Nombre: APLICACIONES DE LAS MICROONDAS
Código: 504104004
Carácter: Obligatoria
ECTS: 6
Unidad Temporal: Cuatrimestral
Despliegue Temporal: Curso 4º - Primer cuatrimestre
Menciones/Especialidades:
Lengua en la que se imparte: Castellano
Carácter: Presencial
[CG3 ]. Conocimiento de materias básicas y tecnologías, que le capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y tecnologías, así como que le dote de una gran versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.
[ST4 ]. Capacidad para la selección de circuitos, subsistemas y sistemas de radiofrecuencia, microondas, radiodifusión, radioenlaces y radiodeterminación.
[TR5 ]. Aplicar a la práctica los conocimientos adquiridos
[TR6 ]. Aplicar criterios éticos y de sostenibilidad en la toma de decisiones
Al finalizar el programa formativo, el estudiante debe ser capaz de:
Analizar y diseñar subsistemas de microondas: osciladores, amplificadores, circuitos de distribución, antenas, filtros, mezcladores, detectores y circuitos de control.
Implementar dichos subsistemas en tecnología impresa híbrida, formada por circuitos impresos y componentes de alta frecuencia.
Manejar información técnica para seleccionar los componentes de alta frecuencia más adecuados para cada aplicación.
Utilizar herramientas CAD para el análisis y diseño de subsistemas de microondas.
Generar el layout de circuitos impresos de alta frecuencia, para su fabricación y ensamblaje junto con componentes de radiofrecuencia.
Distinguir los diferentes subsistemas que forma parten de los sistemas de microondas para diferentes aplicaciones: comunicaciones civiles y militares, comunicaciones terrestres y espaciales, electrónica de consumo, aplicaciones científicas, médicas, biológicas e industriales.
Investigar y entender el funcionamiento de los futuros sistemas de microondas y sus aplicaciones.
Tener conocimiento, perspectiva y sensibilidad sobre las implicaciones que las nuevas tecnologías de comunicaciones (particularmente las inalámbricas) tienen en el funcionamiento actual de nuestro mundo. Comprender cómo influyen dichas tecnologías en aspectos sociales, económicos, políticos, científicos, legislativos, morales y filosóficos.
Desarrollar la responsabilidad ante estos cambios y sus consecuencias, como ingenieros de telecomunicación y ciudadanos que forman parte de este cambio.
Subsistemas y sistemas de microondas. Aplicaciones de<br>Telecomunicaciones. Aplicaciones industriales. Aplicaciones médicas.<br>Aplicaciones científicas.<br><br><br><br>
1. Aplicaciones de las microondas. Sistemas y subsistemas asociados.
1.1- Introducción a las aplicaciones de las microondas.
- Aplicaciones de Telecomunicaciones terrestres y satelitales
- Aplicaciones militares, civiles y de electrónica de consumo.
- Aplicaciones científicas.
- Aplicaciones médicas y biológicas.
- Aplicaciones Industriales.
- Futuras aplicaciones.
1.2- La ingeniería y las tecnologías de circuitos de microondas.
1.3- Tecnología impresa microstrip en substrato FR4.
2. Análisis y diseño de subsistemas de microondas pasivos aplicados.
2.1- Los parámetros S.
2.2- Atenuadores de microondas
2.3- Divisores y combinadores de microondas. El divisor Wilkinson.
2.4- Circuladores.
2.5- Aisladores.
2.6- Acopladores direccionales e híbridos. Híbridos "branch-line" y "rat-race".
Ejemplos aplicados: modulador BPSK / "bias-tee networks" / circuitos de control.
2.7- Líneas acopladas.
2.8- Filtros de microondas usando líneas de transmisión.
2.9- Filtros paso banda usando líneas resonantes de longitud "lambda/2"
- "End Coupled line filter" con acoplos capacitivos e inductivos.
- "Edge Coupled line filter"
- "Hairpin filters" y otras topologías y tecnologías de filtros de microondas
2.10- Filtros paso bajo con saltos de impedancia.
2.11- Filtros "notch" y elimina banda.
2.12- Radiación electromagnética y antenas de parche.
3. Análisis y diseño de subsistemas de microondas activos aplicados.
3.1- Amplificadores de microondas.
3.2- Osciladores de microondas.
