FACULTAD DE INGENIERÍA
DIVISIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES
Programa de la Asignatura: CAMPOS Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Clave: 1514 Núm. de créditos: 8
Carrera: ING. EN TELECOMUNICACIONES
Duración del curso:
Semanas: 16
Horas: 64
Semestre: 6º
Horas a la semana:
Teoría: 4 Obligatoria: SI
Prácticas: 0 Optativa:
OBJETIVO DEL CURSO
El alumno interpretará las ecuaciones de Maxwell y las
empleará para comprender la propagación de las ondas electroma-
géticas en diferentes situaciones.
TEMAS
Núm: Nombre: Horas
I. CAMPOS ELECTRICOS Y MAGNETICOS. PROPIEDADES
ELECTROMAGNETICAS DE LA MATERIA. 16
II. ECUACIONES DE MAXWELL. ECUACIONES DE ONDA. 6
III. PROPAGACION DE ONDAS PLANAS ELECTROMAGNETICAS. 20
IV. REFLEXION Y REFRACCION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS. 22
______
64
ASIGNATURAS ANTECEDENTES :
ANÁLISIS DE SISTEMAS Y SEÑALES
CÁLCULO III
ECUACIONES DIFERENCIALES
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
ÓPTICA
ASIGNATURAS CONSECUENTES :
ANTENAS Y PROPAGACIÓN
COMUNICACIONES OPTICAS
DISPOSITIVOS DE MICROONDAS
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
MICROONDAS Y SATÉLITES
ANTECEDENTES, OBJETIVOS Y CONTENIDOS DE LOS TEMAS
I. CAMPOS ELECTRICOS Y MAGNETICOS. PROPIEDADES ELECTROMAGNETICAS
DE LA MATERIA.
ANTECEDENTES:
Cálculo III.
Electricidad y Magnetismo.
OBJETIVO:
El alumno comprenderá los conceptos y las leyes
fundamentales de los campos eléctricos y magnéticos
y el comportamiento de estos campos en la materia.
CONTENIDO:
I.1 Campos eléctricos y magnéticos estáticos y
estacionarios.
I.1.1 Carga eléctrica. Distribuciones de carga.
I.1.2 Corriente eléctrica. Densidad de corriente.
I.1.3 Principio de conservación de la carga.
Ecuación de continuidad.
I.1.4 Campo eléctrico. Fuerza debida a un campo
eléctrico.
I.1.5 Ley de Gauss.
I.1.6 Potencial eléctrico.
I.1.7 Propiedades de los materiales conductores.
I.1.8 Propiedades de los materiales dieléctricos.
I.1.9 Capacitancia.
I.1.10 Ecuaciones de Laplace y Poisson.
I.1.11 Campo magnético. Fuerza debida a un campo
magnético.
I.1.12 Ley de Ampere.
I.1.13 Potenciales magnéticos.
I.1.14 Propiedades magnéticas de los materiales
I.1.15 Inductancia.
I.2 Campos eléctricos y magnéticos variables en el
tiempo.
I.2.1 Ley de Faraday.
I.2.2 Ley de Ampere-Maxwell
I.3 Características de los parámetros electromagnéticos
de un medio.
I.3.1 Parámetros electromagnéticos de un medio:
permitividad, permeabilidad y conductividad.
I.3.2 Relaciones constitutivas
I.3.3 Homogeneidad, linealidad, isotropía,
dispersión e invariancia en el tiempo
de los materiales
desde el punto de vista electromagnético.
II. ECUACIONES DE MAXWELL. ECUACIONES DE ONDA.
ANTECEDENTES:
Cálculo III.
Ecuaciones Diferenciales.
OBJETIVO:
El alumno interpretará las ecuaciones de Maxwell y
establecerá a partir de ellas las ecuaciones de onda,
de las cuales se deduce la existencia y el comportamiento
de las ondas electromagnéticas.
CONTENIDO:
II.1 Ecuaciones de Maxwell.
II.1.1 Forma integral.
II.1.2 Forma diferencial.
