Universidad Pública de Navarra



Año Académico: 2015/2016 | Otros años:  2017/2018  |  2016/2017 
Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación por la Universidad Pública de Navarra
Código: 73084 Asignatura: Tecnologías de antenas y radiopropagación
Créditos: 6 Tipo: Optativa Curso: 2 Periodo: 1º S
Departamento: Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Profesores
TENIENTE VALLINAS, JORGE (Resp)

Partes de este texto:

 

Módulo/Materia

La asignatura de Tecnologías de Antenas y Radiopropagación pertenece al módulo de especialización en Comunicaciones Avanzadas y se imparte en el 3er semestre del Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. Tiene carácter optativo ya que cada estudiante deberá elegir uno de los 4 módulos de especialización disponibles. El módulo consta de 30 créditos ECTS y se componen de 5 asignaturas de 6 créditos cuyos contenidos dan continuidad a la formación avanzada en materia de telecomunicaciones impartida por el centro desde hace más de 20 años. Dentro de dicho módulo se abordan las redes inalámbricas y ópticas de última generación, así como el diseño de equipos y subsistemas de comunicaciones, materia está última donde estaría englobada la asignatura de Tecnologías de Antenas y Radiopropagación.

 

Modulo: Especialización en Comunicaciones Avanzadas.

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Descriptores

Manejo de herramientas software para análisis y diseño de antenas de bocina, reflectores y componentes en guía de onda asociados a los sistemas transmisores / receptores. Capacidad para desarrollar sistemas avanzados de antenas para comunicaciones.

Medida de antenas, campos de medida (campo lejano, campo cercano, rangos compactos) e instrumentación de medida, medida de ganancia, directividad, diagrama de radiación, impedancia y polarización.

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Competencias genéricas

CG1. Capacidad para proyectar, calcular y diseñar productos, procesos e instalaciones en todos los ámbitos de la ingeniería de telecomunicación.

CG4. Capacidad para el modelado matemático, cálculo y simulación en centros tecnológicos y de ingeniería de empresa, particularmente en tareas de investigación, desarrollo e innovación en todos los ámbitos relacionados con la Ingeniería de Telecomunicación y campos multidisciplinares afines.

CG7. Capacidad para la puesta en marcha, dirección y gestión de procesos de fabricación de equipos electrónicos y de telecomunicaciones, con garantía de la seguridad para las personas y bienes, la calidad final de los productos y su homologación.

CB6. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

CB7. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

CB9. Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

CB10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

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Competencias específicas

CE2 - Capacidad para desarrollar sistemas de radiocomunicaciones: diseño de antenas, equipos y subsistemas, modelado de canales, cálculo de enlaces y planificación.

CE3 - Capacidad para implementar sistemas por cable, línea, satélite en entornos de comunicaciones fijas y móviles.

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Resultados aprendizaje

Cuando termina la formación, el estudiante es capaz de:

  • Diseñar sistemas avanzados de antenas.
  • Manejar los simuladores de antenas del mercado.
  • Aplicar conocimientos avanzados de dispositivos y componentes de alta frecuencia.
  • Diseñar subsistemas de comunicaciones de alta frecuencia.
  • Desarrollar un sistema de comunicaciones de alta frecuencia.

Utilizar simuladores electromagnéticos de componentes y dispositivos de alta frecuencia.

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Metodología

Metodología - Actividad
Horas Presenciales
Horas no presenciales
A-1 Clases expositivas/participativas
 15
 
A-2 Prácticas
 50
 10
A-3 Debates, puestas en común, tutoría grupos
 3
 
A-4 Elaboración de trabajo
 
 10
A-5 Lecturas de material
 5
 10
A-6 Estudio individual
 
 45
A-7 Exámenes, pruebas de evaluación
 
 
A-8 Tutorías individuales
 2
 
 
 
 
Total
 75
 75

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Relación actividades formativas-competencias

Competencia
Actividad formativa
 CG1, CG4, CB6, CE2, CE3
 A-1 Clases expositivas /participativas
 CG1, CG4, CG7, CB6, CB7, CE2, CE3
 A-2 Prácticas
 CG1, CG4, CG7, CB6, CB7, CB9, CB10, CE2, CE3
 A-3 Debates, puestas en común, tutoría grupos
 CG1, CG4, CG7, CB6, CB7, CB9, CB10, CE2, CE3
 A-4 Elaboración de trabajo
 CG1, CG4, CG7, CB6, CB7, CB10, CE2, CE3
 A-5 Lecturas de material
 CG1, CG4, CG7, CB6, CB7, CB9, CE2, CE3
 A-6 Estudio individual
 CG1, CG4, CG7, CB6, CB7, CB9, CE2, CE3
 A-8 Tutorías individuales
 
 

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Idiomas

La asignatura se imparte en castellano, pero es muy recomendable el conocimiento de inglés a nivel de lectura para manejar los simuladores electromagnéticos y la bibliografía.

