Teoría Electromagnética II. Programa del curso EL Escuela de Ingeniería Electrónica Licenciatura en Ingeniería Electrónica

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1 EL Programa del curso EL-4514 Teoría Electromagnética II Escuela de Ingeniería Electrónica Licenciatura en Ingeniería Electrónica [Última revisión de la plantilla: 05 mayo de 2015] Página 2 de 6

2 I parte: Aspectos relativos al plan de estudios 1 Datos generales Nombre del curso: Código: Tipo de curso: Electivo o no: Teoría Electromagnética II EL-4514 Teórico No Nº de créditos: 4 Nº horas de clase por semana: 4 Nº horas extraclase por semana: 8 % de las áreas curriculares: Ubicación en el plan de estudios: Requisitos: Correquisitos: Ciencias de la Ingeniería (67.7%), Diseño Ingeniería (32.3%) Curso del cuarto año de la carrera (segundo semestre) EL-3213 Circuitos Integrados Lineales, EL-4513 Teoría Electromagnética I No El curso es requisito de: Asistencia: Suficiencia: Posibilidad de reconocimiento: EL-5511 Comunicaciones Eléctricas Obligatoria Si Si Vigencia del programa: I Semestre Descripción general Este curso comprende el estudio de los fundamentos del electromagnetismo y sus aplicaciones para el caso de campos dinámicos. Se estudia el fenómeno de propagación, introduciendo el concepto de ondas guiadas y no guiadas, onda plana, líneas de transmisión, guías de onda, y fundamentos de antenas. En el curso se estudian además interfaces y problemas de acople para líneas de transmisión utilizando diversas técnicas, como la Carta de Smith. Página 3 de 6

3 El curso busca desarrollar los siguientes atributos de egreso, de acuerdo con la definición del ente acreditador Canadian Engineering Acreditation Board (ECAB). Atributo Conocimiento Base de Ingeniería Uso de Herramientas de Ingeniería Análisis de Problemas Diseño Nivel Avanzado Inicial En casos de estudiantes con necesidades educativas especiales se elaborará un plan específico de atención con ayuda del Departamento de Orientación y Sicología. 3 Objetivos El estudiante muestra capacidad suficiente y conocimiento pleno para: Analizar el fenómeno de propagación de campos electromagnéticos para la resolución de problemas que involucran materiales y fronteras, mediante la utilización de métodos analíticos y numéricos. Objetivos Específicos El estudiante estará en capacidad de: 3.1 Evaluar el fenómeno de propagación, el concepto de una onda viajera y el caso especial de la onda plana en medios disipativos. 3.2 Evaluar la teoría de líneas de transmisión para el cálculo de campos electromagnéticos con estructuras de dos conductores. 3.3 Analizar problemas de fronteras con ondas, líneas de transmisión y problemas de radiación. 3.4 Aplicar el procedimiento de análisis e interpretación de resultados para líneas de transmisión, ondas guiadas y problemas de antenas a través de métodos analíticos y numéricos. 3.5 Diseñar acoples de impedancia para sistemas con líneas de transmisión. 3.6 Diseñar antenas lineales y arreglos de antenas lineales para la resolución de problemas de radiación. Objetivos del Curso Atributo Nivel Evaluar el fenómeno de propagación, el concepto de una onda viajera y el caso especial de la onda plana en medios disipativos. Evaluar la teoría de líneas de transmisión para el cálculo de campos Conocimiento Base de Ingeniería Avanzado Página 4 de 6

4 electromagnéticos con estructuras de dos conductores. Analizar problemas de fronteras con ondas, líneas de transmisión y problemas de radiación. Aplicar el procedimiento de análisis e interpretación de resultados para líneas de transmisión, ondas guiadas y problemas de antenas a través de métodos analíticos y numéricos. Diseñar acoples de impedancia para sistemas con líneas de transmisión. Diseñar antenas lineales y arreglos de antenas lineales para la resolución de problemas de radiación. Análisis de Problemas Uso de Herramientas de Ingeniería Diseño Inicial 4 Contenidos 4.1 Electrodinámica (1 semanas) Ley de Faraday. Corriente de desplazamiento. Ecuaciones generales de Maxwell en forma puntual. Ecuaciones generales de Maxwell en forma integral. Ecuaciones de potencial y potenciales retardados. 4.2 La Onda Plana Uniforme (3 semanas) Repaso de electrodinámica. Ecuaciones de onda. La onda plana en el espacio libre, en dieléctricos perfectos y disipativos. Teorema de Poynting. Energía y Potencia en ondas electromagnéticas. Efecto piel. Polarización de onda. Definición general de la onda TEM (Campo eléctrico y magnético transversal). 4.3 Reflexión y Transmisión de Ondas Planas (3 semanas) Incidencia perpendicular de ondas sobre fronteras. Onda estacionaria, razón y patrones de onda estacionaria. Incidencia sobre múltiples interfaces. Reflexión y transmisión por incidencia oblicua. Ecuaciones de Fresnel. Dispersión. Velocidad de grupo. (I Parcial) Página 5 de 6

