Ingeniería de Telecomunicación Propagación de Ondas Presentación de la asignatura

0J. Alpuente

La asignatura de Propagación de Ondas está ubicada como asignatura troncal en el segundo cuatrimestre del segundo curso en la titulación de Ingeniería de Telecomunicación que se imparte en la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Alcalá. Asignada su docencia al área de Teoría de la Señal y Comunicaciones del Departamento del mismo nombre, esta asignatura consta de 4,5 créditos, de los cuales 3 son teóricos y el resto prácticos. Dentro del Departamento, la impartición de la asignatura durante el curso 2007-2008 corre a cargo de los profesores D. Jesús Alpuente Hermosilla (teoría, prácticas y coordinación) y D. Gonzalo Díaz Mateos (prácticas),todos ellos pertenecientes al Grupo de Electromagnetismo.

Objetivos de la asignatura.

Los objetivos docentes que se persiguen con la impartición de esta asignatura son los siguientes:

• Conocer los distintos modelos de sistemas de transmisión existentes. • Establecer los distintos modos de propagación que se pueden dar en los

sistemas con simetría axial. • Conocer las peculiaridades de cada uno de los modos de propagación. • Analizar la potencia transmitida en cada uno de los modos. • Establecer los parámetros primarios y secundarios de una línea de

transmisión. • Asociar el modelo circuital con el modelo electromagnético en una línea de

transmisión. • Estudiar distintos tipos de líneas de transmisión. • Introducir los conceptos de coeficiente de reflexión y onda estacionaria

aplicados a líneas de transmisión. • Aplicar los fundamentos electromagnéticos a los sistemas de guiaonda más

habituales. • Estudiar los modos de propagación y frecuencias de corte de las guias de

onda. • Conocer los parámetros característicos de las guías de onda. • Comprender las características básicas de radiación de las antenas. • Asociar a cada banda de frecuencias el mecanismo de propagación

dominante. • Comprender la propagación en el espacio libre. • Comprender la propagación entre antenas elevadas y la influencia de la

Tierra. • Analizar la propagación entre antenas elevadas y la influencia de la Tierra. • Comprender la influencia de los obstáculos en la propagación.

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Propagación de ondas

2 – Presentación

• Analizar la influencia de los obstáculos en la propagación. • Comprender la absorción producida por algunas moléculas de la atmósfera. • Analizar la absorción producida por algunas moléculas de la atmósfera. • Comprender la dependencia de la propagación de las características del

terreno en frecuencias hasta 30 MHz. • Analizar la dependencia de la propagación de las características del terreno

en frecuencias hasta 30 MHz. • Comprender la posibilidad de realizar enlaces de larga distancia

aprovechando las características de la ionosfera. • Analizar la posibilidad de realizar enlaces de larga distancia aprovechando

las características de la ionosfera. Programa de la asignatura. Programa teórico.

Para su estudio, la asignatura se ha dividido en nueve temas teóricos, a saber:

Tema 1. Introducción a los medios de transmisión. Comunicación y telecomunicación. El sistema de telecomunicación. Bandas de frecuencias utilizadas en telecomunicaciones. Los medios de transmisión. Medios guiados. Radiopropagación.

Tema 2. Estudio de los distintos tipos de ondas presentes en los medios guiados. Determinación de los campos en un medio guiado. Ondas TEM. Ondas TM. Ondas TE. Potencia en un medio guiado. Potencia transmitida.Potencia disipada en medios de bajas pérdidas.

Tema 3. Líneas de transmisión. Definición de línea de transmisión. Análisis de los campos en una línea de transmisión. Modelo circuital de una línea de transmisión ideal: cálculo de parámetros y ecuaciones circuitales. Modelo de una línea de transmisión con pérdidas: parámetros primarios y secundarios. Potencia transmitida. Representación de las ondas de tensión en las líneas de transmisión. Coeficiente de reflexión en tensión. Impedancia de entrada de la línea de transmisión. Ondas estacionarias.

