Guía Docente 2016/2017 Antenas Antennas Grado en Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación Modalidad de enseñanza presencial

10/06/2016 11:20

Universidad Católica San Antonio de Murcia – Tlf: (+34) 902 102 101 [email protected] – www.ucam.edu

Antenas

Índice Antenas ................................................................................................................................3 Breve descripción de la asignatura ...................................................................................3 Requisitos previos...............................................................................................................3 Objetivos ..............................................................................................................................4 Competencias ......................................................................................................................4 Metodología .........................................................................................................................5 Temario.................................................................................................................................6 Relación con otras materias ...............................................................................................7 Sistema de evaluación ........................................................................................................7 Bibliografía y fuentes de referencia ...................................................................................9 Web relacionadas ..............................................................................................................10 Recomendaciones para el estudio ...................................................................................10 Materiales didácticos ........................................................................................................11 Tutorías ..............................................................................................................................11

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Antenas Módulo: Especialidad. Materia: Tecnología de Antenas y Microondas. Carácter: Obligatoria. Nº de créditos: 6.0 ECTS. Unidad Temporal: 4º Curso – 1º Semestre. Profesor/a de la asignatura: Ángel J. García Collado Email: [email protected] Horario de atención a los alumnos/as: lunes, de 9.30 h. a 10.30 h. Profesor/a coordinador de módulo, materia o curso: Coordinador del Módulo: Prof. Rafael Melendreras Ruiz Coordinador del Curso Académico (4º Curso): Prof. Francisco. J. Rodríguez Martínez

Breve descripción de la asignatura La comunicación inalámbrica se efectúa por medio de campos electromagnéticos establecidos por corrientes variables en un dispositivo denominado antena, que transfiere al espacio la energía que recibe. En un punto distante, habrá otra antena sobre la cual actúan los campos, induciendo en ésta una tensión que reproduce las variaciones de las corrientes originales, hacia el receptor al que estuviera conectado. En esta asignatura se abordan de forma sistemática los distintos aspectos a cubrir en el campo de las antenas y la propagación vía radio. Para el estudiante, esta asignatura contribuye a profundizar y especializarse en el área de las comunicaciones por radio, fundamentalmente en lo relativo a los sistemas radiantes, con amplios conocimientos en análisis y diseño de antenas, y con capacidad de aplicar sus conocimientos en la realización de las tareas y a la resolución de los problemas concretos relacionados con la radiación de señales.

Brief overview of the subject Wireless communication is by means of electromagnetic fields established by varying currents in a device called an antenna, which transfers energy to the space you get. At a point distant other antenna will act upon which the fields inducing in it a voltage which reproduces the original variations of currents, to the receptor to which it is connected. This course addresses the various aspects to cover in the field of antennas and radio propagation. For students, this course helps to deepen and specialize in the area of radio communications, mainly in terms of radiant systems, with extensive knowledge in analysis and design of antennas, and the ability to apply their knowledge in performing tasks and the resolution of specific problems related to radiation signals.

Requisitos previos Para la correcta asimilación de los contenidos de esta asignatura es muy importante haber adquirido los conocimientos y competencias correspondientes a asignaturas de la Formación

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Antenas Básica Física I, Física II y Campos Electromagnéticos. Por tanto, antes del inicio de esta asignatura, el alumno deberá asegurarse la posesión de dichos conocimientos y competencias.

Objetivos Los objetivos de la asignatura son: 1. Capacidad de análisis de componentes y sus especificaciones para sistemas de comunicaciones guiados y no guiados. 2. Capacidad para la selección de circuitos, subsistemas y sistemas de radiofrecuencia, microondas, radiodifusión, radioenlaces y radiodeterminación. 3. Capacidad para la selección de antenas, equipos y sistemas de transmisión, propagación de ondas guiadas y no guiadas, por medios electromagnéticos, de radiofrecuencia u ópticos y la correspondiente gestión del espacio radioeléctrico y asignación de frecuencias.