II.1.3 Casos particulares: para campos
electrostáticos, para campos magnetostáticos
y para campos eléctricos y magnéticos
estacionarios.
II.2 Conceptos básicos de ondas.
II.2.1 Definición de una onda.
II.2.2 Forma de onda.
II.2.3 Interpretación gráfica de una onda.
II.2.4 Clasificaciones de las ondas.
II.2.5 Ecuación diferencial de un movimiento
ondulatorio (ecuación de onda).
II.2.6 Descripción de un fenómeno de transporte.
Ecuación de difusión.
II.3 Ecuaciones de onda.
II.3.1 Posibilidad de la existencia de las ondas
electromagnéticas a partir de las
ecuaciones de Maxwell.
II.3.2 Ecuaciones de onda para los campos
eléctricos y magnéticos en el espacio libre.
II.3.3 Ecuaciones de onda para los campos
eléctricos y magnéticos en un medio material.
III. PROPAGACION DE ONDAS PLANAS ELECTROMAGNETICAS.
ANTECEDENTES:
Análisis de Sistemas y Señales.
OBJETIVO:
El alumno comprenderá los diversos conceptos y
parámetros relacionados con la propagación de
las ondas electromagnéticas en el espacio libre
y en medios materiales.
CONTENIDO:
III.1 Ondas planas uniformes sinusoidales en el espacio
libre.
III.1.1 Campos electromagnéticos que varian
sinusoidalmente en el tiempo. Fasores.
III.1.2 Ecuciónes de Maxwell y ecuación de onda
en forma fasorial.
III.1.3 Solución de la ecuación de onda para
campos eléctricos y magnéticos.
III.1.4 Propiedades y parámetrosde las ondas
planas sinusoidales en el espacio libre:
frecuencia, frecuencia angular, periodo,
constante de fase, longitud de onda,
velocidad de fase e impedancia
intrínseca.
III.1.5 Representación gráfica de una onda
electromagnética sinusoidal viajera
en el espacio libre.
III.1.6 Efecto doppler.
III.1.7 El espectro de radiofrecuencias.
III.2 Ondas planas uniformes sinusoidales en un medio
material.
III.2.1 Ecuaciones de Maxwell y ecuación de onda
en forma fasorial.
III.2.2 Solución de la ecuación de onda para
campos eléctricos y magnéticos.
III.2.3 Características de propagación de las
ondas planas uniformes sinusoidales
en un medio material.
III.2.4 Parámetros de las ondas planas uniformes
sinusoidales en un medio material:
constante de propagación (constantes de
atenuación y de fase), frecuencia,
periodo, longitud de onda, velocidad de
fase e impedancia intrínseca.
III.2.5 Representación gráfica de una onda
electromagnética viajera amortiguada
en un medio material.
III.2.6 Determinación de los parámetros de un
medio a partir de la constante de
propagación e impedancia intrínseca.
III.2.7 Profundidad de penetración.
III.3 Análisis de la propagación de ondas planas
electromagnéticas no-sinusoidales en un medio
material.
III.3.1 Análisis de Fourier. Superposición.
III.3.2 Distorsión en la propagación.
III.4 Dispersión y velocidad de grupo.
III.4.1 Señales demoduladas de banda angosta.
Señales de amplitud modulada.
III.4.2 Velocidad de grupo.
III.4.3 Diagrama de dispersión.
III.4.4 Velocidad de fase y velocidad de grupo.
III.5 Clasificación de los medios materiales desde el
punto vista de las ondas electromagnéticas.
III.5.1 Tangente de pérdidas.
III.5.2 Buenos dieléctricos.
III.5.3 Buenos conductores.
III.5.4 Cuasi-conductores.
III.5.5 Medios ideales: dieléctrico perfecto y
conductor perfecto.
III.6 Vector de Poynting.
III.6.1 Interpretación del teorema de Poynting.
Vector de Poynting.
III.6.2 Vector de Poynting para ondas planas
sinusoidales.
III.6.3 Velocidad de la energía.
