Circuitos de microondas Código:  81.529    :  6
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Circuitos de microondas es una asignatura propia del itinerario de Sistemas de comunicación del Grado en Tecnologías de Telecomunicación de la Universitat Oberta de Catalunya (UOC).

La asignatura está orientada a profundizar en el comportamiento de los circuitos a altas frecuencias, a partir de la teoría de líneas de transmisión, así como a estudiar las técnicas de análisis de dichos circuitos, tales como el uso de los parámetros S. Asimismo, aborda el diseño de circuitos pasivos de microondas, amplificadores, mezcladores y osciladores operando a tales frecuencias. Finalmente, se cubre también el estudio de la teoría de guías de ondas con un módulo de carácter optativo.

El estudio de Circuitos de microondas puede, a primera vista del estudiante, parecer complejo ya que requiere de la utilización de parámetros de análisis no convencionales para la resolución de circuitos electrónicos que operan a frecuencias bajas o medias. Sin embargo, esto no debe ser necesariamente así. En efecto, si se analiza y comprende en detalle cada apartado de los primeros módulos, el seguimiento del resto se realiza de forma natural. En este sentido, el estudio pautado de los contenidos que se desarrollan a lo largo de los diferentes módulos incluye una amplia variedad de ejemplos prácticos desde el punto de vista de cálculo y simulación con la herramienta ADS. Dichos ejemplos ayudan a clarificar y retener los conceptos teóricos estudiados en cada uno de los apartados. Resulta altamente recomendable realizar dichos ejercicios resueltos, pues son muy beneficiosos a la hora de adquirir las capacidades y competencias citadas anteriormente, así como para la comprensión de los circuitos que fundamentan las aplicaciones prácticas actuales y del futuro.

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La asignatura Circuitos de microondas es propia del itinerario de Sistemas de comunicación del Grado en Tecnologías de Telecomunicación de la UOC. Sus contenidos pertenecen en gran medida al ámbito de la electrónica de radiofrecuencia, aunque también pueden ser perfectamente relacionados con el campo de los sistemas de comunicaciones.

Circuitos de microondas se nutre de los conocimientos previamente adquiridos por parte del estudiante en las asignaturas Electrónica de Comunicaciones y Física II, perteneciendo ambas al Grado en Tecnologías de Telecomunicación de la UOC y siendo obligatorias en todos sus itinerarios. Asimismo, puede ser cursada de forma natural al mismo tiempo que Antenas, asignatura también perteneciente al itinerario de Sistemas de comunicación del Grado en Tecnologías de Telecomunicación de la UOC.

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Los circuitos y dispositivos electrónicos que operan en el rango de frecuencia de las microondas (300 MHz - 300 GHz) desempeñan un rol fundamental en el diseño e implementación de los sistemas de comunicación modernos. En la actualidad, nuestra vida cotidiana está condicionada por numerosas aplicaciones que utilizan circuitos de microondas. A continuación se citan algunos ejemplos significativos:
  • Telefonía móvil: sistemas de generación 3G-4G
  • Tecnología wireless: Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, etc.
  • Transmisión de TV
  • Automóvil/tráfico
  • Satélite/GPS
  • Radar/navegación
  • Aplicaciones médicas: diagnosis
  • Identificación por radiofrecuencia (RFID)
  • Vigilancia/seguridad
  • Electrónica militar
  • Radiometría/detección remota
  • Radioastronomía

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La asignatura se nutre de los conocimientos previamente adquiridos por parte del estudiante en las asignaturas Electrónica de Comunicaciones y Física II, perteneciendo ambas al Grado en Tecnologías de Telecomunicación de la UOC y siendo obligatorias en todos sus itinerarios.

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Como parte del material de la asignatura, el estudiante trabajará con el software Advanced Design System (ADS) de la casa Agilent. La configuración recomendada para la máquina en la que se instale dicho software (normalmente, el PC del estudiante) es la siguiente:

  • Procesador: 1.66 GHz, 64-bit, x86 Quad-Core Processors, o superior.
  • RAM: 4 GB RAM, o superior.
  • Disco duro: 10 GB de espacio libre en disco, o superior.
  • Resolución de pantalla: 1024x768.

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De forma específica, se pretende que el estudiante adquiera las correspondientes competencias de Grado, mostradas a continuación:

  • Capacidad de análisis de componentes y sus especificaciones para sistemas de comunicaciones guiadas y no guiadas.
  • Capacidad para la selección de circuitos, subsistemas y sistemas de radiofrecuencia, microondas, radiodifusión, radioenlaces y radiolocalización.
  • Capacidad para la selección de antenas, equipos y sistemas de transmisión, propagación de ondas guiadas y no guiadas, por medios electromagnéticos, de radiofrecuencia u ópticos y la correspondiente gestión del espacio radioeléctrico y asignación de frecuencias.

