01-introducion campos electromagneticos
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EIE 340: Campos y Ondas Electromagnticas
Tema 1 - Introduccin
Profesor: Francisco Pizarro T.
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Programa del curso
Bibliografa sugerida
Uso de software
Introduccin
27-02-2015 EIE 340 - Campos y Ondas Electromagnticas
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Programa del curso
Bibliografa sugerida
Uso de software
Introduccin
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Introduccin
Teora electromagnetismo: repaso
Teora de lneas de transmisin
Lneas de transmisin y guas de ondas
Anlisis de redes micro-ondas
Adaptacin de impedancia
Introduccin a sistemas micro-ondas
Programa del curso
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Programa del curso
Bibliografa sugerida
Uso de software
Introduccin
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Microwave Engineering (David Pozar)
Electromagnetics with Applications (John Krauss)
A Student Guide to Maxwell Equations(Daniel Fleisch)
Advanced Engineering Electromagnetics(Constantine Balanis)
RF Circuit Design (Chris Bowick)
Microwave and RF Design of Wireless Systems (David Pozar)
Bibliografa sugerida
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Programa del curso
Bibliografa sugerida
Uso de software
Introduccin
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Ansys HFSS y Designer:
> Software de simulacin de circuitos de alta frecuencia
Uso de software
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Programa del curso
Bibliografa sugerida
Uso de software
Introduccin
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Campos y ondas electromagnticas:
> Problemas de compatibilidad electromagnticas
> Sistemas de telecomunicaciones (propagacin, transmisin, recepcin)
> Campos en lneas de transmisin elctrica
> Sistemas inalmbricos
>
Introduccin
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Telecomunicaciones
> Numerosas aplicaciones
> DBS (Digital Broadcast Satellite)
> GPS (Global Positioning System)
> WLAN (Wireless Local Area Network)
> RFID (Radio Frequency IDentification)
> Fibra ptica
Necesitamos saber como se comportan los campos electromagnticos:
> Componentes que respondan a las frecuencias de trabajo (ej. microondas)
Introduccin
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Se realiza por una portadora
> Se caracteriza por su frecuencia f0> En la prctica se trata de una onda sinusoidal de la forma Asin(2f0t)
> Son moduladas ya sea en amplitud, fase, frecuencia (digital o anloga) por una seal de una frecuencia inferior, que representar la informacin a transmitir.
Tipos de ondas portadoras: ondas electromagnticas
> Se pueden propagar por elementos conductores (transmisin por cable), o bien en el aire (transmisiones de espacio libre).
> Clasicacin de las ondas electromagnticas es mediante su longitud de onda o frecuencia.
Espectro electromagntico
Introduccin:Transmisin de informacin
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Introduccin:Espectro electromagntico
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Absorcin atmosfrica
Dependiendo de la aplicacin, se escoger una seccin del espectro electromagntico para transmitir la informacin:
> Bandas de frecuencia
Introduccin:Espectro electromagntico
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El espectro escogido para aplicaciones de uso militar o comercial depende de varios factores:
> regulacin y licencia para el uso de ciertas bandas.
> tamao de la antena
> distancia de propagacin y su medio
Introduccin:Bandas de frecuencia
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El espectro escogido para aplicaciones de uso militar o comercial depende de varios factores:
> regulacin y licencia para el uso de ciertas bandas.
> tamao de la antena
> distancia de propagacin y su medio
Introduccin:Bandas de frecuencia
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> Comunicaciones martimas
> Enlaces aeronuticos de larga distancia
> Radio amateur
> Comunicaciones militares
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El espectro escogido para aplicaciones de uso militar o comercial depende de varios factores:
> regulacin y licencia para el uso de ciertas bandas.
> tamao de la antena
> distancia de propagacin y su medio
Introduccin:Bandas de frecuencia
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> Emisin de televisin y FM,
> Control de trco areo,
> Radio-navegacin,
> Comunicaciones militares
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El espectro escogido para aplicaciones de uso militar o comercial depende de varios factores:
> regulacin y licencia para el uso de ciertas bandas.
> tamao de la antena
> distancia de propagacin y su medio
Introduccin:Bandas de frecuencia
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> Televisin,
> Radar,
> Telfonos mviles,
> Comunicaciones satelitales,
> GPS,
> WLAN,
> Comunicaciones militares
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El espectro escogido para aplicaciones de uso militar o comercial depende de varios factores:
> regulacin y licencia para el uso de ciertas bandas.
