| Antenes | Codi: 11.528 : 6 |
L'assignatura Antenes suposa una introducció bàsica i general al món de les antenes i la seva utilització dins dels sistemes de telecomunicació. Teoria, fonaments físic-matemàtics, disseny, anàlisi, temes pràctics i aplicacions són els ingredients que conformen l'assignatura, posant a l'abast de l'estudiant una introducció bàsica i general al camp de les antenes.
El punt de partida més general del fenomen de la radiació electromagnètica es troba en les equacions de Maxwell (1831-1879), fruit no solament del científic escocès, sinó d'un ingent nombre de cèlebres físicomatemàtics, d'entre els quals destaquen Gauss, Ampère, Faraday, Coulomb, Lenz, Lorenz, etc. Aquestes equacions van ser demostrades experimentalment per Hertz (1857-1894), qui, a partir d'una antena de tipus fil com les estudiades en el tercer mòdul d'aquesta assignatura, va demostrar l'emissió i la recepció d'ones electromagnètiques.
La possibilitat de transmetre i rebre senyals electromagnètics va ser pronosticada pel físic català Francesc Salvà (1751-1828) en promulgar en un article científic (16 de desembre de 1795) que no era necessari cap cable per a transmetre senyals entre dos punts distants. Anys més tard, l'italià Marconi (1874-1937) ho va demostrar i va iniciar la revolució sense fil (wireless) mitjançant la transmissió transatlàntica entre Gal·les i Terranova.
Sigui com sigui, els treballs incipients de l'època han servit perquè avui dia les antenes es converteixin en un element indispensable per a la societat del benestar. Són molts els avenços tecnològics que requereixen una antena perquè funcionin correctament. La televisió, la ràdio, les comunicacions per satèl·lit, la telefonia mòbil, els lectors RFID, les connexions WI-FI, la radionavegació, la domòtica, etc. són algunes de les revolucions tecnològiques que incorporen antenes per a la transmissió i la recepció de senyals electromagnètics. Es tracta, per tant, d'un sector en evolució constant que lluita per satisfer les demandes estrictes del mercat. I això és només el principi d'una era que segur estarà marcada per la revolució sense fils.
De manera il·lustrativa, aquesta evolució s'aprecia significativament en les antenes de telefonia mòbil, les quals han passat de ser antenes externes de dimensions considerables a antenes internes totalment integrades en el terminal. Aquesta evolució no solament respon a qüestions funcionals i estètiques, sinó també a qüestions que representen un repte tecnològic com integrar un gran nombre de prestacions i serveis en plataformes de grandàries cada vegada més reduïdes. En aquest sentit, les exigències del mercat han forçat la necessitat que aquestes antenes abandonin el seu limitat comportament monobanda i es converteixin en antenes multibanda capaces de satisfer les especificacions de múltiples sistemes de comunicacions. Aquests avenços són un repte considerable per als dissenyadors d'antenes, els quals han de bregar amb les demandes dels usuaris quant a nombre de serveis, alhora que garanteixen la robustesa i la integració del sistema en plataformes caracteritzades per les seves reduïdes dimensions.
Aquesta assignatura, per tant, pretén dotar l'enginyer de la base teòrica i pràctica necessària per a analitzar i dissenyar antenes que s'adaptin a les necessitats tecnològiques del mercat.
L'assignatura Antenes pertany a l'itinerari de Sistemes de comunicació del Grau en Tecnologies de Telecomunicació de la UOC. La naturalesa dels seus continguts és certament heterogènia, doncs combinen elements pertanyents a camps tals com l'electrònica, el processament de senyal i les comunicacions. D'aquesta manera, pot ser vista com una assignatura avançada tant de l'àrea de coneixement relativa al processament de senyal i els sistemes de comunicacions, com a la relativa a l'electrònica aplicada a les comunicacions. També, i de forma natural, pot ser perfectament cursada al mateix temps que Circuits de microones, assignatura pertanyent també a l'itinerari de Sistemes de comunicació del Grau en Tecnologies de Telecomunicació de la UOC i que està enfocada a l'anàlisi i el disseny de circuits electrònics que treballin a altes freqüències.
Telèfons mòbils, tauletes digitals, ordinadors amb connexió wireless, headsets, llibres electrònics, edificis intel·ligents, aparells mèdics wireless, càmeres wireless, són alguns exemples de la nostra realitat sense fils. Aquesta realitat li està atorgant a l'antena un protagonisme i una responsabilitat mai pensada. És per tant necessari que un enginyer de telecomunicació tingui nocions bàsiques conjugades amb algunes dosis més específiques d'aquest element que constitueix una part essencial dels sistemes de comunicacions actuals.
