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