UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESTUDIO TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA 1549 5º 11 Asignatura Clave Semestre Créditos Ingeniería Eléctrica Ingeniería en Telecomunicaciones Ingeniería Eléctrica Electrónica División Departamento Carrera en que se imparte Asignatura: Horas: Total (horas): Obligatoria X Teóricas 4.5 Semana 6.5 Optativa Prácticas 2.0 16 Semanas 104.0 Modalidad: Curso, laboratorio Seriación obligatoria antecedente: Ninguna. Aprobado: Fecha: Consejo Técnico de la Facultad 25 de febrero, 17 de marzo y 16 de junio de 2005 Consejo Académico del Área de las Ciencias 11 de agosto de 2005 Físico Matemáticas y de las Ingenierías Seriación obligatoria consecuente: Ninguna. Objetivo(s) del curso: El alumno comprenderá y analizará las ecuaciones de Maxwell y sabrá aplicarlas en la propagación de las ondas electromagnéticas en diferentes medios. El alumno comprenderá los fundamentos de la teoría de antenas. Temario NÚM. NOMBRE HORAS 1. Conceptos fundamentales y ecuaciones Maxwell 12.0 2. Ondas electromagnéticas 13.0 3. Reflexión y refracción de ondas electromagnéticas 12.0 4. Líneas de transmisión 18.0 5. Introducción a antenas 17.0 72.0 Prácticas de laboratorio 32.0 Total 104.0
TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA (2 / 5) 1 Conceptos fundamentales y ecuaciones de Maxwell Antecedentes: Cálculo Vectorial y Electricidad y Magnetismo. Objetivo: El alumno comprenderá y analizará las leyes fundamentales que describen el comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos que forman la base de las ecuaciones de Maxwell. 1.1 Campo eléctrico. Ley de Gauss (forma diferencial e integral) 1.2 Potencial eléctrico. Dipolo eléctrico. Capacitancia 1.3 Corriente eléctrica (conducción y convección). Ley de Ohm en forma puntual 1.4 Ley de Ampere (forma diferencial e integral) 1.5 Ley de Gauss para campos magnéticos (forma diferencial e integral). Potenciales magnéticos 1.6 (escalar y vectorial) 1.7 Ley de Faraday (forma diferencial e integral) 1.8 Principio de conservación de la carga y ecuación de continuidad. Corriente de desplazamiento 1.9 Ecuaciones de Maxwell para campos eléctricos y magnéticos estáticos y variables en el tiempo 2 Ondas electromagnéticas Objetivo: El alumno deducirá las ecuaciones de onda a partir de las ecuaciones de Maxwell y determinará las características de diferentes medios. 2.1 Ecuaciones de onda para el espacio libre y para medios homogéneos isotópicos y lineales (medio sin pérdidas y medio con pérdidas) 2.2 Campos que varían sinusoidalmente en el tiempo: favores; ecuaciones de Maxwell y ecuaciones de onda en su forma fasorial; propagación de ondas planas en el espacio libre, en un medio sin pérdidas y en un medio con pérdidas (impedancia intrínseca, constantes de propagación, fase y atenuación, velocidades de fase y de grupo, profundidad de penetración); clasificación de los medio con pérdidas (factor de disipación o tangentes de pérdidas, buenos dieléctricos y buenos conductores) 2.3 Vector de Poynting 2.4 Polarización de ondas electromagnéticas 3 Reflexión y refracción de ondas electromagnéticas Objetivo: El alumno aplicará los conceptos relacionados con la propagación de las ondas electromagnéticas para analizar los fenómenos de reflexión y refracción que surgen cuando éstas inciden en la frontera entre dos medios.
TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA (3 / 5) 3.1 Condiciones de frontera 3.2 Reflexión de ondas planas que inciden normalmente en un medio: coeficientes de reflexión y transmisión; ondas estacionarias; relación de onda estacionaria (S. W. R.); coeficiente de reflexión generalizado; impedancia de entrada. 3.3 Incidencia normal en varios dieléctricos colocados paralelamente; métodos de análisis, técnicas para evitar reflexiones (ventana dieléctrica de ½λ y capa de ¼λ). 3.4 Ondas planas orientadas arbitrariamente: ondas en 1D, 2D y 3D 3.5 Reflexión de ondas planas que inciden oblicuamente: Leyes de la reflexión y la refracción (Snell); incidencia oblicua en un conductor; incidencia oblicua en un dieléctrico (coeficiente de reflexión y de transmisión), leyes de Fresnell, ángulo de Brewster, ángulo crítico y reflexión interna total. 3.6 Impedancia de Superficie. 4 Líneas de transmisión Objetivo: El alumno comprenderá los conceptos y parámetros asociados a estructuras conductoras y dieléctricas que se emplean para guiar ondas electromagnéticas de un lugar a otro. 4.1 Parámetros distribuidos de las líneas de transmisión 4.2 Teoría de la línea de transmisión uniforme: 4.2.1 Línea infinita, 4.2.2 Línea terminada en cualquier carga, línea en circuito abierto y corto circuito 4.3 Utilización de Carta Smith 4.4 Cálculo de líneas de transmisión utilizando Carta Smith 4.5 Ondas TEM, TE y TM en las líneas de transmisión 4.6 Guía de onda rectangular. Modos de propagación y propiedades básicas 4.7 Cable coaxial. Onda TEM. Ondas de alto orden 4.8 Líneas cinta y microcinta 5 Introducción a antenas Objetivo: El alumno comprenderá los conceptos y parámetros asociados a antenas. 5.1 Diagrama estructural y circuito equivalente de una antena 5.2 Potencial vectorial de las corrientes eléctricas. Campo electromagnético radiado por una antena en la zona lejana. 5.3 Radiación del dipolo. Potencia radiada, resistencia de radiación, eficiencia, directividad y ganancia 5.4 Antenas en régimen de recepción. Área efectiva y longitud efectiva. Acoplamiento de polarizaciones.
TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA (4 / 5) 5.5 Formula de FRIIS para transmisión de potencia entre las antenas. 5.6 Antenas de reflector parabólico y sus parámetros Bibliografía básica: WENWORTH, Stuart M. Fundamentals of Electromagnetics with Engineering Applications John Wiley and Sons, 2004 SADIKU, Matthew N. Elements of Electromagnetics Oxford Oxford University Press, 2000 Temas para los que se recomienda: HAYT, William H., BUCK, John A. 1, 2, 3 y 4 Engineering Electromagnetics 6a edición McGraw-Hill, 2001 IDA, Nathan Engineering Electromagnetics Springler Verlag, 2004 RAO, Nannapaneni Narayana 1, 2, 3 y 4 Elements of Engineering Electromagnetics Pearson Education, 2004 ESCOBAR, S. L., CORTES, S. O. Fundamentos de Teoría Electromagnética México Facultad de Ingeniería, UNAM, 2004 Bibliografía complementaria: GURU, Bhag S., HIZIROGLU, Huseyin R., HZOGLU, Huseyin R. Electromagnetic Field Theory Fundamentals Thomson Learning, 1997 BALANIS, Constantine A. 1, 2, 3 y 4 Advanced Engineering Electromagnetics John Wiley and Sons, 1989
TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA (5 / 5) JHON, T. A. Engineering Electromagnetics Fields an Waves 2a edición John Wiley and Sons, 1988 Sugerencias didácticas: Exposición oral X Lecturas obligatorias X Exposición audiovisual X Trabajos de investigación X Ejercicios dentro de clase X Prácticas de taller o laboratorio X Ejercicios fuera del aula X Prácticas de campo Seminarios Otras Forma de evaluar: Exámenes parciales X Participación en clase X Exámenes finales X Asistencias a prácticas X Trabajos y tareas fuera del aula X Otras Perfil profesiográfico de quienes pueden impartir la asignatura Licenciatura en Ingeniería, Física o carreras afines cuya carga académica en el área sea similar a éstas. Deseable con estudios de posgrado o el equivalente de experiencia profesional en el área de su especialidad y recomendable con experiencia docente o con preparación en los programas de formación docente de la Facultad en la disciplina y en didáctica.