Universidad Pública de Navarra



Año Académico: 2016/2017 | Otros años:  2017/2018  |  2015/2016 
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) EDERRA URZAINQUI, IÑIGO

Partes de este texto:

 

Módulo/Materia

Módulo: Especialidad en Comunicaciones Avanzadas

Materia: 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:

R1.- Diseñar sistemas avanzados de antenas.
R2.- Manejar los simuladores de antenas del mercado.
R3.- Aplicar conocimientos avanzados de dispositivos y componentes de alta frecuencia.
R4.- Diseñar subsistemas de comunicaciones de alta frecuencia.
R5.- Desarrollar un sistema de comunicaciones de alta frecuencia.

R6.- 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
 14
 
A-2 Prácticas
 66
 
A-3 Debates, puestas en común, tutoría grupos
 3
 
A-4 Elaboración de trabajo
 
 30
A-5 Lecturas de material
 5
 15
A-6 Estudio individual
 
 15
A-7 Exámenes, pruebas de evaluación
 
 
A-8 Tutorías individuales
 2
 
 
 
 
Total
 90
 60

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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 todo el material (presentaciones de teoría, guiones de prácticas y todo el software que se usa) están en inglés, por lo que es muy recomendable el conocimiento de inglés a nivel de lectura para manejar los simuladores electromagnéticos, la bibliografía y el resto de materiales.

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Evaluación

 

Resultado de aprendizaje Sistema de evaluación Peso (%) Carácter recuperable
 R1, R3, R4, R5  Trabajo individual que desarrolle una parte de la materia vista en prácticas   40 %  Recuperable mediante examen práctico 
 R1, R3, R4, R5  Trabajo en grupo que resuelva un determinado proyecto propuesto   40 %  Recuperable mediante examen práctico 
 R2, R6 Registro del Profesor durante la realización de las prácticas de laboratorio

20%
Es imprescindible para poder superar la
asignatura haber asistido y realizado las
prácticas de laboratorio correctamente

No

 

 

 

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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 complementará con una primera práctica, se pasará a diseñar transiciones entre guías de ondas de diferente geometría, codos y transiciones de coaxial a guía de ondas.

Posteriormente se introducirá un software de tres dimensiones basado en las técnicas de elementos finitos y/o diferencias finitas. Una vez aprendido el manejo del software que se complementará también con una práctica específica, se simulará el comportamiento de las transiciones y codos diseñados en las prácticas anteriores.

La asignatura continuará diseñando antenas de bocina corrugadas, antenas de bocina de perfil liso tipo “spline” y antenas de bocina piramidales. Todos ellos serán testeados a posteriori con el software tridimensional basado en FEM y/o FDTD.

Más adelante se continuará con el diseño de los componentes necesarios en comunicaciones para separar las polarizaciones como son los ortomodos y los polarizadores comprobándose a su vez su funcionamiento posteriormente en el software tridimensional basado en FEM y/o FDTD.

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 ensamblarán juntos para ver su comportamiento en conjunto.

A partir de aquí se introducirá el software de análisis de problemas con reflectores como es el GRASP de Ticra. Una vez comprendido como funciona se diseñará 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

CHAPTER 0: INTRODUCTION TO ANTENNA AND RADIOPROPAGATION TECHNOLOGIES SUBJECT

Contents:

0.1. Professor introduction.

0.2. Subject introduction.

0.2.1. General objectives of the subject.

0.2.2. Relation of the subject with other subjects in the Master and Bachelor degrees.

0.2.3. Agenda.

0.2.4. Subject planning.

0.2.5. Evaluation criteria.

0.2.6. Subject bibliography.

Duration: 1 hour.

 

CHAPTER 1: INTRODUCTION TO ANTENNA AND MICROWAVE ENGINEERING USING METALLIC WAVEGUIDES

Contents:

1.1. Waveguides: Types, Guided Waves, Waveguide Modes and Standard Waveguides

1.2. Feedhorns

1.2.1. Introduction

1.2.2. Rectangular feedhorns

1.2.3. Conical feedhorns

1.2.4. Profiled feedhorns

1.2.5. Examples

1.3. Reflectors

1.3.1. Reflectors and Lens Shape

1.3.2. Reflector analysis

Duration: 4 hours.

