Antenas Código:  81.528    :  6
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La asignatura Antenas supone una introducción básica y general al mundo de las antenas y su utilización dentro de los sistemas de telecomunicación. Teoría, fundamentos físico-matemáticos, diseño, análisis, temas prácticos y aplicaciones son los ingredientes que conforman la asignatura, poniendo al alcance del estudiante una introducción básica y general al campo de las antenas.

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La asignatura Antenas pertenece al itinerario de Sistemas de comunicación del Grado en Tecnologías de Telecomunicación de la UOC. La naturaleza de sus contenidos es ciertamente heterogénea, pues combinan elementos pertenecientes a campos tales como la electrónica, el procesamiento de señal y las comunicaciones. De este modo, puede ser vista como una asignatura avanzada tanto del área de conocimiento relativa al procesamiento de señal y los sistemas de comunicaciones, como a la relativa a la electrónica aplicada a las comunicaciones. También, y de forma natural, puede ser perfectamente cursada al mismo tiempo que Circuitos de microondas, asignatura perteneciente también al itinerario de Sistemas de comunicación del Grado en Tecnologías de Telecomunicación de la UOC y que está enfocada al análisis y el diseño de circuitos electrónicos que trabajen a altas frecuencias.

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Teléfonos móviles, tabletas digitales, ordenadores con conexión wireless, headsets, libros electrónicos, edificios inteligentes, aparatos médicos wireless, cámaras wireless, son algunos ejemplos de nuestra realidad sin hilos. Esta realidad le está otorgando a la antena un protagonismo y una responsabilidad nunca pensada. Es por tanto necesario que un ingeniero de telecomunicación tenga nociones básicas conjugadas con algunas dosis más específicas de este elemento que constituye una parte esencial de los sistemas de comunicaciones actuales.

 

El contenido de la asignatura está enfocado tanto para aquellos ingenieros que se dedicarán al campo del diseño de antenas y circuitos de microondas como a aquellos en que la antena constituirá parte esencial de un sistema de comunicaciones.

 

En el primer caso, la asignatura introduce un vasto campo profesional que engloba no sólo el diseño de las antenas como tal sino también el diseño de software electromagnético encargado de facilitar el análisis frecuencial de las mismas, así como el diseño de circuitos de microondas principalmente enfocados a realizar adaptación de impedancias. Diseñar antenas es una tarea compleja fuertemente dependiente del tipo de dispositivo y servicio al que va enfocada, de este modo dentro del propio diseño de antenas pueden distinguirse varios perfiles como diseñadores de antenas para estaciones base, de antenas de banda ancha, o de antenas para dispositivos móviles por citar algunos ejemplos. En este sentido, los conceptos aquí estudiados servirán para abrirse paso en fases más complejas de diseño de antenas. El perfil requerido para este tipo de ingenieros se basa en la creatividad con una base tecnológica/científica muy amplia que permita detectar carencias del mercado y dar soluciones a las mismas. Los ingenieros más creativos con amplios conocimientos científico/tecnológicos constituyen piezas clave en empresas de base tecnológica donde los activos de la empresa son además del producto, la propiedad intelectual que genera el desarrollo del mismo. En este campo, los ingenieros tienen el rol relevante de la creación del portfolio de patentes de la empresa en el papel de inventores de nuevas tecnologías y técnicas de antenas.

 

En el segundo caso, los conocimientos de antenas proporcionados en esta asignatura tienen como objetivo proporcionar al ingeniero de sistemas la capacidad de conocer y entender las características generales, ventajas y limitaciones de una antena con el fin de poder optimizar el sistema en base a estas limitaciones (ej: funcionamiento, integración, costes). Este punto constituye una parte enormemente transcendental en la cadena de un sistema de telecomunicación. Y es que las antenas, en su vertiente de producto, acarrean intrínsecamente otros aspectos que el ingeniero debe tener en cuenta: robustez y estabilidad mecánica, materiales ligeros con pocas pérdidas, costes competitivos, facilidad de integración, representan algunos de estos aspectos.

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Competencias o Conocimientos previos

Asignaturas previas en que se adquieren

Teoría básica de propagación de ondas electromagnéticas. Carta de Smith. Cálculo de rotacionales, divergencias, gradientes y laplacianas.

Física II

Técnicas de análisis de circuitos electrónicos. El concepto de adaptación de impedancias

Teoría de circuitos

Transformada de Fourier de Señales Discretas y Transformada Z

Señales y sistemas II

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Cumplir los requisitos mínimos de matrícula de la asignatura Antenas pasa por haber superado satisfactoriamente las asignaturas Física II, Teoría de Circuitos y Señales y sistemas II. Más allá de estos requisitos mínimos, resulta conveniente haber superado también las asignaturas Sistemas de comunicaciones I y Electrónica de comunicaciones.

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Las competencias generales del Grado en las que se enmarca la asignatura son las siguientes:

 

[35] - Capacidad para la selección de circuitos, subsistemas y sistemas de radiofrecuencia, microondas, radiodifusión, radioenlaces y radiodeterminación.

 

[36] - 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.

 

Más concretamente, los objetivos fundamentales a adquirir por el estudiante que curse la asignatura son los siguientes:


1.    Conocer los diferentes tipos de antenas existentes y su aplicación en función del margen frecuencial de operación.

2.    Estudiar los parámetros mediante los que se caracteriza una antena, tanto en transmisión como en recepción, para poder determinar el balance de potencias de un radio enlace. Ser capaz de considerar la antena como un elemento integrado dentro un sistema de telecomunicación.