Competencias Competencias comunes C1. Capacidad para aprender de manera autónoma nuevos conocimientos y técnicas adecuados para la concepción, el desarrollo o la explotación de sistemas y servicios de telecomunicación. C3. Capacidad para utilizar herramientas informáticas de búsqueda de recursos bibliográficos o de información relacionada con las telecomunicaciones y la electrónica. C4. Capacidad de analizar y especificar los parámetros fundamentales de un sistema de comunicaciones. C8. Capacidad para comprender los mecanismos de propagación y transmisión de ondas electromagnéticas y acústicas, y sus correspondientes dispositivos emisores y receptores. Resultados de aprendizaje RA. Configurar los equipos necesarios para efectuar medidas en antenas y realizar la medición de sus principales parámetros. RA. Simular y caracterizar el comportamiento de los sistemas radiantes formados por una o varias antenas. RA. Diseñar y simular sistemas radiantes formados por una o varias antenas. RA. Identificar los principales tipos de antenas. Analizar y comparar sus parámetros básicos. RA. Calcular y analizar los diagramas de radiación de las antenas a partir de las ecuaciones de Maxwell y de los fundamentos del electromagnetismo. RA. Calcular y analizar los parámetros de scattering a partir de las ecuaciones de Maxwell y de los fundamentos del electromagnetismo.

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Antenas RA. Analizar y comparar los parámetros básicos de un sistema de microondas. RA. Identificar y aplicar el método óptimo de síntesis de diagramas de radiación. RA. Modelar las características de propagación de un canal radio.

Metodología Metodología

Horas

Clase teórica

30.0

Clases prácticas y trabajo en grupo

13.0

Evaluación

5.0

Tutorías académicas

12.0

Estudio personal

56.5

Preparación de trabajos y ejercicios Actividades de aprendizaje virtual TOTAL

Horas de trabajo presencial

Horas de trabajo no presencial

60 horas (40 %)

90 horas (60 %)

21.0 12.5 150

60

90

Clase teórica: Exposición teórica por parte del profesor del temario de la asignatura en 30 horas. Tendrán lugar en un aula de la Universidad. Clases prácticas y trabajo en grupo: El alumno dedicará 13 horas a la realización de actividades prácticas y de seminarios grupales, a efectuar en aula y en laboratorio. Evaluación: El alumno empleará de 5 horas en la realización de exámenes presenciales. Se realizará un examen parcial de la asignatura y un examen final de la misma, así como una prueba tipo test a la finalización de cada tema. Se seguirán los criterios generales de evaluación de la Universidad. Tutorías académicas: El alumno empleará 12 horas en la asistencia a tutorías presenciales en las que se abordarán aspectos concretos de los temas desarrollados. Estudio personal: El alumno empleará 56.5 horas en el estudio del temario de la asignatura. Preparación de trabajos y ejercicios: Las prácticas y ejercicios de la asignatura presentadas en los seminarios y clases prácticas y trabajo en grupo requieren de 21 horas de trabajo no presencial por parte del alumno.

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Antenas Actividades de aprendizaje virtual: El alumno empleará 12.5 horas no presenciales en la realización del trabajo en equipo.

Temario Programa de la enseñanza teórica TEMA 1. PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE LAS ANTENAS 1.1. Introducción. Concepto de antena 1.2. Distribución de corrientes en una antena 1.3. Parámetros fundamentales de una antena 1.4. Ecuación de transmisión de Friis 1.5. Tipos de antenas TEMA 2. ANÁLISIS DE ANTENAS BÁSICAS 2.1. Introducción. Antenas lineales 2.2. El dipolo 2.3. Antenas situadas frente a tierra supuesta como conductora perfecta 2.4. Antena dipolo doblado 2.5. Antenas de lazo 2.6. El dipolo en v invertida 2.7. Otras antenas lineales 2.8. Teorema de reciprocidad TEMA 3. AGRUPACIONES DE ANTENAS 3.1. Introducción 3.2. Agrupación de dos radiadores isotrópicos en fase 3.3. Agrupaciones lineales de n radiadores 3.4. Influencia de los parámetros en el diseño de antenas 3.5. Agrupaciones uniformes 3.6. Directividad de las agrupaciones 3.7. Agrupaciones planas TEMA 4. ANTENAS DE APERTURA 4.1. Introducción 4.2. Antenas de apertura 4.3. Guía de ondas rectangular 4.4. Guía de ondas circular 4.5. Antenas con reflector parabólico

