MICROONDAS II-2007 - Udabol Virtual

FACULTAD DE INGENIERIA
UNIDAD ACADEMICA SANTA CRUZ
Facultad de Ciencias y Tecnología.
Ingeniería de Telecomunicaciones
SEXTO SEMESTRE
SYLLABUS DE LA ASIGNATURA
MICROONDAS
Elaborado por: Ing. Edison Coimbra Gutierrez.
Gestión Académica II/2007
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UNIDAD ACADEMICA SANTA CRUZ
VISION DE LA UNIVERSIDAD
Ser la Universidad líder en calidad educativa.
MISION DE LA UNIVERSIDAD
Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad y competitividad al servicio de
la sociedad.
Estimado (a) estudiante:
El Syllabus que ponemos en tus manos es el fruto del trabajo intelectual de tus docentes, quienes han
puesto sus mejores empeños en la planificación de los procesos de enseñanza para brindarte una
educación de la más alta calidad. Este documento te servirá de guía para que organices mejor tus
procesos de aprendizaje y los hagas mucho más productivos. Esperamos que sepas apreciarlo y
cuidarlo.
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UNIDAD II: DISPOSITIVOS PASIVOS DE
MICROONDAS.
SYLLABUS
Asignatura:
Código:
Requisito:
Carga horaria:
Horas teóricas:
Horas prácticas:
Créditos:
Microondas.
ITT – 417.
ITT – 327.
80 horas.
60.
20.
8.
TEMA 3. Líneas de transmisión de
microcinta.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
Propagación de ondas en líneas de
transmisión de microcinta.
Impedancia de entrada de una línea.
Circuitos sintonizados con microcinta.
Transferencia de potencia en líneas de
transmisión.
Acoplamiento de impedancias.
Carta de Smith.
I. OBJETIVOS GENERALES DE LA
ASIGNATURA.
3.5.
3.6.
 Reconocer los diferentes elementos que
componen un sistema de comunicación por
microondas.
TEMA 4. Guías de ondas.
 Ponderar el uso de los sistemas de
microondas y evaluar las capacidades y
ventajas de los diferentes tipos.
4.2.
4.3.
4.4.
 Hacer cálculos de diseño para enlaces de
microondas mediante el conocimiento de los
perfiles y el comportamiento de las
microondas.
II. PROGRAMA
ASIGNATURA.
ANALÍTICO
DE
LA
4.1.
Propagación de ondas en guías de
onda.
Accesorios y herrajes.
Resonadores de cavidad.
Circuladotes y aisladores.
TEMA 5. Antenas de microondas.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
Antenas de bocina.
Antenas parabólicas.
Antenas de parche.
Antenas de ranuras.
UNIDAD III: APLICACIONES DE LAS
MICROONDAS.
UNIDAD I: DISPOSITIVOS ACTIVOS DE
MICROONDAS.
TEMA 6. El radar.
TEMA 1. Dispositivos de estado sólido
para microondas.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
Efectos de las frecuencias altas.
Transistores para microondas.
Dispositivos de Gunn.
Diodos IMPATT.
Diodos PIN.
Diodos varactores.
Técnicas de construcción de circuitos
para microondas.
6. 1
6. 2
6. 3
Ecuación del radar.
Radar de impulsos.
Radar Doppler.
TEMA 7.
Sistemas de comunicación
terrestre por microondas.
7. 1
7. 2
7. 3
Cálculo de trayectorias.
Enlaces fijos por microondas.
Sistemas locales de distribución por
microondas.
Tecnología WiMAX.
TEMA 2. Tubos de microondas.
7. 4
2.1.
2.2.
2.3.
III. BRIGADAS UDABOL.
Magnetrón.
Klistrón.
Tubo de onda viajera.
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Las Brigadas están destinadas a incidir de
manera significativa en la formación
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profesional integral de nuestros estudiantes y
revelan las enormes potencialidades que
presenta esta modalidad de la educación
superior no solamente para que conozcan a
fondo la realidad del país y se formen de
manera integral, sino, además, para que
incorporen a su preparación académica los
problemas de la vida real a los que resulta
imperativo encontrar soluciones desde el
campo profesional en el que cada uno se
desempeñará.
El trabajo de las Brigadas permite que
nuestros estudiantes se conviertan a mediano
plazo en verdaderos investigadores, capaces
de elaborar y acometer proyectos de
desarrollo comunitario a la vez que se
acostumbren
a
trabajar
en
equipos
interdisciplinarios o multidisciplinarios como
corresponde al desarrollo alcanzado por la
ciencia y la tecnología en los tiempos
actuales.