El estudio de los contenidos de la asignatura permite adquirir las competencias y conocimientos necesarios con la finalidad de alcanzar los siguientes objetivos generales:

  1. Conocer los fenómenos de propagación en las líneas de transmisión, así como su modelizado y formulación matemática.
  2. Entender los conceptos de impedancia característica, coeficiente de reflexión, relación de onda estacionaria y adaptación.
  3. Saber utilizar la Carta de Smith para la resolución de circuitos de microondas y el cálculo de redes de adaptación.
  4. Conocer los medios de transmisión físicos para la correcta propagación de señales en régimen de alta frecuencia y la implementación de circuitos de microondas.
  5. Conocer las ventajas que ofrecen los parámetros S en el cálculo y caracterización de redes de microondas.
  6. Saber relacionar los parámetros S con los parámetros Z, Y, T y ABCD.
  7. Entender el concepto de redes pasivas, recíprocas y sin pérdidas.
  8. Comprender el funcionamiento de un analizador de redes.
  9. Entender las limitaciones en frecuencia de los componentes pasivos inductivos, capacitivos y resistivos.
  10. Calcular, modelizar y diseñar los circuitos pasivos de microondas: atenuadores, divisores de potencia, acopladores direccionales, resonadores y filtros de microondas.
  11. Entender y manejar los parámetros típicos usados en la caracterización de prestaciones de los componentes pasivos: pérdidas de inserción, pérdidas de retorno, aislamiento entre puertos, etc.
  12. Saber diseñar amplificadores lineales de microondas considerando su ganancia, ruido y estabilidad.
  13. Saber interpretar los círculos de ganancia, ruido y estabilidad en la carta de Smith.
  14. Conocer diferentes técnicas de polarización de transistores de microondas.
  15. Saber analizar los modelos en pequeña señal de los tipos de transistor más utilizados en los circuitos de microondas.
  16. Conocer el funcionamiento y propiedades de los principales tipos de diodos utilizados en microondas, así como sus aplicaciones.
  17. Conocer las principales clases de mezcladores y presentar sus figuras de mérito más relevantes.
  18. Saber diseñar multiplicadores de frecuencia y osciladores y presentar sus figuras de mérito más importantes.
  19. Comprender el concepto de guía de ondas, así como los diferentes tipos existentes y modos de propagación.
  20. Entender los conceptos de frecuencia de corte de los modos y de ancho de banda monomodal.
  21. Saber diferenciar entre los diferentes tipos de discontinuidades y obstáculos en una guía de ondas y conocer sus circuitos equivalentes.
  22. Saber diseñar circuitos pasivos con elementos de guías de onda.

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Se ha estructurado la asignatura en 5 módulos obligatorios más 1 módulo optativo, cuyos contenidos se resumen a continuación:

Módulo 1: Líneas de transmisión
En este módulo se introduce la teoría de líneas de transmisión, necesaria para modelizar los fenómenos de propagación en circuitos que operan a frecuencias de microondas. Posteriormente se repasa y amplía la teoría y se detallan las herramientas para el modelizado matemático de las líneas de transmisión. Para ello se definen los parámetros básicos que caracterizan a las líneas de transmisión y se aplican al cálculo de dichas líneas (impedancia característica, coeficientes de reflexión y transmisión, etc.). Se evalúa también el balance de potencias de las líneas de transmisión, así como las técnicas más importantes de adaptación. Finalmente se estudia el impacto de las pérdidas y la distorsión y se introducen las principales líneas de transmisión físicas.

Módulo 2: Análisis de circuitos de microondas
Este módulo está dedicado a comprender las redes de microondas y los parámetros relevantes para su análisis. Inicialmente se repasan los parámetros Z e Y, describiendo sus limitaciones para caracterizar los circuitos de microondas. A continuación se estudian los parámetros S, ya que son de mayor utilidad en el cálculo de redes de microondas, poniendo énfasis en su interpretación. Asimismo, se establecen las relaciones y conversiones entre los diferentes parámetros S, Z, Y, T y ABCD. Finalmente, se analiza el funcionamiento y utilidad de los analizadores de redes como instrumentos de medida de circuitos de microondas.