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Evaluación

Aspecto
 
Criterios
 
Instrumento de evaluación
 
Peso (%)
 
 Trabajo individual 
 Creatividad, iniciativa, entusiasmo y grado de implicación conocimientos adquiridos
 Evaluación continua
 50 %
 Trabajo en grupo  Creatividad, iniciativa, entusiasmo y grado de implicación conocimientos adquiridos
 Evaluación continua
 50 %
 
 
 
 
   
 
 

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Contenidos

 

“Tecnologías de Antenas y Radiopropagación”, arranca con un repaso de los conceptos de guías de ondas, antenas de bocina y reflectores.

Se procederá posteriormente a la introducción al software de análisis modal Mician Microwave Wizard. Una vez aprendido el manejo del software que se complementara con una primera práctica, se pasará a diseñar antenas de bocina corrugadas, antenas de bocina de perfil liso tipo “spline” y antenas de bocina piramidales con el uso del software.

Posteriormente se introducirá el software de elementos finitos Ansys HFSS. Una vez aprendido el manejo del software que se complementara con una práctica, se simulará el comportamiento de las antenas de bocina corrugadas, de perfil liso tipo “spline” y piramidales previamente diseñadas en las prácticas anteriores.

Se continuará diseñando componentes necesarios en la tecnología de guías de ondas como son un twist, un codo, una transición rectangular a circular y una transición coaxial a guía de onda rectangular. Todos ellos serán testeados a posteriori con el software Ansys HFSS.

Más adelante se diseñarán componentes necesarios en comunicaciones para separar las polarizaciones como son los ortomodos y los polarizadores comprobándose a su vez su funcionamiento en Ansys HFSS a posteriori.

Se continuará con el diseño de un acoplador direccional, un filtro simple y un diplexor para separar bandas de frecuencias.

Por último, para acabar con la herramienta de diseño de análisis modal se utilizarán varios de los circuitos anteriores y se ensamblaran juntos para ver su comportamiento en conjunto.

A partir de aquí se introducirá el software de análisis de problemas con reflectores GRASP de Ticra. Una vez comprendido como funciona se diseñara un reflector Cassegrain usando los campos radiados del sistema completo diseñado con anterioridad.

Por último se introducirá a la problemática de la medida de antenas y se medirá una antena de bocina en la cámara anecoica de la UPNA.

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Temario

TEMA 0: Introducción a las Tecnologías de Antenas y Radiopropagación.

Contenidos:

0.1. Presentación del Profesor.

0.2. Presentación de la asignatura.

0.2.1. Objetivos generales de la asignatura.

0.2.2. Relación de la asignatura con otras asignaturas de la titulación.

0.2.3. Temario.

0.2.4. Planificación de la asignatura.

0.2.5. Criterios de evaluación.

0.2.6. Bibliografía de la asignatura.

Duración: 1 hora.

 

TEMA 1: Introducción. Repaso de Conceptos Básicos.

Contenidos:

1.1. Guías de onda. Tipos, Ondas Guiadas y Modos.

1.2. Antenas de bocina.

1.3. Reflectores.

Duración: 4 horas

 

TEMA 2: Diseño de componentes en guía de onda con análisis modal (software Mician Microwave Wizard)

Contenidos:

2.1. Introducción al software Mician Microwave Wizard

2.2. Análisis Modal (mode matching techniques).

2.3. Combinación de matrices de parámetros de scattering.

2.4. Conceptos de análisis: simetrías, frecuencia de corte.

2.5. Análisis Modal con 2D-FEM

Duración: 2 horas

 

TEMA 3: Comprobación del correcto funcionamiento de componentes en guía de onda con elementos finitos (software Ansys HFSS)

Contenidos:

3.1. Introducción al software Ansys HFSS (High Frequency Structure Simulator).

3.2. Método de los Elementos Finitos (FEM).

3.3. Dibujo del modelo / geométrica.

3.4. Asignación de las condiciones de contorno.

3.5. Asignación de excitaciones.

3.6. Preparación y resolución del problema electromagnético.

3.7. Postprocesado

Duración: 2 horas

 

TEMA 4: Diseño de reflectores a partir de los resultados obtenidos con análisis modal y elementos finitos (software Ticra GRASP)

Contenidos:

4.1. Introducción al software GRASP de Ticra.

4.2. Definición de los sistemas de antenas.

4.2.1. Sistemas de coordenadas.

4.2.2. Tipos de espejos.

4.2.3. Tipos alimentadores.

4.3. Modos de análisis

4.3.1. Óptica Física (PO)

4.3.2. Teoría física de la difracción (PTD)

4.3.3. Óptica de rayos, Óptica Geométrica (GO) y Teoría geométrica de la difracción (GTD)

Duración: 2 horas

 

TEMA 5: Medida de Antenas

Contenidos:

5.1. Introducción.

5.2. Medida de diagramas de radiación. Campos de medida.

5.2.1. Criterios de diseño de los campos de medida

5.2.2. Campos de medida.

5.2.3. Instrumentación de medida.

5.3. Medida de ganancia y directividad.

5.4. Medida de impedancia.

5.5. Medida de polarización.

5.6. Medidas en campo próximo.

5.6.1. Campo próximo plano.

5.6.2. Campo próximo cilíndrico y esférico

5.6.3. Ventajas e inconvenientes de la medida en campo próximo

Duración: 4 horas

 

Practica 1: Introducción al software Mician Microwave Wizard.