3.3- Mezcladores de frecuencial de microondas.
3.4- Rectificadores de microondas.
3.5- Circuitos de control activos de microondas.
1-ANÁLISIS Y DISEÑO DE DIVISORES DE MICROONDAS.
Se realizará el diseño asistido por ordenador de un divisor Wilkinson de microondas en la banda de 2.4GHz para WiFi, usando tecnología microstrip en FR4.
2-ANÁLISIS Y DISEÑO DE HÍBRIDOS DE MICROONDAS.
Se realizará el diseño asistido por ordenador de un híbrido Branch Line de microondas en la banda de 2.4GHz para WiFi, usando tecnología microstrip en FR4.
3-ANÁLISIS Y DISEÑO DE ACOPLADORES DE MICROONDAS CON LÍNEAS.
Se realizará el diseño asistido por ordenador de un acoplador direccional de -10dB de acoplo en la banda de 2.4GHz para WiFi, usando tecnología microstrip en FR4.
4-ANÁLISIS Y DISEÑO DE FILTROS PASO BANDA CON LÍNEAS RESONANTES.
Se realizará el diseño asistido por ordenador de un filtro paso banda con líneas resonantes de tipo Hairpin en la banda de 2.4GHz para WiFi, usando tecnología microstrip en FR4.
5-ANÁLISIS Y DISEÑO DE FILTROS PASO BAJO Y NOTCH.
Se realizará el diseño asistido por ordenador de un filtro paso bajo mediante saltos de anchura en línea microstrip, y de un filtro tipo ¿notch¿ usando stubs en la banda de 2.4GHz para WiFi, usando tecnología microstrip en FR4.
6-ANÁLISIS Y DISEÑO DE ANTENA DE PARCHE.
Se realizará el diseño asistido por ordenador de una antena de parche de microondas en la banda de 2.4GHz para WiFi, usando tecnología microstrip en FR4.
7-ANÁLISIS Y DISEÑO DE AGRUPACIONES DE ANTENAS.
Se realizará el diseño asistido por ordenador de una agrupación de antenas de parche en la banda de 2.4GHz para WiFi, usando tecnología microstrip en FR4.
8- ANÁLISIS Y DISEÑO DE OSCILADORES DE MICROONDAS.
Se realizará el diseño asistido por ordenador de un oscilador usando un transistor de microondas y un circuito resonador, en la banda de 2.4GHz para WiFi, usando tecnología microstrip en FR4.
9, 10 y 11- FABRICACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS WiFi EN TECNOLOGÍA MICROSTRIP FR4, Y CARACTERIZACIÓN ELÉCTRICA USANDO ANALIZADORES DE REDES.
Los alumnos podrán ver el funcionamiento y manipular una fresadora de fabricación de circuitos impresos, así como instrumentación de medida de circuitos fabricados (analizador de redes vectorial, analizador de espectros y cámara anecoica) .
La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria. Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un "Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos" que puedes encontrar en el Aula Virtual en el apartado actúa sobre una emergencia, pestaña ¿guías técnicas¿, y en el que encontrarás instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de actividad en la Universidad. También encontrarás en el apartado actúa sobre una emergencia, recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente. En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros.
1.- Applications of microwaves: microwave subsystems and systems.
1.1. Introduction to microwave applications:
- Telecommunications applications. Terrestrial and space communications.
- Military, civil and microwave consumer electronics.
-scientific applications.
- Medical and biological applications.
- Industrial applications.
- Future microwave applications.
1.2- Microwave engineering and microwave circuit technologies.
1.3- Printed microstrip-line microwave technology in FR4 substrate.
2. Analysis and design of applied passive microwave subsystems.
2.1- Microwave circuits and S-parameters.
2.2- Microwave Attenuators
2.3- Microwave Splitters and Combiners. The Wilkinson Divider.
2.4- Microwave Circulators.
2.5- Microwave Isolator.
2.6- Microwave hybrids. The branch-line coupler and the rat-race coupler.
Example: BPSK modulator / bias-tee networks / control circuits.
2.7- Microwave coupled lines.
2.8- Microwave Filters using Transmission Lines.
2.9- Bandpass filters using lambda/2 resonant-line filters
- End Coupled resonator / capacitive and inductive coupling.
