam.es Dpto. de Ingeniería Informática Escuela Politécnica Superior Universidad Autónoma de Madrid Contexto de la asignatura Sistemas de radiodifusión (p.ej. televisión digital terrestre) Estaciones base de comunicaciones móviles (GSM, UMTS, ) Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 2

de Ingeniería Informática Escuela Politécnica Superior Universidad Autónoma de Madrid Contexto de la asignatura Sistemas de

2 Radioenlace de comunicaciones Comunicaciones por satélite (segmento embarcado en satélite y segmento terrenal) Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 3 Todos estos sistemas tienen en común que constan de un subsistema hardware de microondas-milimétricas. Los dispositivos/circuitos del subsistema de microondas-milimétricas pueden ser pasivos o activos: - Dispositivos activos: Amplificadores de potencia, osciladores, conversores de frecuencia, - Dispositivos pasivos: Típicamente los elementos radiantes (las antenas) y su sistema de alimentación formado por: Filtros Multiplexores Divisores/Combinadores Acopladores Ortomodos Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 4

Los dispositivos/circuitos del subsistema de microondas-milimétricas pueden ser pasivos o activos: - Dispositivos activos: Amplificadores de potencia, osciladores,

3 Bandas de frecuencias en comunicaciones 1 KHz 1-1 MHz 1 GHz 1 THz Guías de onda Circuitos integrados digitales (DSP) Circuitos integrados analógicos Cavidades metálicas Líneas de transmisión Circuitos ópticos Onda media VHF Microondas Ópticas Onda corta UHF Milimétricas Frecuencia Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 5 Disciplinas involucradas TÉCNICAS DE ANÁLISIS (Métodos numéricos de onda completa: Elementos Finitos, Métodos de los momentos,..) CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS (Radiación y propagación de ondas) Antenas y Circuitos de alta frecuencia TÉCNICAS DE OPTIMIZACIÓN (gradiente, genéticos,...) SÍNTESIS DE CIRCUITOS (síntesis de filtros, transformadores,...) Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 6

Master EPS-UAM 5 Disciplinas involucradas TÉCNICAS DE ANÁLISIS (Métodos numéricos de onda completa: Elementos Finitos, Métodos de los momentos,.

4 Objetivos de la asignatura - presentar los dispositivos que constituyen la cadena de radiofrecuencia (RF) de un sistema de comunicaciones típico, desde la antena a los subsistemas de RF (acopladores, filtros, multiplexores, amplificadores, ) - presentar los principales tipos de antenas (dipolo, parche, bocina, arrays, ) - estudiar las principales técnicas de diseño de estos dispositivos y las principales características de las tecnologías usadas en RF (planar, cable coaxial, guía de onda, ). Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 7 Programa orientativo de la asignatura - Procesado de señal en RF: funciones y subsistemas de la sección de RF de un sistema de comunicaciones. Principales sistemas de guiado en alta frecuencia y efecto de las discontinuidades. - Diseño de circuitos de alta frecuencia -Circuitos pasivos: redes de adaptación de impedancias, divisores de potencia y acopladores, filtros paso bajo y paso banda de microondas. Multiplexores. - Introducción a los circuitos activos: amplificadores de microondas, osciladores y mezcladores. - Diseño de antenas: Lineales (dipolo, Yagi), de parche y bocinas. - Agrupaciones de antenas: arrays. Conceptos de diagrama del elemento y del factor de array. Fundamentos de síntesis de arrays de antenas. - CAD de antenas y de circuitos de RF. Ejemplos de diseño utilizando diversas herramientas. Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 8

principales características de las tecnologías usadas en RF (planar, cable coaxial, guía de onda, ). Presentacion ACAF.

5 Bibliografía básica - D. M. Pozar, "Microwave engineering", New York, John Wiley & Sons, R. E. Collin, "Foundations of microwave engineering", New York, Wiley- Intersc., 21 - D. M. Pozar, "Microwave and RF wireless systems", N.Y., J. Wiley&Sons, 2 - G. L. Matthaei, L. Young, E. M. T. Jones, "Microwave filters, impedancematching networks, and coupling structres", Dedham Artech House cop Ángel Cardama y otros, Antenas, Edicions UPC Constatine Balanis, Antenna Theory. Analysis and Design, John Wiley & Sons W.L. Stutzman, Antenna Theory and Design. Wiley Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 9 Evaluación (dependerá del número de alumnos): - Asistencia y participación en las clases - Realización regular de ejercicios prácticos (problemas o programas) - Realización y exposición pública de un proyecto/diseño de amplitud moderada - Examen escrito Dependiendo del número de alumnos, la evaluación podrá estar más orientada a la realización de distintos diseños guiados por los profesores, que involucren cálculos teóricos, simulaciones y/o fabricación y medida de dispositivos. Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 1

198 -Ángel Cardama y otros, Antenas, Edicions UPC 1993. - Constatine Balanis, Antenna Theory. Analysis and Design, John Wiley & Sons 1997. - W.L. Stutzman, Antenna Theory and Design. Wiley. 1981.

