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Teoría

Curso: 4 º

Duración: 2º Cuatrimestre (Febrero-Junio)
Tipo de asignatura: troncal Créditos: 9 (4.5 T + 1.5 P + 3 L)
Departamento: Electrónica Y Tecnología de los Computadores
Profesores:
Andrés Roldán Aranda (teoría y problemas). Despacho 92 (Fac. de Ciencias).
Horas de consulta con cita previa.
Correo electrónico: amroldan[arroba]ugr.es
Página web de la asignatura:
http://electronica.ugr.es/~amroldan/microwaves

Contenidos

• Parte I: Conceptos Básicos


Sentido de la asignatura en el Plan de Estudios


En los sistemas de comunicaciones el canal va a ser un bien compartido por diferentes
usuarios y/o por diferentes servicios de comunicaciones. En este sentido los sistemas de
comunicaciones explotan cada vez más el uso del espectro a frecuencias de microondas
y milimétricas.
La asignatura pretende proporcionar herramientas de análisis y síntesis de dispositivos y
de subsistemas en las bandas de radiofrecuencia y microondas, así como, introducir las
tecnologías más utilizadas en alta frecuencia.


Partiremos de una revisión de la teoría de línea de transmisión y de los conceptos estudiados en la asignatura de Campos Electromagnéticos, continuando con las líneas con pérdidas y con bajas pérdidas haciendo uso de las expresiones analíticas y la Herramienta de Carta de Smith.

Pasaremos a tratar las línea de transmisión utilizadas en los sistemas de microondas (stipline, microstrip, etc...) estudiando sus propiedades mas importantes y su variación con la frecuencia, permitividad, grosores de pistas, etc.

Desarrollaremos una formulación matricial que permite la extensión de la teoría clásica de circuitos al análisis y diseño de los circuitos en alta frecuencia. Herramienta que nos permitirá abarcar el diseño y análisis de multitud de dispositivos contemplando fenómenos de propagación de ondas y retardos. Estudiaremos en detalle diferentes componentes pasivos que constituyen los bloques básicos de las cabeceras de alta frecuencia en los sistemas de comunicaciones convencionales así como elementos de uso común en circuitos.

Se realizará un repaso del procedimiento de diseño de filtros utilizando varias técnicas y su implementación en el Laboratorio.

Objetivos:

Una vez cursada la asignatura el alumno debe ser capaz de:

1) Entender el hecho diferencial que justifica la necesidad de contar con herramientas más elaboradas para el análisis de circuitos cuando la
frecuencia de funcionamiento es alta.

2) Formular el modelo distribuido de la línea de transmisión mediante elementos concentrados.


3) Conocer las geometrías más habituales en la construcción de líneas de transmisión. Principalmente el coaxial y la línea microstrip. Y relacionar
parámetros físicos de la línea de transmisión con los elementos circuitales del modelo equivalente.


4) Resolver la expresión general de la ecuación de ondas en tensiones y corrientes en el dominio fasorial. Obtener la expresión de la solución de la
ecuación de onda. Y relacionar parámetros como impedancia característica, constante de fase, longitud de onda y velocidad de fase.


5) Diseñar redes de adaptación de impedancia con elementos discretos y elemento distribuidos.


6) Diseñar, implementar y medir con el analiador de redes filtros construidos mediante elementos discretos y distribuidos.


7) Manejar la formulación de parámetros de scattering como herramienta de síntesis y análisis de dispositivos en alta frecuencia. Así como las
propiedades fundamentales.


8) Analizar y diseñar dispositivos pasivos de n-puertos mediante las técnicas proporcionadas: atenuadores, divisores, acopladores, resonadores,
moduladores, filtros.

9) Expresar las conclusiones del trabajo en lenguaje técnico adecuado y dominar el manejo de los instrumentos de laboratorio y técnicas de calibración y medida.

Conocimientos previos:


Régimen permanente sinusoidal y representación fasorial, funciones complejas, álgebra matricial. Análisis de circuitos con dispositivos pasivos y activos.
Ecuaciones de Maxwell, ondas planas, líneas de transmisión.
Topologías de cabeceras de radiofrecuencia y conocimiento a nivel de especificaciones de los diferentes componentes que lo componen: amplificadores, filtros, mezcladores, moduladores...
Es necesario haber cursado la asignatura de Campos Electromagnéticos y muy recomendable haber cursado Diseño de Receptores de Radio.

Estructura de la asignatura:


• Unidad docente 0: Introducción. Presentación de la asignatura. Metodología y evaluación. Presentación del hecho diferencial en términos de la longitud de onda.
• Unidad docente 1: Teoría de la Línea de Transmisión. Revisión de la teoría de la línea de transmisión. Planteamiento del modelo circuital
  equivalente. Obtención de las ecuaciones del telegrafista y solución en términos de tensiones y corrientes de la ecuación de onda en medios guiados. Parámetros fundamentales de la línea de transmisión, con y sin pérdidas.
• Unidad docente 2: Guías de ondas de microstrip, stripline. Concepto de modo de propagación, dispersión en frecuencia.
• Unidad docente 3: Técnicas de adaptación con elementos concentrados y distribuidos.
  • Presentación de diferentes técnicas de adaptación de impedancias mediante elementos concentrados y elementos distribuidos.
  • Síntesis de elementos concentrados a partir de elementos distribuidos.
  • Repaso a la Adaptación de impedancias con stub simple y doble stub.
• Unidad docente 4: Parámetros de Scattering.
  • Formulación de la representación matricial mediante parámetros de scattering de dispositivos de n-puertos.
  • Conversión de parámetros Z e Y a parámetros S. Propiedades fundamentales.
  • Análisis de los principales dispositivos pasivos de 2,3 y 4 puertos.
  • Aplicaciones en el diseño de dispositivos y subsistemas: diplexores, moduladores, redes combinadoras, etc.
• Unidad docente 6: Filtros de microondas.
  • Definición de parámetros de un filtro.
  • Principales topologías de filtros. Síntesis de equivalente paso-bajo de un filtro.
  • Transformación de frecuencia del equivalente paso bajo a paso banda, banda eliminada y desnormalización de impedancias.
• Unidad docente 7: Diseño de sistemas de microondas basado en CAD.
  • Introducción al diseño y análisis de redes mediante SW demo.
  • Ejemplos prácticos.
  • Distribución de corrientes en líneas de transmisión.
• Unidad docente 8: Dispositivos Activos de microondas.
  • Características principales de transistores en frecuencias de microondas.
  • Definición de ganancias.
  • Círculos de estabilidad, ganancia y ruido.
  • Diseño de amplificadores en pequeña señal.
  • Osciladores a resistencia negativa y osciladores de dos puertos.
  • Detectores a diodo.