Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

El objetivo de esta asignatura es proporcionar a los estudiantes una visión panorámica de la propagación y radiación de ondas electromagnéticas y acústicas en medios guiados y no guiados, dando algunas directrices al respecto de sus diferentes tipos de emisores y receptores.

Se pretende dar una visión básica y general del fenómeno de radiación electromagnética, definiendo por una parte los parámetros básicos que se utilizan para especificar dicha radiación y presentando por otra los tipos de antenas más comúnmente utilizados. Se introducen también los modelos físicos de propagación de las ondas electromagnéticas en los distintos entornos en que tiene lugar la comunicación por ondas de radio. Además, se definirán los modelos de líneas de transmisión y guías de onda que son de tanta importancia para la transmisión de información. Se definirá la ecuación de transmisión que permita al estudiante ser capaz de calcular un balance de potencias de un enlace de comunicaciones entre dos puntos.

Por último, se definirán los conceptos básicos de emisores y receptores de audio, así como sus propiedades y características fundamentales.

 

De forma muy esquemática se podrían apuntar los siguientes contenidos:

 

• Definición de líneas de transmisión y guía de ondas; sus parámetros fundamentales y su significado físico. 

• Fundamentos básicos de la radiación electromagnética y acústica.

• Parámetros fundamentales de antenas: propiedades, características, valores típicos, prestaciones, etc.

• Propagación electromagnética: tipos de propagación: reflexión, refracción; características fundamentales.

• Diseño de enlaces sencillos de comunicaciones entre dos puntos.

• Conceptos básicos de emisores y receptores acústicos. Propiedades fundamentales y características típicas.

Aspecto	Criterios	Instrumento de Evaluación	Peso Aprox.(%)
Competencias G3, G7, CB5, 2.8	Realización correcta de los ejercicios y de las cuestiones teóricas	Pruebas de respuesta larga	80
Competencias G2, G4, G7, 2.8	Realización correcta de problemas o casos prácticos en laboratorio por grupos de trabajo. Entrega de las memorias en los plazos y formatos acordados.	Trabajos e informes  Pruebas e informes de trabajo experimental	20

Parte A: Ondas acústicas

 

Tema 1. La ecuación de onda acústica en tres dimensiones

1.1 La ecuación de estado

1.2 La ecuación de continuidad

1.3 La ecuación de Euler

1.4 La ecuación de onda linealizada

1.5 Velocidad de propagación

 

Tema 2. Soluciones simples de la ecuación de onda

2.1 Ondas planas

2.2 Ondas esféricas

2.3 Impedancia acústica

2.4 Densidad de energía e intensidad acústica

 

Tema 3. Sonido y audición. Medida del sonido: dB y dBA.

3.1 Características de la audición humana

3.2 Sonido y niveles sonoros. NPS, NIS, NWS.

3.3 Redes de ponderación. dBA

 

Tema 4. Reflexión, transmisión, difracción y absorción de ondas acústicas.

4.1 Reflexión y transmisión en cambio de medios.

4.2 Reflexión y transmisión por interposición de un tercer medio.

4.3 Pérdida por transmisión. Índices de aislamiento. Legislación y normativa.

4.4 Difracción de ondas acústicas.

4.5 Absorción de ondas acústicas.

 

Tema 5. Analogías electro-mecano-acústicas

5.2 Aproximación de elementos acústicos concentrados.

5.3 Resonador de Helmholtz.

5.4 Analogías entre sistemas mecánicos, acústicos y eléctricos

 

Tema 6. Radiación de ondas acústicas.

6.1 Fuente puntual esférica. Fuerza de radiación.

6.2 Altavoces lineales y de pistón.

6.3 Eficiencia, nivel de fuente, patrón de emisión y directividad de fuentes acústicas.

 

 

Parte B: Ondas electromagnéticas

 

Tema 0. Introducción

Objetivos. Espectro electromagnético.

Particularidades y aplicaciones de las distintas zonas del espectro E.M.

Temario.

 

Tema 1. Ondas en líneas de transmisión

1.1. Líneas de transmisión. Estudio en el dominio del tiempo.

Estudio mediante voltaje y corriente. Ecuaciones del telegrafista. Velocidad de propagación. Impedancia característica. Coeficientes de reflexión y transmisión.

1.2. Estudio en el dominio de la frecuencia. Régimen permanente sinusoidal.

Fasores en régimen permanente. Constante de fase. Velocidad de fase. Longitud de onda. Impedancia de entrada de la línea de transmisión. Coeficiente de reflexión a lo largo de la línea de transmisión. Ondas estacionarias. Relación de onda estacionaria.

1.3. Adaptación de impedancias.

Potencia media transportada. Transformador l/4. Carta de Smith. Redes de adaptación con un stub.

1.4. Modelo generalizado de línea de transmisión. Líneas con pérdidas.

1.5. Velocidad de propagación de una onda. Velocidad de fase. Velocidad de grupo. Dispersión.

 

Tema 2. Ondas electromagnéticas planas

2.1. Revisión de las ecuaciones de Maxwell.

Variables fundamentales. Dieléctricos. Materiales magnéticos. Conductores.