 

CHAPTER 2: Mode Matching Techniques for Passive Waveguide Components Design (Mician µWave Wizard Software)

Contents:

2.1. Introduction to Mician µWave Wizard Software

2.2. Mode Matching Techniques

2.3. Analysis Concepts: cutoff frequencies and symmetries

2.4. Hybrid techniques: Mode Matching / 2D-FEM

Duration: 2 hours

 

CHAPTER 3: 3D Computational Electromagnetics for Passive Waveguide Components Analysis

Contents:

2.1. Introduction to computational electromagnetics based on differential equations analysis. Finite Element Method (FEM) and Finite Difference Time Domain (FDTD) method

2.2. Software platform overview

2.3. Simulation basics

2.3.1. Graphical User Interface (GUI)

2.3.2. Model Units and Material Setup

2.3.3. Solution Type and Convergence

2.3.4. Excitations and Boundary Conditions

2.3.5. Solution Process and Frequency Sweep

2.4. Post Processing

Duration: 2 hours

 

CHAPTER 4: Physical Optics Simulations for Reflector Antenna Design and Evaluation (Ticra’s GRASP Software)

Contents:

4.1. Methods for Quasi-Optical Simulation

4.2. General Reflector and Antenna Analysis Program (GRASP)

4.2.1. Coordinate Systems, Reflector Surfaces, Reflector Materials, Feed Types and Results

4.2.2. Analysis Methods

4.2.2.1 Analysis Flow

4.2.2.2. Geometrical Optics (GO) and Geometrical Theory of Diffraction (GTD)

4.2.2.3. Physical Optics, (PO)

4.2.2.4. Physical Theory of Diffraction, (PTD)

4.3. Examples

Duration: 2 hours

 

CHAPTER 5: Antenna Measurements

Contents:

5.1. Antenna Measurement Parameters

5.2. Antenna radiation pattern measurement

5.2.1. Antenna ranges design criteria

5.2.2. Antenna ranges types

5.2.3. Antenna measurement instrumentation

5.3. Antenna Gain and directivity measurement

5.4. Antenna impedance measurement

5.5. Antenna polarization measurement

5.6. Far field measurements

5.7. Near field measurements

5.7.1. Planar near field

5.7.2. Cylindrical near field

5.7.3. Spherical near field

5.7.4. Advantages and disadvantages of near field measurements

Duration: 2 hours

  

Practice 1: Introduction to Mician Microwave Wizard software

Duration: 3 hours

 

Practice 2: Analysis and Design of Rectangular to Circular Waveguide Transitions

Duration: 3 hours

 

Practice 3: Analysis and Design of Rectangular Waveguide 90 degrees twists and bends

Duration: 3 hours

 

Practice 4: Analysis and Design of Coaxial to Rectangular Waveguide Transitions.

Duration: 3 hours

 

Practice 5: Introduction to 3D Computational Electromagnetics Software.

Duration: 3 hours

 

Practice 6: Analysis of the previous practices designed Waveguide Components with 3D FEM and FDTD software tools.

Duration: 3 hours

 

Practice 7: Analysis and Design of a Corrugated Horn Antenna.

Duration: 3 hours

 

Practice 8: Analysis and Design of a Smooth-Walled Spline-Profile Horn Antenna.

Duration: 3 hours

 

Practice 9: Analysis and Design of a Pyramidal Horn Antenna.

Duration: 3 hours

 

Practice 10: Analysis of the previous practices designed Horns with 3D FEM and FDTD software tools.

Duration: 3 hours

 

Practice 11: Analysis and Design of a Simple Orthomode Transducer (OMT) in Rectangular Waveguide.

Duration: 3 hours

 

Practice 12: Analysis and Design of a Turnstile Junction Orthomode Transducer (OMT) in Rectangular Waveguide.

Duration: 3 hours

 

Practice 13: Analysis and Design of an OMT Septum Device in Rectangular Waveguide.

Duration: 3 hours

 

Practice 14: Analysis and Design of a Square Waveguide Corrugated Polarizer.

Duration: 3 hours

 

Practice 15: Analysis of the designed Orthomode Transducer Components and Corrugated Polarizer with 3D FEM and FDTD software tools.

Duration: 3 hours

 

Practice 16: Analysis and Design of Rectangular Waveguide Bi‑Directional Couplers.

Duration: 3 hours

 

Practice 17: Analysis and Design of Rectangular Waveguide Ku-Band Satcom Filter.

Duration: 3 hours

 

Practice 18: Analysis and Design of Rectangular Waveguide Ku-Band Satcom Diplexer.

Duration: 3 hours

 

Practice 19: Analysis of the designed Coupler, Filter and Diplexer Components with 3D FEM and FDTD software tools.

Duration: 3 hours

 

Practice 20: Analysis of a complete Transmission and Reception Satcom System.

Duration: 3 hours

 

Practice 21: Design and Analysis of a Reflector Antenna with the complete TxRx SatCom System.

Duration: 3 hours

 

Practice 22: Antenna measurement in UPNA Anechoic Chamber.

Duration: 3 hours

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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 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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