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Antenas 4.6. Lentes 4.7. Antenas microstrip Programa de la enseñanza práctica Seminario 1 (1 hora). Tema 1: ejercicios y planteamientos prácticos referentes a los aspectos y conceptos presentados en el tema 1 de la asignatura. Seminario 2 (2 horas). Tema 2: ejercicios y planteamientos prácticos referentes a los aspectos y conceptos presentados en el tema 2 de la asignatura. Seminario 3 (2 horas). Tema 3: ejercicios y planteamientos prácticos referentes a los aspectos y conceptos presentados en el tema 3 de la asignatura. Seminario 4 (2 horas). Tema 4: ejercicios y planteamientos prácticos referentes a los aspectos y conceptos presentados en el tema 4 de la asignatura. Práctica 1 (2 horas). Dipolo en λ/2. Descripción del sistema de formación ED-3200 y manejo del mismo. Medida experimental de un dipolo de media longitud de onda a 500 MHz. Práctica 2 (1.3 horas). Diseño y simulación de una antena dipolo frente a reflector. Mediante el uso del simulador de antenas Antenna Magus. Práctica 3 (2 horas). Diagramas de radiación de dipolo en λ/2 y de Yagi-Uda. Mediante el uso del sistema ED-3200. Medida experimental de diagramas de radiación de diferentes antenas. Práctica 4 (1.3 horas). Diseño y simulación de una antena de bocina. Mediante el uso del simulador de antenas Antenna Magus. Práctica 5 (2 horas). Diagramas de radiación de bocinas. Mediante el uso del sistema ED-3200. Medida experimental de diagramas de radiación de antenas de bocina. Tanto el equipamiento de laboratorio como el software de simulación están disponibles en el Laboratorio de Antenas y Microondas.

Relación con otras materias Antenas está relacionada con Microondas (cuarto curso) y con los contenidos impartidos en asignaturas del Módulo de Formación Básica como Física I y Física II (primer curso), Campos Electromagnéticos (segundo curso) y con la asignatura del Módulo de Formación Común Radiocomunicaciones (tercer curso).

Sistema de evaluación Convocatoria de Febrero/Junio El sistema de evaluación constará de los siguientes puntos:

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Antenas 1. Trabajos, problemas y prácticas: Forman parte de este ítem las actividades desarrolladas en los seminarios teórico-prácticos, los trabajos en equipo y los mecanismos de tutorización. Podrán ser de realización individual o en grupo y tener un carácter teórico o práctico. El total de los documentos y actividades realizados por el alumno se puntuará entre 0 y 10. Se valorará: • • •

Formato, presentación, estructura y legibilidad de los documentos y presentaciones. Medios empleados y fuentes bibliográficas consultadas para su elaboración. Calidad y profundidad de los contenidos, así como los resultados y las conclusiones extraídas.

Se establece una nota de corte de 4.0 puntos. 2. Primera prueba parcial: Forma parte de este ítem la evaluación, que siguiendo el sistema general de evaluación de la Universidad, se realizará aproximadamente a mitad del cuatrimestre (prueba parcial). El alumno que la supere no volverá a examinarse de los contenidos específicos que se evalúen en la misma, y se guardará su nota para la siguiente convocatoria del curso académico (convocatoria de Septiembre) si la nota alcanzada es, o está por encima, de 5.0 puntos. Será puntuado entre 0 y 10. Se valorará: • • •

Claridad en la exposición de los conceptos teóricos exigidos. Forma en que se plantea el ejercicio que se debe desarrollar. Resolución correcta del ejercicio.