Tema 4. Estudio de algunas líneas de transmisión. Cable de pares. Cable coaxial. Línea biplaca. Línea microstrip. Stripline

Tema 5. Guías de onda. Estudio de la guía rectangular. Modos de propagación. Frecuencias de corte. Potencia transmitida por los modos TE y TM. Atenuación de los modos. Modo dominante TE10. Máxima potencia transmitida por el modo dominante TE10. Ancho de banda útil de la guía. Guías de onda circulares. Modos de propagación. Frecuencias de corte. Potencia transmitida por los modos TE y TM. Atenuación de los modos. Modo dominante TE11. Modos TE01. Modos superiores en cable coaxial y strpline.

Tema 6. Introducción a los sistemas radioeléctricos. Modelo físico del sistema de comunicación radio. Características fundamentales de una antena. Unidades

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logarítmicas. Propagación en el espacio libre: fórmula de Friis. Enlace a través de un medio cualquiera.

Tema 7. Propagación por onda de superficie. Características de propagación. Modelos de propagación por onda de superficie. Cartas de propagación por onda de superficie. Trayectos mixtos.

Tema 8. Propagación por onda ionosférica. Influencia de la ionosfera en la propagación. Características de la ionosfera. Incidencia vertical e ionogramas. Modelos de propagación.Enlaces por onda ionosférica: predicción de frecuencias y pérdidas.

Tema 9. Modelo de rayos. Enlaces entre antenas elevadas. Alcance de visión directa. Modelo de propagación de dos rayos para tierra plana. Modelo de dos rayos para tierra curva.

Tema 10. Difracción y obstáculos. Principio de Huygens. Elipsoides de Fresnel. Obstáculos de filo de cuchillo. Obstáculos de forma redondeada. Difracción en tierra esférica. Trayectos con múltiples obstáculos.

Tema 11. Propagación de ondas en la troposfera. Efectos de la troposfera en la Propagación. Índice de refracción. Propagación en medios estratificados. Factor de curvatura, K. Variabilidad del índice de refracción. Conductos. Multitrayectos.

Programa de prácticas

Para una mejor comprensión de la asignatura, fijando los conceptos teóricos y

trabajando con casos reales de cálculo, se establecen nueve prácticas, a saber: Práctica 1. Parámetros básicos de las líneas de transmisión. Práctica 2. La carta de Smith. Práctica 3. Medida de parámetros de cables coaxiales con el analizador de redes. Práctica 4. Guías de onda: medidas de frecuencia con frecuencímetro. Práctica 5. Guías de onda: medidas de frecuencia en el espacio libre. Práctica 6. Guías de onda: medidas de frecuencia en la guía. Práctica 7. Guías de onda: medida de ROE. Práctica 8. Propagación en espacio libre: fórmula de Friis y sección radar. Práctica 9. Método gráfico de Millington. Práctica 10. Influencia del terreno y la frecuencia en la propagación entre antenas elevadas. Práctica 11. Estudio comparativo de la propagación en presencia de distinto tipo de obstáculos. Bibliografía

1. Alpuente Hermosilla, J.; Jarabo Amores, M.P.; López Espí, P.L. y Pamies Guerrero, J.A. (2001):- Líneas de Transmisión y Redes de Adaptación en Circuitos de Microondas.- Servicio de Publicaciones de la Universidad de Alcalá.

2. Balanis, C.A. (1989).- Antenna Theory.- John Wiley & Sons.

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4 – Presentación

3. Cardama, A. y otros (1998).- Antenas.- Edicions UPC. 4. Collin, R.E. (1985).- Antennas and Radiowave Propagation.- McGraw Hill International. 5. Collin, R.E. (1992).- Foundations for Microwave Engineering.-McGraw-Hill International. 6. Freeman, R.L. (1987).- Radio System Design for Telecommunications (1-100 GHz).- John

Wiley & Sons. 7. Giger, A.J. (1991).- Low Angle Microwave Propagation: Physics and Modelling.- Artech