La ejecución de diferentes programas de
interacción social y la elaboración e
implementación de proyectos de desarrollo
comunitario derivados de dichos programas
confiere a los estudiantes, quienes son, sin
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dudas, los más beneficiados
iniciativa, la posibilidad de:
con
esta
-
Desarrollar
sus
prácticas
preprofesionales en condiciones reales y
tutorados por sus docentes con procesos
académicos de enseñanza y aprendizaje
de verdadera “aula abierta”-
-
Trabajar en equipos, habituándose a ser
parte integral de un todo que funciona
como unidad, desarrollando un lenguaje
común, criterios y opiniones comunes y
planteándose metas y objetivos comunes
para dar soluciones en común a los
problemas.
-
Realizar investigaciones multidisciplinarias
en un momento histórico en que la ciencia
atraviesa una etapa de diferenciación y en
que los avances tecnológicos conllevan la
aparición de nuevas y más delimitadas
especialidades.
-
Desarrollar una mentalidad, crítica y
solidaria, con plena conciencia de nuestra
realidad nacional.
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Nombre del proyecto: Radiación electromagnética.
Trabajos a realizar por los
estudiantes.
1.Hacer
un
resumen
de
normativas,
estándares
y
recomendaciones, nacionales e
internacionales, que se refieren a la
exposición electromagnética en la
región de radiofrecuencias.
2.- Visitar empresas de telefonía
celular
para
verificar
el
cumplimiento de normativas que se
refieren
a
la
exposición
electromagnética en la región de
radiofrecuencias. Con base a esta
información,
Elaborar
recomendaciones dirigidas a los
usuarios de telefonía celular.
Localidad, aula o
laboratorio-
Incidencia social
Aula.
Fecha
Semana 3
Empresas de
telecomunicaciones.
Prevención sanitaria.
Semana 3
Aunque no se ha constatado que la radiación
electromagnética
produce
efectos
perjudiciales para la salud, para proteger a las
personas, se han fijado una serie de niveles
de exposición frente a las radiaciones
electromagnéticas, en especial las de
frecuencias de microondas. Por debajo de
estos niveles se garantiza la ausencia de
efectos nocivos para la salud. Las actividades
a realizarse con relación a este tema son las
siguientes:
sistemas de telefonía celular. Con base a esta
información,
se
deben
elaborar
recomendaciones dirigidas a los usuarios del
servicio de telefonía celular.
1.- Hacer un resumen de normativas,
estándares y recomendaciones, nacionales e
internacionales, que se refieren a la
exposición electromagnética en la región de
radiofrecuencias. Los límites suelen ser muy
similares y se basan en las recomendaciones
de la Organización Mundial de la Salud
(OMS), dependiente de la ONU, y la
Asociación internacional para la protección de
radiaciones (IRPA).
Las primeras serán de aula, que consisten
en clases teóricas, exposiciones, ejercicios
sobre casos y trabajos grupales (Work
Paper’s y DIF’s).
IV. EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA.
 PROCESUAL O FORMATIVA.
Durante el semestre se realizarán dos tipos
de actividades:
Las segundas serán fuera de aula, que
consisten en la realización de proyectos de
dispositivos que serán probados en
laboratorio, y las Brigadas que consistirán en
la investigación sobre la existencia y
cumplimiento de normativas para la
protección humana frente a la radiación
electromagnética de los sistemas de telefonía
celular.
2.- Visitar a las empresas de telefonía celular
ENTEL Móvil, Telecel y Nuevatel, para
verificar el cumplimiento de normativas
relacionadas con el establecimiento de los
límites de exposición que garanticen la
protección sanitaria del público en general
ante la radiación electromagnética de los
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Cada una se tomará como evaluación
procesual calificándola entre 0 y 50 puntos
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independientemente de la cantidad
actividades realizadas por cada alumno.
de
Editorial Mc Graw Hill. 2000.
(SOLICITADA)
 DE RESULTADOS DE LOS PROCESOS
DE
APRENDIZAJE
O
SUMATIVA
(examen parcial o final).
COMPLEMENTARIA

Comunicaciones. Editorial Thomson.
Se realizarán dos evaluaciones parciales con
contenidos teóricos y prácticos. El examen
final será escrito e integral de toda la materia.
Los exámenes parciales y el examen final
tendrán una calificación que oscila entre 0 y
50.
México 2004.
I. CONTROL DE EVALUACIONES.
1° evaluación parcial
Fecha
Nota
V. BIBLIOGRAFÍA.
2° evaluación parcial
Fecha
Nota
BÁSICA

FRENZEL. Sistemas Electrónicos de
Comunicaciones. Editorial Alfaomega.
Examen final
Fecha
Nota
España. 2003. (621.382 F88)

BLAKE Roy. Sistemas Electrónicos de
KRAUSS–FLEISCHBRAULT –PIAT.
Electromagnetismo - con aplicaciones.
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APUNTES
VII. PLAN CALENDARIO
SEMANA
ACTIVIDADES
OBSERVAC.
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TEMA 1. Dispositivos de estado sólido
para microondas.
1.1 ---- 1.2.
