01-introducion campos electromagneticos

EIE 340: Campos y Ondas Electromagnticas

Tema 1 - Introduccin

Profesor: Francisco Pizarro T.

Programa del curso

Bibliografa sugerida

Uso de software

Introduccin

27-02-2015 EIE 340 - Campos y Ondas Electromagnticas

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

27-02-2015 EIE 340 - Campos y Ondas Electromagnticas 4

Programa del curso


Uso de software

Introduccin


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)



Programa del curso


Uso de software

Introduccin


Ansys HFSS y Designer:

> Software de simulacin de circuitos de alta frecuencia

Uso de software


Programa del curso


Uso de software

Introduccin


Campos y ondas electromagnticas:

> Problemas de compatibilidad electromagnticas

> Sistemas de telecomunicaciones (propagacin, transmisin, recepcin)

> Campos en lneas de transmisin elctrica

> Sistemas inalmbricos

>

Introduccin


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


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


Introduccin:Espectro electromagntico


Absorcin atmosfrica

Dependiendo de la aplicacin, se escoger una seccin del espectro electromagntico para transmitir la informacin:

> Bandas de frecuencia

Introduccin:Espectro electromagntico


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








> Comunicaciones martimas

> Enlaces aeronuticos de larga distancia

> Radio amateur

> Comunicaciones militares







> Emisin de televisin y FM,

> Control de trco areo,

> Radio-navegacin,








> Televisin,

> Radar,

> Telfonos mviles,

> Comunicaciones satelitales,

> GPS,

> WLAN,








> Radar,

> Enlaces micro-ondas,

> Comunicaciones mviles terrestres,

> Comunicaciones satelitales







> Radar,

> Comunicaciones militares,

> Comunicaciones satelitales,

> Backhaul Gb/s (1-2 km)

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



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


En baja frecuencia: circuito sin mayor inters.

En alta frecuencia: divisor de potencia


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


Tensin V y corriente I idnticas

en dos puntos de una misma

lnea de transmisin.

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> Electrnica Alta-Frecuencia (0D) : teora de campos (ecuaciones de Maxwell) ya que los fenmenos de propagacin no son despreciables


Tensin V y corriente I dependen

de su ubicacin en una misma

lnea de transmisin.

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> Electrnica Alta-Frecuencia (0D) : teora de campos (ecuaciones de Maxwell) ya que los fenmenos de propagacin no son despreciables

> ptica (0


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


Elementos irradiantes

Mdulos T/R activos

Seal RF

Distribuidor de baja potencia

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Mdulos T/R



Mdulos T/R activos

Seal RF


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Mdulos T/R



Mdulos T/R activos

Seal RF


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



Especificaciones de componentes de alta frecuencia:

> Se encuentran al final de lneas de transmisin o de guas de ondas (fenmenos de propagacin)


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