Universidad de Jaén

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La asignatura se imparte en el segundo cuatrimestre del tercer curso del grado, dentro del bloque de asignaturas de carácter obligatorio para el grado de Ingeniería de  Tecnologías de Telecomunicación.

Esta asignatura se puede entender como continuación de Medios de Transmisión (2º cuatrimestre del 2º curso) que sirvió de para dotar al alumno de las rudimentos físicos y tecnológicos necesarios para posteriores asignaturas relacionadas con la aplicación del electromagnetismo a los sistemas y equipos de comunicaciones. En concreto, Fundamentos de Ingeniería de Microondas se ocupa de proporcionar al alumno que la cursa las bases y los fundamentos de la electrónica de alta frecuencia,  campo que ha alcanzado gran auge en los últimos años motivado, en gran medida, por la aparición de nuevos sistemas y servicios de telecomunicaciones en el rango de las microondas (300 MHz-300 GHz).

Aunque la Ingeniería de Microondas, comparte en muchos aspectos técnicas similares a las de los circuitos de radiofrecuencia, objeto de estudio de la asignatura Circuitos y Subsistemas para Comunicaciones (2º cuatrimestre, 3 ^er curso), las particularidades propias de esta tecnología hacen preciso un conocimiento de sus fundamentos, así como de las técnicas específicas de análisis y diseño de circuitos en este rango de frecuencia.

Para afrontar con éxito esta asignatura, se requiere que el alumno maneje con cierta soltura algunos conceptos ya estudiados y ciertas habilidades adquiridas en cursos anteriores en relación con el análisis electromagnético de las líneas de transmisión y guías de ondas metálicas. Además se requiere conocimientos suficientes de teoría de circuitos y sistemas lineales, electrónica analógica y la caracterización del ruido en bipuertos.

El alumnado que presente necesidades específicas de apoyo educativo, lo ha de notificar personalmente al Servicio de Atención y Ayudas al Estudiante para proceder a realizar, en su caso, la adaptación curricular correspondiente.

• TEORÍA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y CARTA DE SMITH
• TRANSFORMACIÓN Y ADAPTACIÓN DE IMPEDANCIAS.
• REDES DE MICROONDAS PASIVAS Y ACTIVAS. 

CONTENIDOS DESARROLLADOS:

1. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE MICROONDAS Y A LA TRANSMISIÓN POR SOPORTE FÍSICO

Introducción a la ingeniería de microondas. Introducción al estudio de la transmisión por soporte físico: Revisión de los modos TEM, TE y TM en líneas de transmisión y guías de ondas. Líneas de transmisión más comunes: línea bifilar, cable coaxial, biplaca paralela, stripline, microstrip, otras líneas de transmisión. Introducción al análisis de discontinuidades en líneas de transmisión: modelado de discontinuidades en tecnología microstrip. Guíaondas más comunes: rectangular, circular, elíptica y  con resalto ('ridge'). Introducción a la excitación, al análisis de discontinuidades y a la terminación en guías ondas. Tecnologías integradas de radiofrecuencia y microondas.

2. REVISIÓN DE ALGUNOS CONCEPTOS DE LA TEORÍA DE CIRCUITOS: TEOREMA DE MÁXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA. TEORÍA DE REDES BIPUERTOS

Teorema de Máxima Transferencia de potencia y Adaptación Conjugada. Teorema de Everitt. Redes de un puerto de acceso (bipolo), redes de dos puertos (cuadripolo) y redes multipuerto. Parámetros descriptivos de un bipuerto: parámetros impedancia 'z', parámetros admitancia 'y', parámetros híbridos 'h', parámetros híbridos 'g', parámetros de transmisión 'ABCD'.  Topologías de interconexión de bipuertos y parámetros privilegiados. Test de Brune. Propiedades de los redes a partir de sus matrices de admitancia e impedancia: pasividad, reciprocidad, simetría, pérdidas. Equivalente en PI y en T de bipuertos recíprocos. Pérdidas de transmisión e inserción en bipuertos pasivos. Constantes iterativas de bipuertos recíprocos. Matrices indefinidas de admitancias.

3.  TEORÍA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y CARTA DE SMITH.

Características de la onda en líneas de transmisión terminadas. Relaciones de potencia en líneas de transmisión. Respuesta en frecuencia de la línea de transmisión. Carta de Smith. La línea de transmisión como elemento de circuito.   

4.  TRANSFORMACIÓN Y ADAPTACIÓN DE IMPEDANCIAS.

Introducción a las técnicas de adaptación de impedancias. Adaptación de impedancias reales en banda estrecha (transformador en lambda/4 y transformación de resistencias mediante L reactiva).  Adaptación de impedancias complejas en banda estrecha (absorción, resonancia, L reactiva, transformador corto, línea más 'stub' (sintonizador simple), sintonizador con doble 'stub').  Adaptación de impedancia real en banda ancha (transformadores Binomial y de Chebyshev, y tapers).

5.  ONDAS DE POTENCIA Y PARÁMETROS S.  REDES DE MICROONDAS.

Introducción a las redes de microondas. Teorema de Foster. Ondas de potencia y matriz de scattering S.  Propiedades de la matriz de parámetros S. Matrices de transmisión de de ondas de potencia.  Matrices S de bipuertos elementales (atenuador, desfasador, aislador, girador, inversor de inmitancias). Multipuertos: divisores de potencia, circuladores,  acopladores direccionales e híbridos. 

Revisión del concepto de figura de ruido y de temperatura de ruido en equipos y sistemas.

Relaciones de potencia en bipuertos pasivos: Pérdidas de retorno, Pérdidas de reflexión, Pérdidas de inserción, Pérdidas de transducción.

6.  AMPLIFICADORES Y OSCILADORES DE MICROONDAS.

Introducción a los circuitos activos de microondas y RF. Introducción a los amplificadores de microondas y RF. Dispositivos de estado sólido empleados en amplificadores de microondas. Estabilidad en los amplificadores: test K-Delta de estabilidad y factor mu de estabilidad incondicional. Adaptación conjugada simultánea a la entrada y a la salida y  estabilidad. Circunferencias de Ganancia de Potencia constante. Ruido en  amplificadores de microondas: Circunferencias de Figura de Ruido constante. Introducción al diseño de amplificadores de banda ancha de microondas. Amplificadores balanceados. Introducción al diseño de amplificadores de potencia de microondas. Amplificadores de dos etapas.

Osciladores de resistencia negativa, de una puerta y de dos puertas. Condiciones de arranque y de oscilación para osciladores. Metodología de diseño de osciladores en  pequeña señal.

 

PRÁCTICAS DE LABORATORIO (PROPUESTAS):

• Instrumentación de ingeniería de microondas: El analizador de redes
• Formato Touchstone para especificación de los parámetros descriptivos de una red de microondas.
• Uso de la calculadora de líneas de transmisión TXLINE para análisis y diseño de líneas comunes.
• Diseño y análisis de redes de adaptación empleando Microwave Office
• Diseño y análisis de circuitos pasivos empleando Microwave Office
• Diseño y análisis de amplificadores lineales de pequeña señal empleando Microwave Office