2
TEMA 1. Dispositivos de estado sólido
para microondas.
1.3 ---- 1.4.
3
TEMA 1. Dispositivos de estado sólido
para microondas.
1.5 ---- 1.7.
4
TEMA 2. Tubos de microondas.
2.1.
5
TEMA 2. Tubos de microondas.
2.2.
6
TEMA 2. Tubos de microondas.
2.3.
7
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TEMA 3. Líneas de transmisión de
microcinta.
3.1 --- 3.2.
EVAL PARC I
TEMA 3. Líneas de transmisión de
microcinta.
3.3 --- 3.4.
EVAL PARC I
TEMA 3. Líneas de transmisión de
microcinta.
3.5 --- 3.6.
10
TEMA 4. Guías de ondas.
4.1 ---- 4.2.
11
TEMA 4. Guías de ondas.
4.3 ---- 4.4.
12
TEMA 5. Antenas de microondas.
5.1 ---- 5.2.
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Presentación de notas
TEMA 5. Antenas de microondas.
5.3 ---- 5.4.
TEMA 6. El radar.
6.1.
EVAL PARC II
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TEMA 6. El radar.
6.2.
Presentación de notas
EVAL PARC II
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TEMA 6. El radar.
6.3.
17
TEMA 7.
Sistemas de comunicación
terrestre por microondas.
7.1 ---- 7.2.
18
TEMA 7.
Sistemas de comunicación
terrestre por microondas.
7.3 ---- 7.4.
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EVALUACION FINAL
20
SEGUNDA INSTANCIA
Presentación de notas
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
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WORK PAPER # 1
UNIDAD O TEMA: TECNOLOGIA DE RADIOFRECUENCIAS Y MICROONDAS.
TITULO: Efectos de las frecuencias altas.
FECHA DE ENTREGA: Semana 2.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Primera etapa.
Efectos de las frecuencias altas
No existe una clara distinción entre
microondas y otras señales de frecuencia de
radio. De común acuerdo, el límite inferior para
las frecuencias de microondas se fija en 1 GHz.
Se examina aparte a las microondas debido a
que muchas técnicas ordinarias para amplificar
y transmitir señales se vuelven menos efectivas
cuando aumenta la frecuencia, en tanto que
otras técnicas imprácticas a frecuencias
menores se vuelven más útiles.
A medida que se incrementa la frecuencia,
muchas de las suposiciones simplificadoras
que funcionan a frecuencias más bajas se
vuelven menos precisas.
A bajas frecuencias, se ignora la inductancia y
la capacitancia de las terminales del
componente. A frecuencias de microondas,
incluso las terminales de conexión cortas
tienen reactancia capacitiva e inductiva
importantes, así que el diseño físico de los
componentes debe cambiar.
Se
rediseñaron
algunos
componentes
ordinarios para reducir el tiempo de tránsito y
algunos dispositivos activos a fin de incorporar
los efectos de tiempo de tránsito en su
operación.
Debido a las cortas longitudes de onda de las
señales de microondas, las antenas de tamaño
físico razonable pueden tener ganancia muy
alta y los reflectores parabólicos se vuelven
prácticos.
A frecuencias de microondas, las pérdidas en
las líneas de transmisión ordinarias son
bastante grandes, y las guías de ondas, que
son imprácticas a frecuencias más bajas,
toman su lugar.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 1
1. Describa
las
distintas
bandas
de
frecuencias de radio del espectro
electromagnético.
2. ¿Cuál
es
la
diferencia
en
el
comportamiento en frecuencias altas y
bajas de los siguientes componentes
electrónicos discretos?
A frecuencias en el intervalo de UHF y
superiores, los conductores de incluso unos
cuantos centímetros de largo, no pueden ser
ignorados o tomar solo en cuenta su
capacitancia e inductancia concentradas, Es
necesario analizarlos como líneas de
transmisión, en las cuales se incluyen las
constantes distribuidas.
A frecuencias cercanas a la banda de UHF,
comúnmente se ignora el tiempo que tardan los
portadores de carga para moverse por
dispositivos como diodos, transistores y tubos
al vacío. Cuando el periodo de las señales se
vuelve más corto, este tiempo de tránsito se
vuelve una fracción importante de un ciclo
completo.
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a)
b)
c)
d)
Resistor
Capacitor
Inductor
Transistor
Dibuje el circuito equivalente en altas
frecuencias de cada uno de ellos.
3. Explique
¿qué puede hacerse para
disminuir el efecto de las frecuencias altas
en dichos componentes?
4. Explique
¿qué
autoresonancia?
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se
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entiende
por
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5. ¿Por qué son más simples de analizar las
líneas de transmisión a bajas frecuencias
que a frecuencias superiores?
6. Dibuje el circuito equivalente para una
sección corta de línea de transmisión y
explique el significado físico de cada
elemento del circuito.
7. ¿Qué es el efecto superficial y qué lo
causa?