El contingut de l'assignatura està enfocat tant per a aquells enginyers que es dedicaran al camp del disseny d'antenes i circuits de microones com a aquells en què l'antena constituirà part essencial d'un sistema de comunicacions.
En el primer cas, l'assignatura introdueix un vast camp professional que engloba no només el disseny de les antenes com a tal sinó també el disseny de programari electromagnètic encarregat de facilitar l'anàlisi freqüencial de les mateixes, així com el disseny de circuits de microones principalment enfocats a realitzar adaptació d'impedàncies. Dissenyar antenes és una tasca complexa fortament depenent del tipus de dispositiu i servei al que va enfocada, d'aquesta manera dins del propi disseny d'antenes poden distingir-se diversos perfils com a dissenyadors d'antenes per a estacions basi, d'antenes de banda ampla, o d'antenes per a dispositius mòbils per citar alguns exemples. En aquest sentit, els conceptes aquí estudiats serviran per obrir-se pas en fases més complexes de disseny d'antenes. El perfil requerit per a aquest tipus d'enginyers es basa en la creativitat amb una base tecnològica/científica molt àmplia que permeti detectar manques del mercat i donar solucions a les mateixes. Els enginyers més creatius amb amplis coneixements científic/tecnològics constitueixen peces clau en empreses de base tecnològica on els actius de l'empresa són a més del producte, la propietat intel·lectual que genera el desenvolupament del mateix . En aquest camp, els enginyers tenen el rol rellevant de la creació del portfoli de patents de l'empresa en el paper d'inventors de noves tecnologies i tècniques d'antenes.
En el segon cas, els coneixements d'antenes proporcionats en aquesta assignatura tenen com a objectiu proporcionar a l'enginyer de sistemes la capacitat de conèixer i entendre les característiques generals, avantatges i limitacions de una antena amb la finalitat de poder optimitzar el sistema sobre la base d'aquestes limitacions (ex: funcionament, integració, costos). Aquest punt constitueix una part enormement transcendental en la cadena d'un sistema de telecomunicació. I és que les antenes, en el seu vessant de producte, impliquen intrínsecament altres aspectes que l'enginyer ha de tenir en compte: robustesa i estabilitat mecànica, materials lleugers amb poques pèrdues, costos competitius, facilitat d'integració, representen alguns d'aquests aspectes.
| Coneixements previs | Assignatura en què s'adquireixen |
| Teoria de propagació d'ones electromagnètiques. Carta de Smith. Càlcul de rotacionals, divergències, gradients i laplacianes. | Física II |
| Tècniques d'anàlisis de circuits electrònics. El concepte d'adaptació d'impedàncies. | Teoria de circuits |
| Transformada de Fourier de Senyals Discrets i Transformada z. | Senyals y sistemes II |
Complir els requisits mínims de matrícula de l'assignatura Antenes passa per haver superat satisfactòriament les assignatures Física II, Teoria de Circuits i Senyals i sistemes II. Més enllà d'aquests requisits mínims, resulta convenient haver superat també les assignatures Sistemes de comunicacions I i Electrònica de comunicacions.
Les competències generals del Grau en les que s'emmarca l'assignatura són les següents:
[35] - Capacitat per a la selecció de circuits, subsistemes i sistemes de radiofreqüència, microones, radiodifusió, radioenllaços i radiodeterminació.
[36] - Capacitat per a la selecció d'antenes, equips i sistemes de transmissió, propagació d'ones guiades i no guiades, per mitjans electromagnètics, de radiofreqüència o òptics i la corresponent gestió de l'espai radioelèctric i assignació de freqüències.
Més concretament, els objectius fonamentals a adquirir per l'estudiant que cursi l'assignatura són els següents:
1. Conèixer els diferents tipus d'antenes existents i la seva aplicació en funció del marge freqüencial d'operació.
2. Estudiar els paràmetres mitjançant els quals es caracteritza una antena, tant en transmissió com en recepció, per poder determinar el balanç de potències d'un radi enllaci. Ser capaç de considerar l'antena com un element integrat dins un sistema de telecomunicació.
3. Analitzar els fonaments de radiació de les ones electromagnètiques per entendre el procediment físic-matemàtic de la radiació.
4. Examinar les antenes lineals bàsiques, saber modelar-les i entendre quins són les seves limitacions. Els principis matemàtics descrits per analitzar aquest tipus d'antenes transcendeixen a tot el temari de l'assignatura, atès que, en termes generals, les antenes poden ser descrites com a superposició d'elements lineals.