- Edge Coupled line filter
- Hairpin filters and other topologies / technologies
2.10- Microwave Stepped-Impedance Low-Pass Filter.
2.11- Microwave Notch filter.
2.12-Microstrip Patch Antenna.
3. Analysis and design of applied active microwave subsystems.
3.1- Microwave Amplifiers.
3.2- Microwave Oscillators.
3.3- Microwave frequency mixers.
3.4- Microwave rectifiers.
3.5- Microwave control circuits.
El objetivo fundamental de esta asignatura es que el alumno desarrolle la habilidad de diseño de subsistemas y sistemas hardware de microondas en el contexto de las diferentes aplicaciones de las microondas (telecomunicaciones, teledetección, radiolocalización, aplicaciones industriales, científicas y biomédicas).
Para ello, se pretenden desarrollar las siguientes competencias más concretas:
1- Desarrollar la habilidad de distinguir las diferentes aplicaciones de la Ingeniería de Microondas, y su contextualización en la historia de la ciencia, en la historia de la evolución humana, y sus implicaciones sociales y económicas en el mundo global e interconectado. En particular, se pretende hacer hincapié en la revolución científica y social que suponen las comunicaciones inalámbricas.
2- Desarrollar la habilidad de análisis de circuitos de microondas prácticos en tecnología guía de onda, tecnología impresa, y tecnología híbrida.
3- Desarrollar la habilidad de diseño de subsistemas de microondas aplicados, tales como osciladores, amplificadores, circuitos de distribución, antenas, filtros, mezcladores, detectores y circuitos de control.
4- Desarrollar la habilidad de diseño a nivel de sistema, mediante el ensamblaje o unión de los subsistemas citados en el objetivo 3, para formar sistemas de microondas con aplicación práctica (transmisores y receptores de microondas), en el contexto de las aplicaciones descritas en el objetivo 1.
5- Desarrollar la habilidad de manejo de simuladores electromagnéticos para el diseño y optimización de circuitos de alta frecuencia, distinguiendo los simuladores de circuitos pasivos de los de circuitos activos, y de los simuladores de circuitos impresos de los de circuitos en tecnología guiada. Desarrollar la habilidad de distinguir los diferentes tipos de simuladores, entendiendo qué tipo de simulador es el más adecuado para el diseño asistido por ordenador (CAD) de cada tipo de circuito de microondas.
6- Desarrollar la habilidad de fabricación de circuitos en tecnología impresa y guiada. Para ello, el alumno debe desarrollar las habilidades de búsqueda de componentes de microondas y materiales (substratos y guías metálicas y dieléctricas), desarrollo de -layouts- y esquemas de fabricación de circuitos de bajo coste, manejo de instrumentación de prototipado de circuitos impresos y guiados, montaje de circuitos y componentes, y finalmente la habilidad de utilizar instrumentación de medida de circuitos de alta frecuencia (analizadores de redes, analizadores de espectro, osciladores-).
7- Desarrollar la habilidad de contrastar los resultados experimentales con los teóricos. Desarrollar la habilidad de ajuste de los circuitos fabricados para intentar conseguir las especificaciones requeridas.
8- Desarrollar la habilidad de manejar información técnica (-datasheets-, artículos científicos, -application notes-, manuales de CAD y de instrumentación), la habilidad de gestionar el desarrollo de un proyecto aplicado y multidisciplinar, y de trabajar dentro de un equipo de personas.
9-Desarrollar una perspectiva amplia de las diferentes aplicaciones y situaciones en las que se pueden usar circuitos de microondas, en el ámbito de comunicaciones civiles y militares, comunicaciones terrestres y espaciales, electrónica de consumo, aplicaciones científicas, médicas, biológicas e industriales.
10- Desarrollar el conocimiento, perspectiva y sensibilidad sobre las implicaciones que las nuevas tecnologías de comunicaciones (particularmente las inalámbricas) tienen en el funcionamiento actual de nuestro mundo. Comprender cómo influyen dichas tecnologías en aspectos sociales, económicos, científicos, legislativos, morales y filosóficos. Desarrollar la responsabilidad ante estos cambios y sus consecuencias, como ingenieros de telecomunicación y ciudadanos que formamos parte de este cambio.