> tamao de la antena
> distancia de propagacin y su medio
Introduccin:Bandas de frecuencia
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> Radar,
> Enlaces micro-ondas,
> Comunicaciones mviles terrestres,
> Comunicaciones satelitales
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El espectro escogido para aplicaciones de uso militar o comercial depende de varios factores:
> regulacin y licencia para el uso de ciertas bandas.
> tamao de la antena
> distancia de propagacin y su medio
Introduccin:Bandas de frecuencia
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> Radar,
> Comunicaciones militares,
> Comunicaciones satelitales,
> Backhaul Gb/s (1-2 km)
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Cmo se escoge una frecuencia para un sistema?
> Normativas: atribucin de frecuencias normada
> Ruido electrnico: dependiente de la frecuencia (fuerte bajo 100 MHz y vuelve a aumentar sobre los 10 GHz)
> Ganancia de las antenas: para un tamao dado, la ganancia aumenta con la frecuencia
> Ancho de banda: aumenta con la frecuencia
> Costo y eficiencia de los componente: ms caras y pierden eficacidad al aumentar la frecuencia
> Caractersticas de propagacin electromagntica: ms alta la frecuencia, ms obstculos en propagacin
Introduccin:Bandas de frecuencia
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Porqu la diferencia con circuitos en bajas frecuencias?
> Dada una longitud de onda pequea (del orden del tamao del circuito) la teora de redes no se puede utilizar tal cual para analizar los circuitos en altas frecuencias.
> Los fenmenos de propagacin de efectos elctricos de un punto al otro del circuito no pueden ser despreciados.
La hiptesis de un potencial o de una corriente igual en dos puntos del circuito no es vlida (teora demostrada por Hertz)
Introduccin:Circuitos en alta frecuencia
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En baja frecuencia: circuito sin mayor inters.
En alta frecuencia: divisor de potencia
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Anlisis segn la longitud de onda 0 y la dimensin del circuito D:
> Electrnica Baja-Frecuencia (0>>D) : teora de redes (nodos y mallas de Kirchoff) con elementos distribuidos (resistencias, capacitancias,) ya que los fenmenos de propagacin son despreciables
Introduccin:Circuitos en alta frecuencia
Tensin V y corriente I idnticas
en dos puntos de una misma
lnea de transmisin.
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Anlisis segn la longitud de onda 0 y la dimensin del circuito D:
> Electrnica Baja-Frecuencia (0>>D) : teora de redes (nodos y mallas de Kirchoff) con elementos distribuidos (resistencias, capacitancias,) ya que los fenmenos de propagacin son despreciables
> Electrnica Alta-Frecuencia (0D) : teora de campos (ecuaciones de Maxwell) ya que los fenmenos de propagacin no son despreciables
Introduccin:Circuitos en alta frecuencia
Tensin V y corriente I dependen
de su ubicacin en una misma
lnea de transmisin.
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Anlisis segn la longitud de onda 0 y la dimensin del circuito D:
> Electrnica Baja-Frecuencia (0>>D) : teora de redes (nodos y mallas de Kirchoff) con elementos distribuidos (resistencias, capacitancias,) ya que los fenmenos de propagacin son despreciables
> Electrnica Alta-Frecuencia (0D) : teora de campos (ecuaciones de Maxwell) ya que los fenmenos de propagacin no son despreciables
> ptica (0
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Componentes para altas frecuencias:
> Lneas de transmisin y guas de ondas
> Divisores/repartidores de potencia
> Filtros
> Aislantes
> Circuladores
> Desfasadores
> Amplificadores
>
Introduccin:Componentes
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Emisor/Receptor de radio
Radar Doppler
Introduccin:Circuitos de alta frecuencia
Emisor Receptor
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Circuito RADAR de un avin militar
Introduccin:Circuitos de alta frecuencia
Elementos irradiantes
Mdulos T/R activos
Seal RF
Distribuidor de baja potencia
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Mdulos T/R
Introduccin:Circuitos de alta frecuencia
Elementos irradiantes
Mdulos T/R activos
Seal RF
Distribuidor de baja potencia
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Mdulos T/R
Introduccin:Circuitos de alta frecuencia
Elementos irradiantes
Mdulos T/R activos
Seal RF
Distribuidor de baja potencia
MFC (Multi-Fonction Chip)
ASIC (Application-Specific Integrated Circuit)
Limitador LNA (Low-Noise Amplifier)
Circulador
Driver
HPA (High
Power Amplifier)
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Otros ejemplos
Introduccin:Circuitos de alta frecuencia
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Especificaciones de componentes de alta frecuencia:
> Se encuentran al final de lneas de transmisin o de guas de ondas (fenmenos de propagacin)
Introduccin:Circuitos de alta frecuencia