Los trabajos deben ser entregados y
expuestos en la fecha que se indica. La
presentación se hará en Power Point.
Bases para calificar el trabajo
30 puntos: contenido mínimo.
Si el contenido responde a lo pedido en cada
uno de los puntos.
8. ¿Qué dispositivos se utilizan en altas
frecuencias para reemplazar a los
capacitores e inductores concentrados
utilizados en bajas frecuencias?
30
puntos:
procesamiento
de
la
información.
Si la información obtenida de la literatura
especializada ha sido procesada, analizada y
sintetizada para una mejor comprensión.
9. ¿Por qué las líneas de transmisión de dos
conductores son reemplazadas por guías
de onda hueca en el intervalo de
frecuencias de microondas?
20 puntos: presentación en documento.
Se calificará el orden, coherencia y síntesis del
documento escrito. Se valorarán los análisis y
comentarios sobre el tema.
10. ¿Compare física y eléctricamente las
antenas utilizadas en los intervalos de
frecuencias intermedias y en frecuencias
de microondas.
20 puntos: exposición del trabajo.
Se calificará la creatividad en la presentación,
calidad de la información y la claridad de la
exposición. Se valorarán los análisis y
comentarios individuales.
Presentación
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 2
UNIDAD O TEMA: DISPOSITIVOS ACTIVOS DE MICROONDAS.
TITULO: Dispositivos de estado sólido.
FECHA DE ENTREGA: Semana 3.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Primera etapa.
Cuando se inventaron los transistores,
estaban restringidos a aplicaciones de baja
frecuencia. La utilidad se amplio poco a poco
por el espectro de la radiofrecuencia y, en la
actualidad, hay transistores que se utilizan en
el intervalo de las microondas. Al mismo
tiempo, se diseñaron otros dispositivos de
estado sólido para aprovechar algunos de los
factores que reducen la eficiencia de los
transistores cuando aumenta la frecuencia.
es del mismo orden que el periodo de señal,
se tendrán desplazamientos de fase que
afectan seriamente el desempeño. En
general, los electrones libres se mueven con
más rapidez que los huecos, esto explica la
preponderancia de los transistores bipolares
NPN y los transistores de efecto de campo de
canal N en las aplicaciones de alta
frecuencia. El arseniuro de galio es más
rápido que el silicio y se prefiere en las
aplicaciones de microondas.
Transistores para microondas
Dispositivos de Gunn
Los transistores de silicio comunes adolecen
de dos problemas importantes cuando
aumenta la frecuencia. Primero, los
componentes del transistor, entre otros las
puntas y los elementos de silicio, muestran
capacitancia e inductancia parásitas. A
medida que aumenta la frecuencia, las
reactancias
inductivas
crecen
y
las
reactancias
capacitivas
disminuyen.
Finalmente, hay tanta retroalimentación del
colector a la base que se inutiliza el
transistor.
Una solución al problema del tiempo de
tránsito aparece en muchísimos dispositivos
de microondas y se describe de forma
aproximada como "si no puedes vencerlo,
únetele." Es decir, en vez de intentar
mantener el tiempo de tránsito lo más
pequeño posible para reducir sus efectos
indeseados, el diseñador incluye un
desplazamiento de fase debido al tiempo de
tránsito como una de las características del
dispositivo. El dispositivo de Gunn es uno de
los dispositivos de tiempo de tránsito más
simples.
Es imposible eliminar la capacitancia e
inductancia parásitas, pero existen técnicas
para reducirlas.
Otros dispositivos
Un problema fundamental con cualquier
transistor (y con muchos otros tipos de
dispositivos) es el tiempo de tránsito. A fin de
que funcione un transistor, diodo u otro
dispositivo similar, los portadores de carga
deben moverse de una región a otra. Esto
toma una pequeña cantidad de tiempo finita,
lo que depende del tipo de portador, la
movilidad de los portadores en el material y la
distancia por recorrer. Si el tiempo de tránsito
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Los diodos IMPATT, PIN, varactor son
ejemplo de otros dispositivos de estado sólido
utilizados en aplicaciones de microondas.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 4.
1. ¿Cuáles son las técnicas utilizadas para
eliminar las reactancias parásitas de los
transistores comunes de silicio para que
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puedan ser utilizados en aplicaciones de
microondas?
multiplicar esta frecuencia a una
frecuencia nominal de 6 GHz. ¿Por
cuánto podría variar la frecuencia?
2. Los transistores de microondas siempre
son NPN si son bipolares y de canal N si
son FET. ¿Por qué?
3. Explique qué se entiende por resistencia
negativa y de dos ejemplos de
dispositivos de microondas de estado
sólido que tengan esta característica.
4. ¿Por qué el espesor físico de un
dispositivo de Gunn
frecuencia resonante?
determina
su
5. Un dispositivo de Gunn tiene un espesor
de 7 m. ¿A que frecuencia oscilará en el
modo de tiempo de tránsito?