III.6.4 Presión de radiación.
III.7 Polarización de las ondas electromagnéticas.
III.7.1 Polarización lineal.
III.7.2 Polarización circular.
III.7.3 Polarización elíptica.
III.7.4 Esfera de Poincaré.
IV. REFLEXION Y REFRACCION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS
ANTECEDENTES:
Optica.
OBJETIVO:
El alumno aplicará los conceptos relacionados
con la propagación de las ondas electromagéticas
para analizar los fenómenos de reflexión y refracción
que surgen cuando inciden en la frontera entre dos medios.
CONTENIDO:
IV.1 Condiciones de frontera para campos
electromagnéticos
IV.2 Leyes de Snell (reflexión y refracción).
IV.3 Incidencia normal.
IV.3.1 Incidencia normal con acoplamiento de
impedancias
IV.3.2 Desacoplasmiento de impedancias.
IV.3.3 Coeficientes de reflexión y de transmisión.
IV.3.4 Reflexión y transmisión de energía.
IV.3.5 Casos de reflexión: interfaz
dieléctrico-dieléctrico;
interfaz dieléctrico-conductor.
IV.3.6 Ondas estacionarias.
IV.3.7 Relación de onda estacionaria ( SWR ).
IV.3.8 Coeficiente de reflexión generalizado.
IV.3.9 Impedancia de entrada.
IV.4 Incidencia normal en varios dieléctricos colocados
paralelamente.
IV.4.1 Metodos de análisis.
IV.4.2 Técnicas para evitar reflexiones.
IV.5 Ondas planas electromagnéticas en una dirección
arbitraria.
IV.6 Incidencia oblicua.
IV.6.1 Incidencia oblicua en la interfaz de dos
dieléctricos.
IV.6.2 Coeficientes de reflexión y de transmisión
para E paralelo al plano de incidencia
y para E perpendicular al plano de
incidencia.
IV.6.3 Angulo de Brewster y transmisión total.
IV.6.4 Angulo crítico y reflexión interna total.
IV.6.5 Incidencia oblicua en una interfaz
dieléctrico-conductor.
IV.6.6 Análisis de las ondas incidentes y
reflejadas para E paralelo al plano
de incidencia (onda TM) y para E
perpendicular al plano de incidencia
(onda TE).
IV.7 Efectos de la reflexión en la polarización de
las ondas electromagnéticas.
IV.8 Propagación de ondas planas en gases ionizados
y propagación ionosférica.
IV.9 Optica geométrica.
IV.9.1 Relaciones de amplitud.
IV.9.2 Relación fase-polarización.
IV.9.3 Reflexión en superficies.
TECNICAS DE ENSEÑANZA: ELEMENTOS DE EVALUACION:
Exposición oral (x) Exámenes parciales (x)
Exposición audiovisual (x) Exámenes finales (x)
Ejercicios dentro de clase (x) Trabajos y tareas fuera del aula(x)
Ejercicios fuera del aula (x) Participación en clase (x)
Seminarios ( ) Asistencia a prácticas ( )
Lecturas obligatorias (x)
Trabajo de investigación (x)
Prácticas de taller o laboratorio( )
Prácticas de campo ( )
Otras: Uso de paquetes de simulación en computadora
BIBLIOGRAFIA
TEXTOS BASICOS Temas de la materia para los que se recomienda:
RAO, Nannapaneni Narayana Todos
"Elements of engineering electromagnetics"
Prentice Hall Inc., 3a. ed.
E.E.U.U., 1991
RAMO, S. " et al." Todos
"Fields and waves in communication electronicsI"
John Wiley and Sons Inc., 2a. ed.
E.E.U.U., 1984
JOHNK, T. A. Todos
"Engineering electromagnetics fields and waves"
John Wiley and Sons Inc., 2a. ed.
E.E.U.U., 1988
KRAUSS, John D. y CARVER, Keith R. Todos
"Electromagnetics"
Mc-Graw Hill Book Co., 3a. ed.
E.E.U.U., 1984