UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERIA SYLLABUS PROYECTO CURRICULAR: ESPECIALIZACIÓN EN TELECOMUNICACIONES MÓVILES NOMBRE DEL DOCENTE: CARLOS ARTURO SUÁREZ FAJARDO ESPACIO ACADÉMICO (Asignatura): ANTENAS Y PROPAGACIÓN Obligatorio ( ) : Básico ( X ) Complementario ( ) Electivo ( ) : Intrínsecas ( ) Extrínsecas ( ) NUMERO DE ESTUDIANTES: CÓDIGO: GRUPO: NÚMERO DE CREDITOS: 3 TIPO DE CURSO: TEÓRICO PRACTICO TEO-PRAC: x Alternativas metodológicas: Clase Magistral (x ), Seminario ( ), Seminario Taller ( ), Taller ( ), Prácticas ( x ), Proyectos tutoriados ( x ), Otro: HORARIO: De acuerdo a asignación de la Coordinación. DIA HORAS SALON De acuerdo a asignación de la Coordinación Cuatro (4) Horas Semanales De acuerdo a asignación de la Coordinación. I. JUSTIFICACIÓN DEL ESPACIO ACADÉMICO ( El Por Qué?) La Especialización en Telecomunicaciones Móviles presenta un amplio y muy variado espectro de posibilidades de desarrollo, tanto aplicativos como investigativos ya que profundiza en una de las temáticas de mayor alcance y actualidad en el momento tanto para la región como para el país y el mundo. Dentro del contexto laboral nacional se observa la importancia que tienen áreas técnicas de formación que vean su nivel de aplicación relacionado directamente con áreas de amplio

2 desarrollo en el mundo como es el caso de las telecomunicaciones, sin embargo, gran parte de las necesidades que afrontan las nuevas tecnologías se centran en contar con personal altamente capacitado en temáticas de impacto inmediato dentro de ámbitos tanto técnicos como investigativos, lo cual exige una formación acorde a las necesidades que impone el mercado. Por tal razón las Especializaciones en Telecomunicaciones Móviles que se propone y en particular la asignatura de ANTENAS Y PROPAGACIÓN se convierte en la herramienta más versátil y más adecuada a mediano plazo para subsanar las exigencias que se plantean día a día en el mundo y por ende en el país, ocasionadas por el surgimiento de nuevas tecnologías y servicios en telecomunicaciones móviles. En este programa se ofrece un tipo de formación centrado en las necesidades particulares del área de interés, logrando con ello un grado de asimilación de las temáticas por parte de los estudiantes muy rápido e inmerso dentro del contexto laboral del momento, sin dejar a un lado la formación básica necesaria que todo profesional que se desempeñes en este ámbito de las comunicaciones debe conocer. La Especialización en Telecomunicaciones Móviles y en particular la asignatura de ANTENAS Y PROPAGACIÓN brinda una solución concreta a estas necesidades de formación en el área de las telecomunicaciones móviles, lo cual reviste una gran importancia al ser una de las áreas de desarrollo que posee el mayor impacto en la economía del país. Actualmente el país cuenta con un número creciente y muy importante de empresas de servicios de telecomunicaciones, las cuales están en constante crecimiento debido al aumento progresivo de usuarios de los sistemas móviles, quienes de igual manera exigen día a día de las empresas los nuevos servicios que son ofrecidos a nivel mundial, así como el mejoramiento de los servicios básicos, obligando a las empresas a efectuar cambios tecnológicos muy ágiles, los cuales deben ir acompañados del mejoramiento de sus estructuras organizacionales para poder competir en un mercado cada día más exigente y cambiante. Uno de los soportes fundamentales de estas empresas está constituido por los funcionarios técnicos, lo cual exige de estos profesionales una formación académica y técnica de gran nivel para afrontar un medio tan cambiante y competitivo como es el medio de las tecnologías de la información y las telecomunicaciones. El curso pertenece al conjunto de asignaturas en Ingeniería aplicada. Para realizar el curso con éxito se debe tener conocimientos en cálculo diferencial e integral, análisis vectorial, ecuaciones diferenciales, variable compleja, campos y ondas, física electromagnética.