6. Explique el efecto de avalancha que se
produce en los diodos IMPATT.
7. Mencione dos aplicaciones para los
diodos PIN y dos para los diodos
varactores.
8. ¿En que difieren los circuitos integrados
de microondas de los que se utilizan a
frecuencias menores?
9. ¿Cuál seria el espesor aproximado de
dispositivo de Gunn destinado a operar
en el modo de Gunn a una frecuencia de
20 GHz?
10. Un oscilador de cristal opera a una
frecuencia de 10 MHz con una estabilidad
de ± 0.002%. Se utiliza una serie de
multiplicadores
de
varactor
para
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 3
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UNIDAD O TEMA: LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.
TITULO: Acoplamiento de impedancias utilizando carta de Smith.
FECHA DE ENTREGA: Semana 7.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Primera etapa.
1. Acoplamiento de impedancia
Los desacoplamientos de impedancias tienen
un efecto dañino en las líneas de transmisión:
producen potencia que se refleja hacia la
fuente y voltajes y corrientes mayores de lo
normal que someten a esfuerzo a la línea y al
equipo conectado. En general, se obtienen
mejores resultados cuando la carga se acopla
con la impedancia característica de la línea.
Cuando este no es el caso, suele ser útil
conectar algún tipo de red de adaptación para
corregir el desacoplamiento. En microondas,
las redes de adaptación o acoplamiento se
construyen por medio de secciones de
microlíneas o componentes de guía de ondas.
2. Carta de Smith
En enero de 1939, Philip H. Smith publicó la
carta de Smith, una gráfica sofisticada que
permite soluciones visuales de los cálculos de
líneas de transmisión. A partir de entonces, se
la ha utilizado para indicar impedancias y
admitancias complejas y la forma en la que
varían a lo largo de una línea, por lo tanto es
posible usar la gráfica como ayuda para la
adaptación o acoplamiento de impedancias.
Puesto que el centro de la gráfica representa
siempre la impedancia característica del
sistema, acoplar una línea requiere mover su
impedancia de entrada al centro de la gráfica,
mientras más cerca esté del centro, mejor es el
acoplamiento. La Figura 1 es una impresión de
computador de un programa llamado
WinSmith, uno de los muchos que llevan a
cabo los cálculos de la carta de Smith.
Figura 1. Carta de Smith (WinSmith).
3. Acoplamiento mediante una línea de
transmisión de /4
Una línea de transmisión de /4 también puede
utilizarse como transformador. Un cuarto de
longitud de onda (0.25 ) a lo largo de una
línea representa media rotación alrededor de la
carta, así que un /4 de la línea de la
impedancia correcta puede transformar una
impedancia real en otra (vea la Figura 2. La
impedancia característica Zo' de la línea para el
transformador se determina a partir de la
siguiente ecuación:
Figura 2. Transformador de /4.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 2.
1. ¿Qué
se entiende por impedancia
característica de una línea de transmisión?
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FACULTAD DE INGENIERIA
largo de una línea en cortocircuito sin
pérdida.
2. Defina el factor de velocidad para una línea
de transmisión y explique por qué nunca
puede ser mayor que uno.
8. Trace un diagrama que muestre cómo se
utiliza un transformador de /4 para
adaptación de impedancia. ¿Está acoplado
por si mismo el transformador?
3. Compare las técnicas de construcción de
línea de cinta y microcinta y dibuje un
esquema de cada tipo.
4. Indique la fórmula matemática para calcular
la impedancia característica de una línea
de cinta y de una microlínea.
9. ¿Por qué es circular la carta de Smith?
10. Encuentre la ubicación correcta y la
impedancia
característica
de
un
transformador de /4 requerido para
acoplar una línea de 50  con una
impedancia de carga de 75 + j25 .
5. Explique qué se entiende por la SWR en
una línea. ¿Cuál es su valor cuando una
línea esta perfectamente acoplada o
adaptada?
6. ¿Por qué normalmente no es deseable un
valor alto de SWR?
7. Trace un diagrama que muestre cómo
varía la impedancia con la distancia a lo
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 4
UNIDAD O TEMA: GUÍAS DE ONDAS.
TITULO: Modos y frecuencias de corte.
FECHA DE ENTREGA: Semana 11.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa.
1.- Guías de ondas
Las pérdidas del dieléctrico y del conductor en
las líneas de transmisión ordinarias se
incrementan con la frecuencia. Las guías de
ondas proveen una alternativa para las
frecuencias de microondas. Una guía de ondas
es en esencia un conducto por el que viaja una
onda electromagnética. Conforme viaja a lo
largo de la guía, se refleja desde las paredes.