5. Conèixer i saber modelar l'efecte del plànol de massa (plànol de terra) en el comportament d'una antena. L'entorn associat a moltes antenes de tipus filo, com les embarcades i les de radiodifusió, afecta a la radiació. És rellevant, per tant, conèixer com el mitjà modifica les prestacions d'una antena per abordar, d'aquesta forma, el seu disseny tenint en compte el seu entorn.
6. Analitzar les agrupacions d'antenes amb l'objectiu de poder modelar la radiació mitjançant la manipulació de l'excitació de cada element. Els radars d'aeroport o les estacions basi de comunicacions mòbils cel¿lulars són exemples de sistemes en els que s'utilitzen agrupacions d'antenes.
7. Conèixer el funcionament, la utilitat i el modelatge de les antenes planes, tals com les ranures i les antenes microstrip. Entendre el mecanisme de radiació a partir de camps en obertures.
8. Saber modelar i analitzar una antena com a element integrat en el sistema transmissor o receptor al que va connectat, la qual cosa inclou descriure els mecanismes que proporcionen les eines necessàries per realitzar, per exemple, l'adaptació d'impedàncies, o per millorar paràmetres d'antena tan rellevants com l'ample de banda.
9. Determinar els efectes de càrrega (bobines, condensadors, línies de transmissió) sobre antenes, la qual cosa va a permetre introduir les antenes miniatura i multibanda.
10. Entendre com es pot modificar la directividad d'una antena mitjançant l'ús de reflectores i lents. Enllaçar conceptes d'òptica geomètrica amb radiació d'antenes.
11. Adquirir la capacitat d'abstracció. Amb les eines presentades es disposa d'una base físic-matemàtica i tecnològica que permetrà afrontar problemes més complexos.
| Mòduls | Breu descripció |
| Mòdul 1: L'antena en un sistema de telecomunicació | Al llarg d'aquest primer mòdul es realitza una introducció al concepte d'antena i es presenten els diferents tipus d'antenes existents classificats segons la seva geometria i el seu comportament. De la mateixa manera, es descriuen i analitzen en profunditat els diferents paràmetres que permeten caracteritzar el comportament d'una antena i que són útils per realitzar càlculs de radioenllaços formats per antenes. |
| Mòdul 2: Fonaments bàsics. Antenes de fil | Aquest mòdul aborda el càlcul dels camps radiats per estructures lineals. Es tracta d'un mòdul de particular importància, ja que presenta les bases de la teoria electromagnètica i desenvolupa mecanismes de càlcul extensibles a qualsevol tipus d'estructures radiants que puguin descompondre's en fils de corrent. Les antenes dipol i espira són exemple d'estructures formades per fils. Al seu torn, també s'analitza l'efecte que un plànol conductor produeix sobre la radiació d'aquestes antenes. |
| Mòdul 3: Agrupacions d'antenes | Aquest mòdul se centra a analitzar el mecanisme de radiació propi de les agrupacions d'antenes, que no són més que estructures radiants compostes per múltiples elements radiants que, disposats i alimentats d'una determinada manera, permeten solucionar les limitacions d'estructures compostes per un únic element. El mòdul dota de les eines necessàries per entendre com una agrupació d'antenes és capaç d'aconseguir focalitzar la radiació en una determinada adreça i aporta els coneixements necessaris per sintetitzar una agrupació d'antenes partint d'una especificació de radiació desitjada. |
| Mòdul 4: Antenes planes: ranures i antenes microstrip | Seguint amb el còmput dels camps radiats, aquest mòdul descriu els mecanismes de radiació d'antenes d'obertura tals com són les ranures i les antenes microstrip, que es caracteritzen per ser estructures planes. De la mateixa manera, introdueix els avantatges i limitacions que presenten aquest tipus d'estructures respecte a les antenes analitzades en mòduls anteriors. |
| Mòdul 5: Adaptació d'impedàncies i factor de qualitat | Aquest mòdul introdueix els conceptes d'antena miniatura i multibanda, alhora que permet conèixer el compromís existent entre grandària d'antena i prestacions. De la mateixa manera, es presenten els diferents mecanismes d'adaptació d'impedàncies existents en funció del tipus d'antena sota estudi i de les característiques pròpies de la seva impedància d'entrada. Les tècniques d'adaptació d'impedància detallades en aquest mòdul transcendeixen a tot el temari doncs en moltes ocasions és necessari recórrer a xarxes d'adaptació, bé per transferir màxima potència del transmissor a l'antena o viceversa, bé per augmentar el marge freqüencial d'operació de l'antena. |
| Mòdul 6: Reflectors i lents | Finalment, aquest últim mòdul introdueix i permet modelar el comportament dels reflectores i les lents enllaçant conceptes d'òptica geomètrica amb el fenomen de la radiació electromagnètica. |
- Guies d'estudi dels mòduls.