Módulo 3: Circuitos pasivos de microondas
Este módulo está centrado en el diseño, modelizado y simulación de los circuitos pasivos básicos de microondas con la pretensión de usarlos en función del tipo de aplicación. Se inicia este estudio analizando el impacto de frecuencias de microondas en componentes pasivos (resistencias, inductores y capacidades) y sus diferencias con los modelos de baja frecuencia. A continuación se describen las principales topologías, técnicas y ecuaciones de diseño, así como las matrices de parámetros S de diversos circuitos pasivos: atenuadores, adaptadores, inversores, transformadores ¿/4, tapers, divisores de potencia, acopladores direccionales, híbridos, resonadores y filtros de microondas.

Módulo 4: Amplificadores lineales de microondas
En este módulo se repasan las figuras de mérito más relevantes de los amplificadores de microondas, así como el proceso de modelizado y polarización de los mismos. En primer lugar, se describen en profundidad los tipos de ganancia del amplificador y se revisan otras figuras de mérito, tales como la figura de ruido, aislamiento, pérdidas de retorno, linealidad, etc. Seguidamente, se aborda el proceso de diseño de amplificadores bajo la aproximación de unilateralidad, a fin de simplificar los cálculos. Además del cálculo de ganancia, se realiza un análisis de la estabilidad de los amplificadores y se evalúa también el factor de ruido. Finalmente, se describen las técnicas estándar de polarización así como el procedimiento de diseño lineal de amplificadores de microondas.

Módulo 5: Mezcladores, multiplicadores y osciladores de microondas
En este módulo se estudia el modelizado y diseño de circuitos de microondas no lineales, tales como los mezcladores, multiplicadores de frecuencia y osciladores. En primer lugar, se analizan las características de diversos tipos de diodos (Schottky, PIN e Impatt) y, posteriormente, las de dispositivos activos tales como los transistores bipolares y FET. Una vez realizado este análisis se utilizan dichos componentes para introducir las topologías de mezcladores, multiplicadores de frecuencia y osciladores. Para cada caso se estudian las correspondientes figuras de mérito, así como su modelizado y proceso de diseño.

Módulo 6 (OPTATIVO): Guías de ondas
En este módulo se abordan los diferentes tipos de guías de ondas y sus principales características. Inicialmente, se introducen las guías de onda, se describe la propagación de campos y se desarrolla la propagación de modos en guías de onda. Asimismo, se estudia cómo modelizar dichas guías de onda mediante líneas de transmisión, incluyendo discontinuidades y obstáculos. Finalmente, se presentan varios ejemplos de circuitos pasivos básicos de guías de ondas.

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La Normativa académica de la UOC dispone que el proceso de evaluación se fundamenta en el trabajo personal del estudiante y presupone la autenticidad de la autoría y la originalidad de los ejercicios realizados.

La falta de originalidad en la autoría o el mal uso de las condiciones en las que se hace la evaluación de la asignatura es una infracción que puede tener consecuencias académicas graves.

El estudiante será calificado con un suspenso (D/0) si se detecta falta de originalidad en la autoría de alguna actividad evaluable (práctica, prueba de evaluación continua (PEC) o final (PEF), o la que se defina en el plan docente), ya sea porque ha utilizado material o dispositivos no autorizados, ya sea porque ha copiado de forma textual de internet, o ha copiado de apuntes, de materiales, manuales o artículos (sin la citación correspondiente) o de otro estudiante, o por cualquier otra conducta irregular.

La calificación de suspenso (D/0) en la evaluación continua (EC) puede conllevar la obligación de hacer el examen presencial para superar la asignatura (si hay examen y si superarlo es suficiente para superar la asignatura según indique este plan docente).

Cuando esta mala conducta se produzca durante la realización de las pruebas de evaluación finales presenciales, el estudiante puede ser expulsado del aula, y el examinador hará constar todos los elementos y la información relativos al caso.

Además, esta conducta puede dar lugar a la incoación de un procedimiento disciplinario y la aplicación, si procede, de la sanción que corresponda.

La UOC habilitará los mecanismos que considere oportunos para velar por la calidad de sus titulaciones y garantizar la excelencia y la calidad de su modelo educativo.

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Esta asignatura se puede superar por una doble vía: por un lado, a partir de la evaluación continua ( EC) y una prueba de síntesis (PS) y ,por otro lado, con la realización de un examen final (EX) .
- Para hacer la PS hay que haber superado la EC.
- Para hacer el EX no hay que haber superado la EC.
- En caso de haber superado la EC existe la opción de optar por el EX en vez de la PS .
La fórmula de acreditación de la asignatura es la siguiente: EC + PS o EX.

 

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