5 4.4 Líneas de Transmisión (LT) (2 semanas) Descripción física y circuito equivalente. Ecuaciones de la LT. Parámetros de la LT. Ecuaciones fasoriales de la LT. Propagación sin pérdidas. Transmisión de potencia y pérdidas. Reflexión de onda, factor de reflexión y de transmisión. Razón y patrón de onda estacionaria. Líneas finitas y terminación. Análisis de transitorios. 4.5 Acoples con Líneas de transmisión (2.5 semanas) Acercamiento analítico para la realización de acoples. Solución de problemas de acople con la carta de Smith. Acople de líneas de transmisión con elementos en serie. Transformador de lambda cuartos y lambda medios. Acople de líneas de transmisión con elementos en paralelo. Acoplamiento con segmentos stub de hasta tres elementos. Problemas de acople con métodos numéricos. 4.6 Guías de Onda (1.5 semanas) Principios de operación y modos de orden superior. Análisis de la guía de onda de placas paralelas. Análisis de la guía de onda rectangular. 4.7 Radiación y Antenas (2 semanas) Repaso de potenciales retardados. Procedimiento general para el cálculo de campos electromagnéticos con antenas. Parámetros de antenas y patrón de radiación. Dipolo Hertziano, dipolo pequeño y antenas lineales. Monopolo lineal. Arreglos de antenas lineales. Teoría de imágenes y ley multiplicativa. Simulación de antenas. (II Parcial) II parte: Aspectos operativos 5 Metodología de enseñanza y aprendizaje Exposición magistral de la teoría con interacción de parte del estudiante y resolución de problemas de cálculo en la clase por parte del profesor. Un factor clave para el éxito del estudiante es el estudio y resolución e ejercicios extra clase. Página 6 de 6

6 6 Evaluación La evaluación consta principalmente de exámenes parciales. De igual forma el profesor podrá realizar quices o asignar tareas como elemento complementario a la evaluación antes mencionada. 2 Exámenes parciales 80% (40% cada uno) Tareas y Prácticas 20% 7 Bibliografía Obligatoria: 7.1 W. H. Hayt, J. A. Buck: Teoría Electromagnética, Mc Graw-Hill, 8ª Edición, M. N. O. Sadiku. Elementos de Electromagnetismo. 3ª Edición, Editorial Alfaomega/Oxford. México, Complementaria: 7.3 D. K. Cheng: Fundamentos de Electromagnetismo para Ingeniería, Addison-Wesley Iberoamericana, J. D. Kraus, D. A. Fleisch: Electromagnetismo, Mc Graw-Hill, Quinta Edición, México, V. R. Neri: Líneas de Transmisión, Mc Graw-Hill Interamericana, México, C. A. Balanis: Antenna Theory. Analysis and Design. 3a Edición, John Wiley and Sons, J. A. Edminister: Electromagnetismo, Serie Schaum, Mc Graw-Hill. 7.8 S. V. Marshall, R. E. DuBroff, G. G. Skitek: Electromagnetismo, Conceptos y Aplicaciones, Prentice-Hall Hispanoamericana, cuarta edición, México, R. P. Feyman, R. B. Leighton: The Feynman Lectures on Physics. Volume II, Disponible online: W. Tomasi: Comunicaciones Electrónicas, Prentice Hall, Segunda Edición, México, C. A. Balanis: Advanced Engineering Electromagnetics. John Wiley and Sons, Página 7 de 6

7 8 Profesor Ing. Aníbal Coto Cortés Escuela de Ingeniería Electrónica, oficina K1-313 Instituto Tecnológico de Costa Rica Consulta: Martes y jueves 14:00 16:00 acotoc@tec.ac.cr Tel Ing. Hayden Phillips Brenes Escuela de Ingeniería Electrónica Instituto Tecnológico de Costa Rica Consulta: Miércoles 15:30 17:30 hphillips@tec.ac.cr Tel Página 8 de 6