House. 8. Griffits, J. (1987).- Radio Wave Propagation and Antennas. An Introduction.- Prentice Hall. 9. Hall, M.P. M. y Barklay, L.W. Editores (1991).- Radiowave Propagation.- Peter Peregrinus. 10. Hernando, J.M. (1988).- Radiodifusión.- Servicio de Publicaciones ETSIT de la UPM. 11. Hernando, J.M. (1993).- Transmisión por Radio.- Centro de Estudios Ramón Areces. 12. Pozar, D.M. (1998).- Microwave Engineering.- John Wiley & Sons. 13. Rizzi, P.A. (xxxx).- Microwave Engineering. Passive Circuits.- Prentice Hall. 14. Sánchez Montero, R.; López Espí, P.L. y Alpuente Hermosilla, J. (2004).- Microondas

Prácticas.- Servicio de Publicaciones de la Universidad de Alcalá. 15. Saunders, S.R. (1999).- Antennas and Propagation for Wireless Communication Systems.-

John Wiley & Sons. 16. Shibuya, S. (1987).- A Basic Atlas of Radiowave Propagation.- John Wiley & Sons. Además de estos libros, listados como bibliografía básica, a lo largo del desarrollo de la

asignatura se utilizarán diversas recomendaciones de la UIT-R, de la serie P.

Conocimientos previos y recomendaciones

Para un buen seguimiento de la asignatura es necesario que el alumno haya superado

las asignaturas de Física, Cálculo y Campos Electromagnéticos. Si bien esta asignatura no se recomienda como libre elección, es incompatible como

libre elección para las titulaciones de Ingeniería Técnica de Telecomunicación en Sistemas de Telecomunicación e Ingeniería en Electrónica. Desarrollo de la asignatura

A la hora de desarrollar la asignatura, el profesor utilizará las horas de clase asignadas

para explicar, en la pizarra o utilizando cualesquiera sistemas audiovisuales, los conceptos teóricos correspondientes, entremezclando ejemplos y proponiendo problemas para resolver en las horas dedicadas a este menester, dejando siempre una serie de problemas propuestos para que el alumno los resuelva.

Las prácticas se realizarán en el laboratorio de manera optativa, si bien los programas,

simuladores y equipos a utilizar no se dejarán al alumno, debiendo éste utilizar los instalados en el laboratorio.

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Quedan eximidos de la realización de las prácticas 3, 4, 5, 6 y 7 quienes las realizaran y aprobaran el curso anterior.

Para cada práctica se entregará una memoria, que se realizará en grupos de dos

alumnos. La entrega de las memorias se hará dos semanas después de la última asignada a su realización. Tanto los guiones como la estructura de las memorias se facilitará al alumno.

La calificación de las prácticas se conservará hasta la convocatoria extraordinaria de febrero de 2008, para ser tenida en cuenta en la misma.

Criterios de evaluación

En todas las convocatorias, en las fechas y aulas que establezca la Dirección de la Escuela, se realizará un examen escrito que constará de tres partes:

1. Test relacionado con las prácticas de laboratorio, realizado sin apuntes ni calculadora, en el que cada pregunta fallada restará 1/3 del valor de cada pregunta acertada.

2. Una parte teórica, consistente en la resolución de cuestiones teórico-prácticas, a realizar sin apuntes ni calculadora programable.

3. Una parte de problemas, consistente en la resolución de un máximo de tres casos prácticos, para la cual se permitirá el uso de calculadora.

Las aportaciones a la nota final de cada una de las partes integrantes de los criterios de

evaluación será la siguiente: 1. Memorias de las prácticas: 20%. Esta calificación se guardará hasta la convocatoria

extraordinaria del curso siguiente. Las prácticas 1, 8, 9, 10 y 11 se valorarán sobre 10 puntos, y el resto sobre 30 puntos, cada una.

2. Test sobre las prácticas: 10%. 3. Parte teórica del examen: 20%. 4. Parte de problemas del examen: 50%.