Duración: 2-3 horas

Practica 2: Análisis y diseño de antenas de bocina corrugadas.

Duración: 2-3 horas

Practica 3: Análisis y diseño de antenas de bocina de perfil liso tipo “spline”.

Duración: 2-3 horas

Practica 4: Análisis y diseño de antenas de bocina piramidales.

Duración: 2-3 horas

Practica 5: Introducción al software de elementos finitos Ansys HFSS.

Duración: 2-3 horas

Practica 6: Análisis de las bocinas de las practicas 2, 3 y 4 en Ansys HFSS.

Duración: 2-3 horas

Practica 7: Diseño de un twist y un codo de 90º para guía rectangular

Duración: 2-3 horas

Practica 8: Diseño de una transición de guía rectangular a guía circular.

Duración: 2-3 horas

Practica 9: Diseño de una transición de guía coaxial a guía rectangular.

Duración: 2-3 horas

Practica 10: Análisis de las transiciones de las practicas 7, 8 y 9 en Ansys HFSS.

Duración: 2-3 horas

Practica 11: Diseño de un ortomodo simple en guía rectangular.

Duración: 2-3 horas

Practica 12: Diseño de un ortomodo tipo “turnstile junction” en guía rectangular.

Duración: 2-3 horas

Practica 13: Diseño de un polarizador tipo “septum” en guías rectangular y circular.

Duración: 2-3 horas

Practica 14: Diseño de un polarizador corrugado en guía cuadrada.

Duración: 2-3 horas

Practica 15: Análisis de las estructuras de las practicas 11, 12, 13 y 14 en Ansys HFSS.

Duración: 2-3 horas

Practica 16: Diseño de un acoplador direccional en guía rectangular.

Duración: 2-3 horas

Practica 17: Diseño de un filtro simple en guía rectangular.

Duración: 2-3 horas

Practica 18: Diseño de un diplexor.

Duración: 2-3 horas

Practica 19: Análisis de las estructuras de las practicas 16, 17 y 18 en Ansys HFSS.

Duración: 2-3 horas

Practica 20: Análisis de las un sistema completo de transmisión/recepción uniendo varios de los circuitos de las practicas anteriores.

Duración: 2-3 horas

Practica 21: Diseño de reflector Cassegrain en GRASP a partir de los campos radiados por el sistema completo de la práctica 20.

Duración: 2-3 horas

Practica 22: Medida de una antena de bocina en la cámara anecoica de la UPNA.

Duración: 2-3 horas

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que su profesor ha solicitado a la Biblioteca.


Bibliografía Básica:

  1. Á. Cardama, L. Jofre, J. M. Rius, J. Romeu, S. Blanch, y M. Ferrando, “Antenas”, Editorial UPC, 2ª edición, 2002.
  2. C. A. Balanis, “Antena Theory. Analysis and Design”, 3rd Edition, John Wiley & Sons, 2005.
  3. D. M. Pozar, “Microwave Engineering”, 4th Edition, John Wiley & Sons, 2011.
  4. W. A. Imbriale, S. Gao, L. Boccia, “Space Antenna Handbook”, John Wiley & Sons, 2012.
  5. Gerard Maral y Michel Bousquet, “Satellite Communications Systems: Systems, Techniques and Technology”, 5th Edition, Wiley, 2009.
  6. Manuales del software Mician Microwave Wizard. http://www.mician.com
  7. Manuales del software Ansys HFSS. http://www.mician.com
  8. Manuales del software GRASP de Ticra. http://www.ticra.com

 

Bibliografía Complementaria:

  1. R. E. Collin, “Antennas and Radiowave propagation”, McGraw-Hill, 1985.
  2. S. Silver, “Microwave Antenna Theory and Design”, Institution of Engineering and Technology (IET), 1984
  3. William H. Hyat y John A. Back, “Teoría Electromagnética”, Ed Mc Graw-Hill.
  4. Gerard Barue, “Microwave Engineering: Land and Space Radiocomunications”, Ed. Wiley, 2008.
  5. Roger L. Freeman, “Radio System Design for Telecommunications”, Ed. Wiley, 1997.
  6. R. C. Johnson, and H. Jasik, “Antenna Engineering Handbook”, 3rd Edition, Mc‑Graw-Hill Professional Publishing, 1992.
  7. J. D. Kraus, “Antennas”, 2nd Edition, Mac-Graw-Hill, 1988.
  8. S. Drabowitch, A. Papiernik, H. Griffiths, J. Encinas, and B. L. Smith, “Modern Antennas”, Chapman & hall, 1998.
  9. R. S. Elliot, “Antena Theory and Design, Revised Edition”, Wiley, 2003.
  10. Sophocles J. Orfanidis, “Electromagnetics Waves and Antennas”, available online at: http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/
  11. Dennis Roddy, “Satellite Communications”, 2nd Edition, McGraw Hill. 1995.

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Lugar de impartición

Clases de teoría: Aula

Clases de prácticas: Laboratorio "Luis Mercader" de Antenas y Microondas. Edificio de los Tejos, Planta Baja.

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