Ecuaciones de Maxwell en forma integral y diferencial.

2.2. Ondas electromagnéticas planas en dieléctricos ideales.

Estudio en el dominio del tiempo. Velocidad de propagación de la onda.

Régimen permanente sinusoidal. Fasores. Número de onda. Longitud de onda. Velocidad de fase. Impedancia intrínseca del medio. Densidad de potencia transportada por la onda. Polarización de la onda: lineal, circular, elíptica.

2.3. Cambios de medio.

2.3.1. Condiciones de contorno en la interfaz entre dos medios.

2.3.2. Incidencia normal sobre conductores perfectos.

2.3.3. Incidencia normal sobre dieléctricos.

2.3.4. Incidencia oblicua sobre conductores perfectos.

2.3.5. Incidencia oblicua sobre dieléctricos.

Leyes de Snell. Ecuaciones de Fresnel. Ángulo de Brewster. Reflexión total sobre dieléctricos.

 

Tema 3. Guías de onda

3.1. Estructuras para el guiado de ondas electromagnéticas. Guías de onda metálicas y dieléctricas.

3.2. Ondas guiadas y modos. Propiedades y tipos.

Base ortogonal. Modos TEM, TE, TM e híbridos.

3.3. Modos TEM.

Voltaje y corriente en modos TEM. Estudio como línea de transmisión. Velocidad de propagación. Constante de fase. Impedancia de onda.

3.4. Modos TE y TM.

Estudio en la guía de planos conductores paralelos.

Ángulo de Brillouin del modo. Comportamiento paso alto. Frecuencia de corte. Regiones de propagación y atenuación. Constante de fase. Velocidad de fase. Velocidad de grupo. Longitud de onda en la guía. Modos TE, TM. Impedancia de onda.

3.5. Guía de onda rectangular y circular.

Guías de onda conductoras con dieléctrico homogéneo.

Guía rectangular. Modos. Expresión para sus números de onda de corte.

Guía circular. Modos. Expresión para sus números de onda de corte.

Modo fundamental. Operación monomodo.

 

Tema 4. Antenas y propagación no guiada

¿Qué es una antena?

4.1. Estructuras básicas para la implementación de antenas.

Mecanismo de radiación.

4.1.1. Antenas de hilo.

Antena dipolo. Antena monopolo. Antena Yagi-Uda. Ejemplos prácticos y aplicaciones.

4.1.2. Antenas de bocina.

Antena de bocina rectangular (piramidal). Antena de bocina circular (cónica). Antenas con reflectores. Ejemplos prácticos y aplicaciones.

4.1.3. Antenas impresas.

Dipolo impreso. Antena parche. Agrupaciones de antenas. Ejemplos prácticos y aplicaciones.

4.1.4. Técnicas para el aumento de la directividad.

4.2. Parámetros de antena en transmisión.

Impedancia de entrada. Campos radiados por la antena en zona de campo lejano. Diagrama de radiación. Directividad. Ganancia. Polarización.

4.3. Parámetros de antena en recepción.

Teorema de reciprocidad. Impedancia de salida. Área efectiva. Eficiencia de apertura.

4.4. Ecuación de transmisión (fórmula de Friis).

Potencia Isotrópica Radiada Equivalente (PIRE). Potencia disponible en la antena receptora.

Parte A: Ondas acústicas

- Apuntes del Profesor

- Fahy, Frank; Foundations of engineering acoustics; Ed.: Elsevier, Londres, 2001.

- Allan D. Pierce; Acoustics; Ed.:Acoustical Society of America

- Thomas D. Rossing (Ed.); Handbook of acoustics; Ed.: Springer, N.Y., 2007.

 

 

Parte B: Ondas electromagnéticas

 

- Para líneas de transmisión:

Javier Bará, “Circuitos de microondas con líneas de transmisión”, Edicions UPC, 1994

 

Vicente E. Boria Esbert, “Líneas de transmisión”, Editorial Universidad Politécnica de Valencia, 2002

 

- Para ondas electromagnéticas:

Javier Bará, “Ondas electromagnéticas en comunicaciones”, Edicions UPC, 2001

 

Federico Dios Otín, David Artigas García, Jaume Recolons Martos, “Campos electromagnéticos”, Edicions UPC, 2001

 

- Para antenas y propagación no guiada:

Ángel Cardama, Lluís Jofre, Juan Manuel Rius, Jordi Romeu, Sebastián Blanch, “Antenas”, Edicions UPC, 1994

 

- General para casi toda la parte B de la asignatura:

Simon Ramo, John Whinnery, and Theodore Van Duzer, “Fields and Waves in Communication Electronics”, Third Edition, John Wiley & Sons, Inc., 1993.

 

David M. Pozar, “Microwave Engineering”, Third Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2005.