En la Figura 1 se muestra la idea general de
las guías de ondas rectangulares de latón o
aluminio, en ocasiones recubiertas en el
interior con plata. Se utilizan también
secciones transversales elípticas y circulares.
frontera. Por ejemplo, no puede haber ningún
campo eléctrico a lo largo de la pared de la
guía de ondas. Si existiera este tipo de campo,
tendría que haber un gradiente de voltaje a lo
largo de la pared, y eso es imposible debido a
que no puede haber ningún voltaje en un
cortocircuito.
Podría ayudar a entender los modos si se
piensa en una onda que se mueve por la guía
como si fuera un rayo de luz (vea la Figura 2).
Para cada modo diferente, el rayo choca con
las paredes de la guía a un ángulo distinto.
Cuando el ángulo que un rayo forma con la
pared de la guía se hace más grande, la
distancia que debe viajar el rayo para llegar al
extremo opuesto de la guía se hace más
grande.
Figura 1. Guía de onda rectangular.
Es posible construir una guía de ondas para
cualquier frecuencia, pero estos dispositivos
operan como filtros pasa altas, es decir, para
una determinada sección transversal de la guía
de ondas, hay una frecuencia de corte por
debajo de la cual no se propagan las ondas. A
frecuencias abajo del intervalo de los GHz, las
guías de onda son demasiado grandes para
ser prácticas para la mayoría de las
aplicaciones.
2.- Modos y frecuencia de corte
Hay varias formas (llamadas modos) en las
que la energía eléctrica se propaga a lo largo
de una guía de ondas. Todos estos modos
deben satisfacer ciertas condiciones de
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Figura 2. Propagación multimodo
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 3.
1. De las frecuencias límites aproximadas
para la parte de microondas del espectro.
2. ¿Cuáles son las principales aplicaciones
prácticas de las guías de ondas?
3. Explique
qué entiende por modo
dominante en una guía de ondas y por qué
el modo que normalmente se utiliza es
éste.
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FACULTAD DE INGENIERIA
4. Nombre el modo dominante para una guía
de onda rectangular y explique lo que se
entiende por los números en la
designación.
5. Explique la diferencia entre velocidad de
fase y velocidad de grupo en una guía de
ondas. ¿Cuál de estas es mayor que la
velocidad de la luz? Explique cómo es esto
posible.
6. Enuncie una diferencia entre el uso de
impedancia característica en una línea
coaxial y una guía de ondas.
7. ¿Por qué las guías de onda rectangulares
se utilizan sólo en un margen 2:1?
8. Calcule la frecuencia de corte para el modo
TE10 en una guía de ondas con aire como
dieléctrico y una sección transversal interior
de 2 cm por 4 cm. ¿Sobre qué intervalo de
frecuencia el modo dominante es el único
que se propaga?
9. La guía de ondas RG-52/U es rectangular
con una sección transversal interna de
22.86 por 10.16 mm. Calcule la frecuencia
de corte del modo dominante y el margen
de frecuencias para el cual es posible la
propagación de modo simple.
10. Para una señal de 10 GHz en una guía de
ondas RG-52/U, calcule: (a) la velocidad de
fase (b) la velocidad de grupo (c) la
longitud de onda de la guía y (d) la
impedancia característica.
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WORK PAPER # 5
UNIDAD O TEMA: APLICACIONES DE LAS MICROONDAS.
TITULO: El radar.
FECHA DE ENTREGA: Semana 16.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Tercera etapa.
El radar
Trigonometría del radar
El radar (radio detection and ranking) requiere,
en esencia, que un transmisor emita una señal
por medio de una antena direccional hacia
algún objeto llamado objetivo. La señal se
refleja del objetivo de regreso a la fuente,
donde es recibida e interceptada. La
información acerca del objetivo se obtiene
analizando la reflexión o eco.
Como el radar usa frecuencias de microondas,
esto resulta en comunicaciones de línea de
vista. En otras palabras, el radar no logra
detectar objetos más allá del horizonte. Los
objetos no tienen que ser visibles en forma
física, pero deben estar dentro de la línea de
vista de la distancia de radio para que suceda
la detección.
En los primeros radares se utilizaban señales
en las regiones de HF y VHF del espectro,
pero en la actualidad son más comunes las
microondas. Es posible enfocarlas en haces
más estrechos y detectar objetivos más
pequeños, ya que el objetivo debe ser
relativamente grande comparado con la
longitud de onda para proporcionar una buena
reflexión.
La relación entre alcance, acimut y elevación
suele expresarse mediante un triángulo recto,
corno muestra la Figura 1. Suponga que el
radar se ubica en tierra y que sirve para
detectar aeronaves. La distancia entre la
unidad de radar y la aeronave remota es la
hipotenusa del triángulo rectángulo. La altura
se define por el ángulo de elevación.