6 Curso de Antenas y Circuitos de Alta Frecuencia Grupos Colaboradores Grupo de Radiocomunicaciones y Comunicaciones Ópticas del Dpto. de Ingeniería Informática, Universidad Autónoma de Madrid Escuela Politécnica Superior, C/ Francisco Tomas y Valiente 11, 2849 Madrid, España (1) Grupo de Radiación del Dpto. de Señales Sistemas y Radiocomunicaciones (2) Dpto. de Electromagnetismo y Teoría de Circuitos Universidad Politécnica de Madrid E.T.S.I. Telecomunicación, Ciudad Universitaria s/n 284 Madrid, España 11 Ejemplos de dispositivos relacionados con la asignatura de Antenas y Circuitos de Alta Frecuencia Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 12

Radiación del Dpto. de Señales Sistemas y Radiocomunicaciones (2) Dpto. de Electromagnetismo y Teoría de Circuitos Universidad Politécnica de Madrid E.T.S.I.

7 Antenas de estación base de telefonía móvil -5-1 Antena de 65º a 1.8 GHz galibo-min galibo-max fi=º CP fi=º XP fi=9º CP fi=9º XP -15 E (db) theta (deg) Vertical pol. º Sectorial 65º & 9º antennas Crosspolar +/-45º Sectorial 65º antenna Cosecant function in elevation radiation pattern Antenas de estación base para los sistemas: GSM, UMTS, DECT, 3.5 GHz Compañías colaboradoras: Sistemas Radiantes Moyano, RYMSA, SIEMENS, Movistar, Vodafone, Bouygues Telecom, France Telecom. Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 13 Agrupaciones de antenas planas (db) Diagrama de radiación - φ =º frec=12.5 GHz Med. CP Med. XP Ideal Tetha(º) (db) Diagrama de Radiación Medido 12.3 GHz CP PHI=º CP PHI=9º XP PHI=º XP PHI=9º Theta(º) Diseños de muy alta frecuencia y banda de milimétricas : DBS (12 GHz), banda milimétricas (37 GHz) Tecnología de parche microstrip, y alimentación a través de redes en guía onda. Compañias colaboradras: INDRA, TELEVES, ESA. Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 14

º Sectorial 65º & 9º antennas Crosspolar +/-45º Sectorial 65º antenna Cosecant function in elevation radiation pattern Antenas de estación base para los sistemas: GSM, UMTS, DECT, 3.

Antenas conformadas Agrupación cilíndrica de ranuras en guía Monopolo con polarizador Diseños banda de milimétricas (4 GHz) Diagramas con coberturas especiales en azimuth y elevación Compañias

8 Antenas conformadas Agrupación cilíndrica de ranuras en guía Monopolo con polarizador Diseños banda de milimétricas (4 GHz) Diagramas con coberturas especiales en azimuth y elevación Compañias colaboradras: INDRA Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 15 Antenas embarcadas y sistemas radar Diseños en banda L y S (1-3 GHz) Antenas de gran tamaño y circuitería RF asociada Compañias colaboradras: INDRA Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 16

9 Filtros de polos extraídos s21 s11 (db) Frecuencia (GHz) (ALCATEL- ESPACIO) Filtro Banda Ka: elíptico y 2 autoecualizado Línea trazos: fullwave 1 (orden 6, 2 ceros de transmisión del filtro diseñado y 2 de ecualización) Retardo de Grupo (ns) Línea continua: teórica Frecuencia (GHz) Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 17 Filtros dual-mode Comparación de las medidas y la simulación teórica: Mode-Matching Medida Circuital -1.6 S 11, S 21 (db) Frequency (GHz) Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 18

diseñado y 2 de ecualización) 29.94 29.96 29.98 3 Retardo de Grupo (ns) 5 4 3 Línea continua: teórica Frecuencia (GHz) Presentacion ACAF.

10 Short Acopladores - slot couplers Topología de la estructura en guía de onda: (ALCATEL- ESPACIO) -25 S 11, S 41 BCMM-FFT Measurement S 11 S ij (db) S Frequency (GHz) Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 19 Ortomodos (OMT s) Puerta común circular x y Puerta lateral z V H De (o hacia) la antena Puerta axial Unión OMT Puerta común básica con un cuadrada septum metálico Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 2

11 Ortomodos (OMT s) OMT del satélite Amazonas (EADS-CASA). OMT del satélite Hispasat 1D (EADS-CASA) -1 Vertical (GAM-GC) Vertical (HFSS) Horizon. (GAM-GC) Horizon. (HFSS) -1 V Mask H Mask (V) ρ V, ρ H (db) -5 (H) (V) V H ρ V, ρ H (db) -5 (H) Vertical (GAM-GC) Vertical (Measurements) Horizon. (GAM-GC) Horizon. (Measurements) Frequency(GHz) Frequency(GHz) Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 21 Multiplexores Multiplexores en estructura manifold (banda contigua) de 3 y 5 canales (CICYT) -1 Transmission (db) GAM-GC Measurements -5 5 canales de 9 MHz a 11, 11.16, 11.32, y GHz Frequency (GHz) Presentacion ACAF. Master EPS-UAM 22

5 14 14.5 15 Frequency(GHz) -6 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 18 Frequency(GHz) Presentacion ACAF.

Documentos relacionados

Primera parte de ACAF: Circuitos de Alta Frecuencia.

Primera parte de ACAF: Circuitos de Alta Frecuencia. Antenas y Circuitos de Alta Frecuencia (ACAF) Primera parte, Tema I Profesores: Jorge A. Ruiz Cruz (jorge.ruizcruz@uam.es) José L. Masa Campos (joseluis.masa@uam.es) Colaborador de este tema: Juan E. Page