Estudio personal o en grupo de alumnos
Estudio personal o en grupo de alumnos fuera del aula y horario de clase
60
0
Preparación de trabajos y ejercicios (incluye tiempo para consulta bibliográfica y documentación)
Preparación de trabajos y ejercicios (incluye tiempo para consulta bibliográfica y documentación) fuera del aula y horario de clases
60
0
Clase de teoría
clases magistrales en pizarra y apoyadas en presentación de diapositivas para sentar las bases teóricas de la asignatura
21
100
Clase orientada a la resolución de problemas y caso de estudio
clases de ejercicios para aplicar los conceptos teóricos estudiados en clase
12
100
Clase práctica en laboratorio
prácticas en el laboratorio con software de simulación electromagnética para diseñar circuitos de microondas, así como trabajos prácticos montando y midiendo circuitos de microondas diseñados
12
100
Asistencia a seminarios, conferencias, visitas guiadas, etc.
existe la posibilidad de asisitir a seminarios o cursos relacionados con la asignatura
3
100
Presentación de trabajos ante el profesor
presentación de ejercicios teóricos o prácticos relacionados con el diseño de circuitos de microondas estudiados en clase
9
100
Realización de pruebas de evaluación (tiempo de duración de los exámenes y otras pruebas de evaluación en el aula)
exámenes parciales y finales de la asignatura
3
100
Exámenes escritos y/u orales (evaluación de contenidos teóricos, aplicados y/o prácticas de laboratorio)
El sistema de evaluación de la asignatura "Aplicaciones de las Microondas" tiene como principal actividad un examen obligatorio en al convocatoria ordinaria (enero) y extraordinaria (julio) con una ponderación total del 80%. El examen se dividirá en una parte de resolución de problemas para mostrar los conocimientos teóricos adquiridos e impartidos en las clases de teoría, con un peso del 60%, y una parte de cuestiones tipo test o de respuesta corta, con múltiples opciones, correspondiente a cuestiones de las prácticas de laboratorio y con un peso del 20%. En este examen, se requerirá una puntuación mínima de cuatro puntos sobre diez. El 20% restante de la nota total, se corresponderá a la evaluación de las prácticas en el laboratorio.
80 %
Entregables de ejercicios y/o prácticas
El sistema de evaluación se completa con la actividad "entrega de casos prácticos y memorias del laboratorio". En particular, cuestiones teóricas, ejercicios prácticos, problemas propuestos por el profesorado, así como las memorias de las prácticas de laboratorio. Para el desarrollo de esta tarea podrá hacer uso de la colección de problemas disponibles así como de las guías de prácticas en el laboratorio, y deberán hacer un análisis reflexivo en el que muestren capacidad de juicio propio y conclusiones personales, tanto cuantitativas como cualitativas. Esta actividad es de carácter obligatorio, supondrá el restante 20% de la evaluación de la asignatura, y requerirá de una puntuación mínima de tres puntos sobre diez para superarla. El profesor indicará la temática del trabajo para cada alumno y fecha de la defensa en Aula Virtual. En el caso de que un alumno no pueda entregar de manera justificada alguno de los informes requeridos, éste se pondrá en contacto con el profesor para llevar a cabo su recuperación.
20 %
Para superar la asignatura los estudiantes necesitarán una nota mínima de 5 sobre 10.
Autor: Collin, Robert E.
Título: Foundations for microwave engineering
Editorial: McGraw-Hill
Fecha Publicación: 2001
ISBN: 0780360311
Autor: Bahl, I. J.
Título: Microwave solid state circuit design
Editorial: John Wiley & Sons
Fecha Publicación: 2003
ISBN: 0471207551
Autor: Pozar, David M.
Título: Microwave engineering
Editorial: Addisson-Wesley
Fecha Publicación: 2012
ISBN: 9780470631553
Autor: Gómez Tornero, José Luis
Título: Transmisión por soporte físico ejercicios resueltos de circuitos pasivos y activos de microondas
Editorial: Universidad Politécnica de Cartagena,
Fecha Publicación: 2006
ISBN: 8495781700
Autor: Gómez Tornero, José Luis
Título: Ejercicios de subsistemas de microondas
Editorial: Universidad Politécnica de Cartagena,
Fecha Publicación: 2013
ISBN: 9788496997974