Se establece una nota de corte de 4.0 puntos. 3. Prueba final-segunda prueba parcial: Forma parte de este ítem la evaluación, estará estructurada en dos partes, una correspondiente a segunda prueba parcial y otra a la reválida de la primera. Los alumnos que hayan superado la primera prueba parcial sólo tendrán que examinarse de la segunda. Se guardará su nota para la siguiente convocatoria del curso académico (convocatoria de Septiembre) si la nota alcanzada es, o está por encima, de 5.0 puntos. Cada parte se puntuará entre 0 y 10. Se establece una nota de corte de 4.0 puntos. El rango de las ponderaciones para cada uno de los puntos anteriores será el siguiente: • • •

Trabajos, problemas y prácticas: 20% Primera prueba parcial: 40% Segunda prueba parcial: 40%

Para poder superar la asignatura será necesario obtener al menos una nota de 4 en cada uno de los ítems anteriores y un 5 en la media ponderada de sus valores. Los detalles sobre el sistema de evaluación se encuentran recogidos en la normativa general de universidad. Se tendrá presente la actitud del alumno a lo largo de las clases presenciales, de forma que se valorará de forma positiva la participación, elaboración de ejercicios planteados, presentación y defensa de los mismos en clase, etc. Esta valoración será incluida en la parte de trabajos y prácticas.

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Antenas Convocatoria de Septiembre: Se evaluará de forma idéntica a la descrita para la convocatoria de Febrero/Junio, pero, en caso de no superar la asignatura, no se guardará ninguna nota para sucesivas convocatorias. Modalidad de Recuperación: Aquellos alumnos matriculados en modalidad de recuperación tendrán una única prueba, que podrá ser única o estar formada por dos partes, sin que se requiera la obtención de una nota de corte en cada una de ellas. Asimismo, podrán participar en los elementos de evaluación los trabajos, problemas y prácticas realizados de forma similar a los alumnos matriculados en la modalidad de Evaluación Continua. En este caso, el rango de las ponderaciones para cada uno de los puntos anteriores será el siguiente: • •

Trabajos, problemas y prácticas: 20% Prueba final: 80%

En caso de que el alumno decida no hacer uso de los elementos de evaluación adicionales a la prueba final, la calificación del alumno coincidirá exclusivamente con la obtenida en dicha prueba final.

Bibliografía y fuentes de referencia Bibliografía básica A. Cardama et al. "Antenas". Ediciones UPC, 1998. (Temas 1, 2, 3 y 4) C.A. Balanis, "Antenna Theory. Analysis and Design", Ed. Wiley, 1997. (Temas 1, 2, 3 y 4) W.L. Stutzman, G.A. Thiele. “Antenna Theory and Design”, Ed. Wiley, 1981. (Temas 1, 2, 3 y 4) Bibliografía complementaria D.K. Cheng, "Fundamentos de Electromagnetismo para Ingeniería", México Addison Wesley Longman 1998. S. Drabowitch et al., "Modern Antennas". Chapman & Hall 1998. R.S. Elliot, "Antenna Theory and Design". Prentice Hall, 1981. R.E. Collin, "Antennas and Radiowave Propagation". Mc Graw Hill, 1985. Krauss, J.D. “Antennas”. McGraw Hill Inc. 1988.