3 II. PROGRAMACIÓN DEL CONTENIDO (El Qué? Enseñar) OBJETIVO GENERAL Proporcionar a los estudiantes las diversas competencias requeridas para el análisis, diseño y evaluación de antenas en diversas tecnologías. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al terminar el curso el estudiante debe estar en capacidad de: Comprender los conceptos básicos de la radiación electromagnética y de la interferencia de ondas. Utilizar la teoría electromagnética como herramienta en la comprensión de los fenómenos físicos asociados con las antenas, lo cual le permitirá solucionar problemas de cálculo y diseño asociados con la temática propuesta Interpretar los diferentes parámetros que permiten caracterizar una antena. Utilizar y valerse del análisis de los parámetros de una antena para determinar su aplicabilidad en un sistema de Telecomunicaciones determinado. Utilizar adecuadamente los conceptos y métodos de diseño de una antena determinada para que basados en herramientas numéricas el estudiante diseñe y optimice la antena adecuada para una aplicación determinada, juzgando la elección de la antena en base a costos, parámetros de la misma frente al Standard determinado para el sistema que la utilizará, facilidad de construcción, tamaño y facilidad de instalación Diseñar y caracterizar antenas del tipo dipolo, monopolo, yagi, logarítmica, mediante el uso de software e instrumentación especializados. Seleccionar el tipo de antena adecuado para una aplicación en sistemas como los sistemas de posicionamiento global, los satélites de comunicaciones, la telefonía móvil o las redes inalámbricas en todo el espectro electromagnético. COMPETENCIAS DE FORMACIÓN: Al finalizar el curso se espera que el estudiante haya desarrollado las siguientes competencias: Cognitivas. Capacidad para seleccionar el tipo de antena adecuado para una aplicación en sistemas como el radar, los sistemas de posicionamiento global, los satélites de comunicaciones, la telefonía móvil o las redes inalámbricas. Capacidad para modelar antenas de conductor simple.

4 Capacidad para diseñar y caracterizar antenas del tipo dipolo, monopolo, Yagi, logarítmica. Capacidad para utilizar adecuadamente los conceptos y métodos de diseño de una antena determinada para que basados en herramientas numéricas diseñe y optimice la antena adecuada para una aplicación determinada. Investigativas. Modela formalmente elementos radiantes, desarrolla formalmente el diseño de una antena mediante el uso de software especializado, caracteriza mediante la instrumentación especializada un prototipo de antena construida. Laborales. Reconoce el tipo de antena adecuado para una aplicación en sistemas como el radar, los sistemas de posicionamiento global, los satélites de comunicaciones, la telefonía móvil o las redes inalámbricas. Conoce los instrumentos comerciales existentes para medidas en telecomunicaciones y sabe utilizarlos e interpretar sus resultados para evaluar el desempeño de un sistema de telecomunicaciones. Conoce herramientas numéricas comerciales o los métodos numéricos disponibles para diseñar y construir antenas. Identifica los parámetros técnicos que permites evaluar la calidad de un sistema de Telecomunicaciones. PROGRAMA SINTÉTICO: 1. Introducción, consideraciones generales y tipos de antenas. 2. Parámetros fundamentales de las antenas. 3. Radiación de antenas de conductor simple. 4. Análisis y diseño de antenas asistido por computador. 5. Agrupaciones de antenas. 6. Bocinas, reflectores. 7. Antenas para terminales móviles. 8. Antenas para estaciones base. III. ESTRATEGIAS ( El Cómo?) Metodología Pedagógica y Didáctica: En general se debe referenciar el modelo didáctico y pedagógico al cual se suscribe la propuesta de Syllabus. Cátedra Magistral:

5 El docente hará exposiciones magistrales sobre los temas propuestos a desarrollar en la asignatura, solucionará problemas que refuercen el aprendizaje de la misma, elaborará o utilizará software comercial para simulaciones que recreen conceptos físicos o que permitan modelar y/o analizar un dispositivo, así como en el uso de Matlab como herramienta de desarrollo de Ingeniería. Al inicio de cada tema el estudiante contará con la documentación escrita respectiva, así como con material escrito complementario, al igual que una bibliografía que le permita afianzar la temática desarrollada en cada capítulo. Tareas: El estudiante complementará la información vista en clase, mediante la solución de problemas, tareas de investigación, desarrollo de software para simulaciones, uso de software comercial para diseño y optimización, todo esto encaminado a generar un ejercicio de investigación, análisis y propuesta de soluciones. De igual manera realizará investigaciones complementarias sobre temas no vistos en clase o vistos muy generalmente, lectura de artículos o material generado por el docente o por investigadores expertos en el tema. Diseño y optimización de antenas: Partiendo del modelo matemático y de software de análisis de antenas, el estudiante diseñará y optimizará antenas, en base las características deseadas. Sesiones de laboratorio: Donde: el estudiante aprenderá el uso y cuidado de la instrumentación, realizará prácticas guiadas sobre los kits de laboratorio disponibles y construirá y caracterizará los dispositivos (previamente diseñados y optimizados) propuestos como problema de estudio, cerrando de esta manera el ciclo de aprendizaje: Modelo matemático, solución de problemas, simulación, prototipaje y medida. Lecturas: El docente dejará temas para que sean indagados por los estudiantes, de tal manera que al llegar a clase puedan ser discutidos. Se planearán visitas técnicas. Tipo de Curso Hora s Horas profesor/sema na Horas Estudiante/sema na Total Horas Estudiante/seme stre Créditos TD TC TA (TD + TC) (TD + TC +TA) X 15 semanas Trabajo Presencial Directo (TD): trabajo de aula con plenaria de todos los estudiantes. Trabajo Mediado_Cooperativo (TC): Trabajo de tutoría del docente a pequeños grupos o de forma individual a los estudiantes. Trabajo Autónomo (TA): Trabajo del estudiante sin presencia del docente, que se puede

6 realizar en distintas instancias: en grupos de trabajo o en forma individual, en casa o en biblioteca, laboratorio, etc.) IV. RECURSOS ( Con Qué?) Para el desarrollo del programa, se requiere el uso de computador y programas especializados como Matlab, MMana-gal, así como de instrumentación especializada como analizador vectorial de redes, analizador de espectro, generador de señales de RF, antenas de prueba, un completo laboratorio de antenas CASY Lab II. El laboratorio de la Universidad cuenta con todos estos recursos. Adicionalmente, en las sesiones en el aula se requiere del uso de un computador, programas como Matlab, MMana-gal y un proyector de video (video beam), con los cuales también se cuenta en la Universidad. El estudiante debe diseñar, optimizar, construir y caracterizar tanto en diagrama como en impedancia un dipolo de banda ancha en las bandas de telefonía celular. BIBLIOGRAFÍA TEXTOS Guías 1. Cardama Ángel, Jofre Lluis, et al, Antenas, Alfa Omega. 2ª Ed C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, John Wiley And Sons. 3ª Ed J. D. Kraus. Antennas, McGraw- Hill, 2º Ed C. A. Suárez, Apuntes para un curso de antenas, U. Distrital, documento resultado de trabajo en sabático, : C. Suárez. Diapositivas curso: Sistemas de Telecomunicaciones II, Espacio virtual (Moodle) Universidad Distrital. TEXTOS COMPLEMENTARIOS 1. R. S. Elliot. Antenna Theory and Design. Prentice- Hall, 2º Ed W. L. Stutzman,G. A. Thiele, Antenna Theory and Design, John Wiley And Sons C. A. Suárez, Técnicas de ampliación del ancho de banda en antenas planas, Ediciones Universidad Distrital, REVISTAS

7 IEEE Trans. Antennas Propagation. IEEE antennas and wireless propagation letters. Microwave and optical technology letters. DIRECCIONES DE INTERNET /CourseHome/