3.    Analizar los fundamentos de radiación de las ondas electromagnéticas para entender el procedimiento físico-matemático de la radiación.

4.    Examinar las antenas lineales básicas, saber modelarlas y entender cuáles son sus limitaciones. Los principios matemáticos descritos para analizar este tipo de antenas trascienden a todo el temario de la asignatura, dado que, en términos generales, las antenas pueden ser descritas como superposición de elementos lineales.

5.    Conocer y saber modelar el efecto del plano de masa (plano de tierra) en el comportamiento de una antena. El entorno asociado a muchas antenas de tipo hilo, como las embarcadas y las de radiodifusión, afecta a la radiación. Es relevante, por tanto, conocer cómo el medio modifica las prestaciones de una antena para abordar, de esta forma, su diseño teniendo en cuenta su entorno.

6.    Analizar las agrupaciones de antenas con el objetivo de poder modelar la radiación mediante la manipulación de la excitación de cada elemento. Los radares de aeropuerto o las estaciones base de comunicaciones móviles celulares son ejemplos de sistemas en los que se utilizan agrupaciones de antenas.

7.    Conocer el funcionamiento, la utilidad y el modelado de las antenas planas, tales como las ranuras y las antenas microstrip. Entender el mecanismo de radiación a partir de campos en aperturas.

8.    Saber modelar y analizar una antena como elemento integrado en el sistema transmisor o receptor al que va conectado, lo que incluye describir los mecanismos que proporcionan las herramientas necesarias para realizar, por ejemplo, la adaptación de impedancias, o para mejorar parámetros de antena tan relevantes como el ancho de banda.

9.    Determinar los efectos de carga (bobinas, condensadores, líneas de transmisión) sobre antenas, lo que va a permitir introducir las antenas miniatura y multibanda.

10.    Entender cómo se puede modificar la directividad de una antena mediante el uso de reflectores y lentes. Enlazar conceptos de óptica geométrica con radiación de antenas.

11.    Adquirir la capacidad de abstracción. Con las herramientas presentadas se dispone de una base físico-matemática y tecnológica que permitirá afrontar problemas más complejos.

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Módulos

Breve descripción

Módulo 1:

La antena en un sistema de telecomunicación

A lo largo de este primer módulo se realiza una introducción al concepto de antena y se presentan los diferentes tipos de antenas existentes clasificados según su geometría y su comportamiento. Del mismo modo, se describen y analizan en profundidad los diferentes parámetros que permiten caracterizar el comportamiento de una antena y que son útiles para realizar cálculos de radioenlaces formados por antenas.

Módulo 2:

Fundamentos básicos. Antenas de hilo

Este módulo aborda el cálculo de los campos radiados por estructuras lineales. Se trata de un módulo de particular importancia, ya que presenta las bases de la teoría electromagnética y desarrolla mecanismos de cálculo extensibles a cualquier tipo de estructuras radiantes que puedan descomponerse en hilos de corriente. Las antenas dipolo y espira son ejemplo de estructuras formadas por hilos. A su vez, también se analiza el efecto que un plano conductor produce sobre la radiación de dichas antenas.

Módulo 3:

Agrupaciones de antenas

Este módulo se centra en analizar el mecanismo de radiación propio de las agrupaciones de antenas, que no son más que estructuras radiantes compuestas por múltiples elementos radiantes que, dispuestos y alimentados de una determinada manera, permiten solventar las limitaciones de estructuras compuestas por un único elemento. El módulo dota de las herramientas necesarias para entender cómo una agrupación de antenas es capaz de conseguir focalizar la radiación en una determinada dirección y aporta los conocimientos necesarios para sintetizar una agrupación de antenas partiendo de una especificación de radiación deseada.

Módulo 4:

Antenas planas: ranuras y antenas microstrip

Siguiendo con el cómputo de los campos radiados, este módulo describe los mecanismos de radiación de antenas de apertura tales como son las ranuras y las antenas microstrip, que se caracterizan por ser estructuras planas. Del mismo modo, introduce las ventajas y limitaciones que presentan este tipo de estructuras respecto a las antenas analizadas en módulos anteriores.

Módulo 5:

Adaptación de impedancias y factor de calidad

Este módulo introduce los conceptos de antena miniatura y multibanda, a la vez que permite conocer el compromiso existente entre tamaño de antena y prestaciones. Del mismo modo, se presentan los diferentes mecanismos de adaptación de impedancias existentes en función del tipo de antena bajo estudio y de las características propias de su impedancia de entrada. Las técnicas de adaptación de impedancia detalladas en este módulo trascienden a todo el temario pues en muchas ocasiones es necesario recurrir a redes de adaptación, bien para transferir máxima potencia del transmisor a la antena o viceversa, bien para aumentar el margen frecuencial de operación de la antena.

Módulo 6:

Reflectores y lentes

Finalmente, este último módulo introduce y permite modelar el comportamiento de los reflectores y las lentes enlazando conceptos de óptica geométrica con el fenómeno de la radiación electromagnética.

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MATLAB PDF

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  • Guías de estudio de los módulos.
  • Colecciones de ejercicios resueltos.
  • Lecturas complementarias (artículos científicos).

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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 puede superarse únicamente mediante la realización de un examen final (presencial) (EX). La nota final de la evaluación continua (EC) complementa la nota del examen final (EX) mediante el cruce de acuerdo con la fórmula correspondiente. La fórmula de acreditación de la asignatura es la siguiente: EX + EC o EX.

 

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