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Web relacionadas http://www.upv.es/antenas/ Página web de la asignatura de Antenas de la Universidad Politécnica de Valencia. http://www.gr.ssr.upm.es/docencia/grado/antenas/ Página web de la asignatura de Antenas de la Universidad Politécnica de Madrid. http://ocw.upm.es/teoria-de-la-senal-y-comunicaciones-1/radiacion-y-propagacion/material-de-clase Página web open course con contenidos directamente relacionados con los impartidos en clase. http://www.ikusi.es Pagina web de la empresa IKUSI - Ángel Iglesias S.A. en la que se ofrece documentación técnica detallada de sus productos http://www.televes.es Pagina web de la empresa Televés S.A. en la que se ofrece documentación técnica detallada de sus productos

Recomendaciones para el estudio Las recomendaciones básicas para estudiar la materia consisten en primer lugar en disponer de los conocimientos de base para iniciar su estudio. Por este motivo, es conveniente que el alumno haya superado las asignaturas previas indicadas en el apartado de “Relación con otras materias”. En segundo lugar se anima a los estudiantes a seguir un estudio continuado de la materia con el fin de poder ir asimilando conocimientos. El estudio y asimilación de cada jornada docente deberá realizarse antes de la siguiente clase y complementado con la realización de los problemas y cuestiones propuestas. Como tiempo de estudio, se propone como mínimo un tiempo de estudio de igual al de las horas de clase de la asignatura. Por este motivo, el punto clave para superar la asignatura con éxito, es “comprender” la materia y no tanto su “memorización”. En caso de dudas o cuestiones, el estudiante debe preguntar al profesor bien en clase, en el horario de atención al alumno o bien telemáticamente. Como regla general una duda resuelta evita cinco interrogantes en el futuro. Se recomienda al alumnado la asistencia a las tutorías para la exposición de dudas. Se recomienda la participación activa en los mecanismos de tutorización. Las prácticas deben ser realizadas por el alumno, y siempre con el objetivo claro de relacionar los ejercicios prácticos con los conocimientos teóricos a asimilar. Por último, y con respecto a la asistencia, aunque se fijan unos mínimos en teoría y práctica, se recomienda a los alumnos la asistencia a la totalidad de las jornadas teóricas y prácticas de la asignatura.

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Materiales didácticos Se precisa acceso a internet y las herramientas ofimáticas habituales. Cada tema será presentado en un documento pdf disponible desde el Campus Virtual, que será ampliado y comentado en las clases presenciales y resto de actividades presenciales. Para la realización de las sesiones prácticas de laboratorio se hará uso del equipo didáctico entrenador de antenas ED3200, consistente en un sistema completo de transmisor, receptor y sistemas de posicionamiento de antenas (500 MHz, 2 GHz y 10 GHz). Este equipamiento dispone de un conjunto amplio de antenas (de hilo, arrays, de apertura, microstrip, etc.) con las que se respaldará experimentalmente los contenidos impartidos en la asignatura. Así mismo, se hará uso del software Antenna Magus para la realización de simulaciones de antenas y el análisis de los parámetros más significativos de las mismas.

Tutorías Las tutorías se dedicarán a reforzar los conceptos y a comprobar que el alumno asimila todo lo explicado en las clases magistrales. Los objetivos formativos planteados para la tutoría son: •

Orientación sobre los contenidos de la asignatura, los sistemas de evaluación y la metodología de enseñanza-aprendizaje, así como su vincula con otras materias y con el ejercicio profesional.

•

Seguimiento y evaluación de trabajos, problemas y ejercicios planteados como horas de trabajo no presencial.

•

Aclaración de dudas personales sobre los contenidos de la asignatura, memorias de las prácticas, trabajos o ejercicios planteados. Para cubrir estos objetivos se planificarán las siguientes actividades formativas: •

Presentación inicial de la asignatura, sistema evaluación y metodología.

•

Reunión por grupos para realizar seguimiento del trabajo y ejercicios planteados.

•

Exposición grupal de los trabajos con pregunta, debate y evaluación por parte del alumnado y profesorado.

•

Sesión de refuerzo al final de cada tema con la aclaración de dudas personales y repaso de los conceptos importantes. Este proceso de formación requiere de los adecuados sistemas de evaluación, cuyas herramientas y criterios principales son: •

Asistencia a las sesiones de tutorías.

• Seguimiento personal sobre realización de consultas y participación activa en la sesión. Iniciativa, creatividad y toma de decisiones a la hora de resolver los trabajos o problemas planteados.

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