El equipo de radar se divide en dos categorías
principales. El radar de pulsos transmite una
ráfaga corta de microondas llamada pulso, que
se refleja del objetivo y se recibe un instante
después. El tiempo entre los pulsos recibido y
transmitido da información acerca de la
distancia. El radar de onda continua CW
transmite sin interrupción y compara la
frecuencia del eco recibido con la de la señal
transmitida. El movimiento relativo entre el
radar y el objetivo causa un cambio de
frecuencia (el efecto Doppler), del cual se
obtiene información de velocidad. También hay
radares que combinan ambas técnicas.
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Figura 1. Trigonometría de radar.
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CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 5.
6. Un pulso enviado por un radar hacia un
objetivo regresa después de 15 s. ¿Qué
tan lejos está el objetivo?
1. ¿Por qué la señal de potencia que recibe
un receptor de radar disminuye con la
cuarta potencia de la distancia al objetivo?
7. Un radar emite pulsos con una duración de
1 s a una tasa de repetición de 1 KHz.
Calcule el alcance máximo y mínimo para
este radar.
2. Un transmisor de radar tiene una potencia
de 10 kW y opera a una frecuencia de 9.5
GHz. Su señal se refleja de un objetivo a
15 km con una sección transversal de radar
de 10.2 m2. La ganancia de la antena es 20
dBi. Calcule la potencia de la señal
recibida.
8. Calcule
el
desplazamiento
Doppler
causado por un vehiculo que se mueve
hacia un radar a 100 km/h, si el radar opera
a 10 GHz.
3. Explique cómo surgen ambigüedades al
medir la distancia con una instalación de
radar de pulsos.
4. Suponiendo que un radar Doppler se
calibró correctamente para objetivos que se
mueven directo hacia la antena, ¿sus
lecturas serán altas o bajas para objetivos
que se mueven hacia ésta a cierto ángulo?
Explique su respuesta.
9. Mencione tres usos militares y cuatro
civiles del radar
10. Explique cuáles son las formas básicas
para escapar a la detección del radar, es
decir para construir, por ejemplo, un avión
sigiloso o “fantasma”.
5. ¿Cómo se mide la velocidad con un radar
de pulsos?
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DIF`S # 1
UNIDAD O TEMA: DISPOSITIVOS ACTIVOS Y PASIVOS DE MICROONDAS.
TITULO: Dispositivos de microondas.
FECHA DE ENTREGA: Semana 4.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Primera etapa.
Como
cualquier
otro
sistema
de
comunicaciones, aquellos por microondas
usan transmisores, receptores y antenas. En
el intervalo de frecuencias de microondas, se
usan las mismas técnicas de multiplexación y
modulación utilizadas en frecuencias bajas.
No obstante, la parte de RF del equipo es
físicamente diferente debido a los circuitos y
componentes especiales que se emplean para
hacer los circuitos.
Consultando la bibliografía de la materia y la
literatura especializada en Internet, describa:
1.- Las partes de un transmisor y de un
receptor de microondas que requieren
componentes especiales de microondas.
2.- Los tipos de líneas de transmisión que se
utilizan para producir circuitos y componentes
de microondas. ¿Cuáles son los circuitos
comunes?
3.- Los conductos diseñados para transportar
las ondas electromagnéticas de una señal de
microondas.
5.- Las antenas más comunes en microondas.
CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo):
COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo):
GRUPO (máximo cinco integrantes):
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DIF`S # 2
UNIDAD O TEMA: TUBOS DE MICROONDAS.
TITULO: Magnetrones.
FECHA DE ENTREGA: Semana 6.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Primera etapa.
Es muy probable que en su cocina haya un
magnetrón, puesto que todo horno de
microondas contiene uno. Consultando la
bibliografía de la materia y la literatura
especializada en Internet, profundice sus
conocimientos sobre el tema y describa el
principio de funcionamiento del horno de
microondas y las precauciones de seguridad
que deben tomarse para que no sea usted el
cocinado.
Explique técnicamente sus
respuestas.
CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo):
COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo):
GRUPO (máximo cinco integrantes):
AP. PATERNO AP. MATERNO
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DIF`S # 3
UNIDAD O TEMA: APLICACIONES DE LAS MICROONDAS.
TITULO: Tecnologia WiMAX.
FECHA DE ENTREGA: Semana 18.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Tercera etapa.
siguiente generación de la expansión de
Internet, conectando a los siguientes 1.000
WiMAX (Interoperabilidad Mundial para Acceso
millones de usuarios. Consultando la literatura
por Microondas), es un sistema inalámbrico, en
especializada en Internet (en especial
la banda de 2 a 11 GHz, que permite el acceso
www.wimaxforum.org),
profundice
sus
a Internet sin necesidad de cables desde una
conocimientos
sobre
el
tema
y
describa
el
distancia de unos 50 Kilómetros. Esta
funcionamiento
y
las
características
del
tecnologia que ha “aparecido” en el año 2006,
sistema, además del impacto que pronto
podrá proporcionar la plataforma para la
tendrá sobre las clásicas redes de voz.
CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo):
COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo):
GRUPO (máximo cinco integrantes):
AP. PATERNO AP. MATERNO
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Práctica de Laboratorio:
Nº 1
Título: Antena Guía de Onda
Lugar de Ejecución: Laboratorio de
Computación.
Nombre y Apellidos:
_____________________________________
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__________________________________
Este tipo de antena es el más fácil de hacer y
de más bajo costo. Consiste en una lata de
metal de cualquier tipo y de tamaño apropiado.
Dentro de la lata, se forma una onda
estacionaria que tiene un nulo en el fondo del
tubo. El elemento activo, la sonda que inyecta
la señal, debe posicionarse en un máximo de
la onda estacionaria, el cual ocurre a g/4,
donde g/4 es la longitud de onda de la onda
estacionaria dentro de la guía (vea la Figura 2).
1. Objetivo:
Construir una antena guía de onda para WiFi,
que permita al estudiante familiarizarse con los
componentes necesarios usuales en la
construcción de antenas de microondas, como
son los conectores, las herramientas y algunos
conceptos técnicos.
2. Pregunta central
¿Cuál es el principio de funcionamiento de una
antena guía de onda y cómo se fabrica?
Figura 2. Onda estacionaria en la lata.
La longitud de onda de corte depende del
diámetro de la lata: c = 1,706 D.
La longitud de onda en el vacío es  = c/f,
donde c = 300.000 km/s y f es la frecuencia de
operación.
Organizando estas expresiones, se obtiene:
(1/)2 = (1/c)2 + (1/g)2
3. Consideraciones teóricas
Antena guía de onda
Una Antena de guía de onda es una antena
direccional modificada. Es simplemente un
tubo rectangular o cilíndrico en la sección
representativa, que lleva una señal de
microondas. Si un extremo del tubo se deja
abierto, apuntando hacia el Access Point u otra
antena, la señal saldrá en esa dirección y
entonces se tendrá una antena guía de onda
(vea la Figura 1).
De donde, para la frecuencia nominal f = 2,4
GHz, g/4 = 31 mm.
La antena así obtenida, puede equiparse con
un embudo para incrementar la sensibilidad de
la misma al recolectar la señal de microondas
de un área mayor. Este añadido multiplica la
ganancia de la antena por dos, es decir 3 dB.
Vea la Figura 3.
Figura 3. Antena guía de onda mejorada.
Figura 1. Antena guía de onda.
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La antena guía de onda, también se utiliza con
frecuencia como alimentador de una antena
parabólica. La combinación de un reflector
parabólico con una antena guía de onda (vea
la Figura 4), puede resultar en un aumento de
hasta 22 dB en la ganancia de la antena.
1.- Cálculo de la ganancia de la antena:
utilizando la fórmula de Friiss en el espacio
libre, y con los datos obtenidos en el anterior
punto, calcule la ganancia aproximada de
ambas antenas, y realice una comparación
cuantitativa.
5. Conclusiones
obtenidos
sobre
los
resultados
Organice los resultados obtenidos durante la
práctica para expresarlos mediante cuadros.
Figura 4. Antena guía de onda con reflector.
4. Ejecución de la práctica
I. Actividad preliminar
1.- Construya la antena guía de onda mostrada
en la Figura 1. Considere las dimensiones
mostradas en la Figura 2.
2.- Construya la versión mejorada de la
antena, según se muestra en la Figura 3. Esta
actividad corresponde a la segunda fase del
proyecto.
3.- Construya u obtenga un reflector parabólico
para usarlo con la antena guía de onda para
aumentar su ganancia. Esta actividad
corresponde a la tercera fase del proyecto.
II. Mediciones en Laboratorio.
1.- Prueba de funcionamiento: primero,
establezca contacto con un Access Point,
distante unos 100 m, en lo posible, con la
antena que trae su wireless. Después cambie
la antena por la guía de onda y vea la señal
que obtiene.
2.- Prueba de alcance máximo: realice
pruebas similares cada cierta distancia,
alejándose del Access Point. Determine la
máxima distancia alcanzada con la antena de
su wireless y la alcanzada con la antena guía
de onda.
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
VISITA TÉNICA # 1
UNIDAD O TEMA: RADIACION ELECTROMAGNETICA DE LOS SISTEMAS DE
TELEFONIA CELULAR
LUGAR: ENTEL Móvil, Telecel y Nuevatel.
FECHA PREVISTA: Semana 3.
RECURSOS NECESARIOS:
OBJETIVOS DE LA ACTIVIDAD: verificar el cumplimiento de normativas relacionadas con
el establecimiento de los límites de exposición que garanticen la protección sanitaria del
público en general ante la radiación electromagnética de los sistemas de telefonía celular.
FORMAS DE EVALUACIÓN: esta actividad es parte de las Brigadas, por lo que su
evaluación está considerada junto con la de ella.
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