8 V. ORGANIZACIÓN / TIEMPOS ( De Qué Forma?) Espacios, Tiempos, Agrupamientos: 1) Introducción, consideraciones generales, tipos de antenas e historia de las antenas. Definición, Mecanismo de Radiación, Circuito equivalente de una antena, Propagación de RF, El espectro de frecuencias, Tipos de antenas, Historia de las antenas. Tiempo: 2 sesiones. 2) Parámetros fundamentales de las antenas. Diagramas de Radiación, Densidad de Potencia Radiada, Intensidad de Radiación, Directividad y Ganancia, Eficiencia de antena y de haz, Ancho de banda, Polarización, Impedancia de entrada, Eficiencia de radiación de la antena, Adaptación, Área y longitud efectivas, Ecuación de Tx de Friis, Temperatura de antena. Tiempo: 6 sesiones. 3) Radiación de antenas de conductor simple. Dipolo elemental, Dipolo corto, distribuciones de corriente, campos radiados, densidad de potencia, resistencia de radiación, directividad, apertura efectiva. Dipolo Largo: distribuciones de corriente, campos radiados, densidad de potencia, resistencia de radiación, directividad, apertura efectiva. Antenas frente a plano de masa, monopolos, paneles: distribuciones de corriente, campos radiados, densidad de potencia, resistencia de radiación, directividad, apertura efectiva. Tiempo: 7 sesiones. 4) Análisis y diseño de antenas asistido por computador. Conceptos básicos sobre simuladores electromagnéticos, curso corto sobre manejo del simulador electromagnético MMana-Gal, ejemplo de diseño de dipolo de banda ancha, análisis y diseño de dipolos frente a plano de masa paralelos (Paneles). Tiempo: 2 sesiones. 5) Agrupaciones de antenas. Generalidades, Clasificación. Factor de agrupación. Agrupación de dos elementos. Polinomio de la agrupación, Distribuciones de corrientes, Agrupación lineal, El dipolo plegado, Antena Yagi-Uda, Antena logarítmica periódica. Tiempo: 2 sesiones. 6) Antenas de bocina, reflectores. Generalidades sobre Antenas de bocina. Bocina sectorial plano E. Expresión general para los campos en la boca de la bocina. Expresión general para los campos radiados. Directividad de una bocina sectorial plano E. Parámetros adicionales. Bocina sectorial plano H. Directividad y parámetros adicionales. Bocina piramidal, Directividad y parámetros asociados. Reflectores, Clases de reflectores. Reflector parabólico excitado en el foco, Características geométricas del reflector parabólico. Polarización cruzada. Eficiencia y directividad. Criterios de diseño para Antena parabólica. Tiempo: 7 sesiones.

9 7) Antenas para terminales móviles. Generalidades, clases de antenas usadas en los terminales, la antena plana F invertida, geometría de la antena plana F invertida, características, diagramas de radiación, directividad, técnicas de ampliación del ancho de banda y/o generación de resonancias multiples, nuevas tendencias en el diseño de antenas planas para terminales móviles, ejemplo de diseño de una antena PIFA de banda ancha. Tiempo: 2 sesiones. 8) Antenas para estaciones base. Generalidades, clases de antenas usadas en las estaciones base, estándares de diseño, conceptos de diversidad de polarización y de espacio, Electrical Downtilt, Null Fill, antenas de panel directivas, agrupaciones de dipolos de banda ancha, antenas omnidireccionales, antenas para interiores, antenas direccionales para aplicaciones especiales, antenas de banda múltiple, antenas sector múltiple, configuraciones de antenas para cobertura con diversidad de espacio con 9 antenas, configuraciones de antenas para cobertura con diversidad de polarización con 6 antenas, configuraciones de antenas para cobertura con diversidad de polarización con 3 antenas, configuraciones de antenas para cobertura con diversidad de espacio y antenas omnidireccionales, el efecto PIM. Tiempo: 2 sesiones. VI. EVALUACIÓN ( Qué, Cuándo, Cómo?) Es importante tener en cuenta las diferencias entre evaluar y calificar. El primero es un proceso cualitativo y el segundo un estado terminal cuantitativo que se obtiene producto de la evaluación. Para la obtención de la información necesaria para los procesos de evaluación se requiere diseñar distintos formatos específicos de autoevaluación, coevaluación y heteroevaluación. TIPO DE EVALUACIÓN FECHA PORCENTAJE PRIMERA NOTA Parcial escrito Es necesario tener en cuenta las fechas de parciales establecidas en el calendario académico 30%

10 Talleres en clase 10% TERCERA NOTA SEGUNDA NOTA Trabajo de diseño de antena 30% EXAM. FINAL Examen final 30% ASPECTOS A EVALUAR DEL CURSO. El docente explicita y describe los criterios a tener en cuenta al evaluar. Por ejemplo: 1. Evaluación del desempeño docente 2. Evaluación de los aprendizajes de los estudiantes en sus dimensiones: individual/grupo, teórica/práctica, oral/escrita. 3. Autoevaluación: 4. Coevaluación del curso: de forma oral entre estudiantes y docente.

11 DATOS DEL DOCENTE NOMBRE: CARLOS ARTURO SUÁREZ F. PREGRADO : INGENIERÍA ELECTRÓNICA POSTGRADO : DOCTOR EN TELECOMUNICACIONES csuarezf@udistrital.edu.co ASESORIAS: FIRMA DE ESTUDIANTES NOMBRE FIRMA CÓDIGO FECHA FIRMA DEL DOCENTE Carlos Suarez Fajardo FECHA DE ENTREGA: Julio 2013