- Col·leccions d'exercicis resolts.
- Lectures complementàries (articles científics).
A la UOC, l'avaluació generalment és virtual. S'estructura entorn de l'avaluació contínua, que inclou diferents activitats o reptes; l'avaluació final, que es porta a terme mitjançant proves o exàmens, i el treball final de la titulació.
Les activitats o proves d'avaluació poden ser escrites i/o audiovisuals, amb preguntes aleatòries, proves orals síncrones o asíncrones, etc., d'acord amb el que decideixi cada equip docent. Els treballs finals representen el tancament d'un procés formatiu que implica la realització d'un treball original i tutoritzat que té com a objectiu demostrar l'adquisició competencial feta al llarg del programa.
Per verificar la identitat de l'estudiant i l'autoria de les proves d'avaluació, la UOC es reserva la potestat d'aplicar diferents sistemes de reconeixement de la identitat i de detecció del plagi. Amb aquest objectiu, la UOC pot dur a terme enregistrament audiovisual o fer servir mètodes o tècniques de supervisió durant l'execució de qualsevol activitat acadèmica.
Així mateix, la UOC pot exigir a l'estudiant l'ús de dispositius electrònics (micròfons, càmeres o altres eines) o programari específic durant l'avaluació. És responsabilitat de l'estudiant assegurar que aquests dispositius funcionen correctament.
El procés d'avaluació es fonamenta en el treball personal de l'estudiant i pressuposa l'autenticitat de l'autoria i l'originalitat de les activitats acadèmiques. Al web sobre integritat acadèmica i plagi de la UOC hi ha més informació respecte d'aquesta qüestió.
La manca d'autenticitat en l'autoria o d'originalitat de les proves d'avaluació; la còpia o el plagi; la suplantació d'identitat; l'acceptació o l'obtenció de qualsevol activitat acadèmica a canvi d'una contraprestació o no; la col·laboració, l'encobriment o l'afavoriment de la còpia, o l'ús de material, programari o dispositius no autoritzats en el pla docent o l'enunciat de l'activitat acadèmica, inclosa la intel·ligència artificial i la traducció automàtica, entre altres, són conductes irregulars en l'avaluació que poden tenir conseqüències acadèmiques i disciplinàries greus.
Aquestes conductes irregulars poden comportar el suspens (D/0) en les activitats avaluables que es defineixin en el pla docent -incloses les proves finals- o en la qualificació final de l'assignatura, sigui perquè s'han utilitzat materials, programari o dispositius no autoritzats durant les proves (com l'ús d'intel·ligència artificial no permesa, xarxes socials o cercadors d'informació a internet), perquè s'han copiat fragments de text d'una font externa (internet, apunts, llibres, articles, treballs o proves d'altres estudiants, etc.) sense la citació corresponent, per la compravenda d'activitats acadèmiques, o perquè s'ha dut a terme qualsevol altra conducta irregular.
Així mateix, i d'acord amb la normativa acadèmica, les conductes irregulars en l'avaluació també poden donar lloc a la incoació d'un procediment disciplinari i a l'aplicació, si escau, de la sanció que correspongui, de conformitat amb el que estableix la normativa de convivència de la UOC.
En el marc del procés d'avaluació, la UOC es reserva la potestat de:
- Sol·licitar a l'estudiant que acrediti la seva identitat segons el que estableix la normativa acadèmica.
- Sol·licitar a l'estudiant que acrediti l'autoria del seu treball al llarg de tot el procés d'avaluació, tant en l'avaluació contínua com en l'avaluació final, per mitjà d'una entrevista oral síncrona, que pot ser objecte d'enregistrament audiovisual, o pels mitjans que estableixi la Universitat. Aquests mitjans tenen l'objectiu de verificar els coneixements i les competències que garanteixin la identitat de l'estudiant. Si no és possible garantir que l'estudiant és l'autor de la prova, aquesta pot ser qualificada amb una D, en el cas de l'avaluació contínua, o amb un suspens, en el cas de l'avaluació final.
Intel·ligència artificial en el marc de l'avaluació
La UOC reconeix el valor i el potencial de la intel·ligència artificial (IA) en l'àmbit educatiu, alhora que posa de manifest els riscos que comporta si no s'utilitza de manera ètica, crítica i responsable. En aquest sentit, en cada activitat d'avaluació s'informarà l'estudiantat sobre les eines i els recursos d'IA que es poden utilitzar i en quines condicions. Per la seva banda, l'estudiantat es compromet a seguir les indicacions de la UOC a l'hora de dur a terme les activitats d'avaluació i de citar les eines utilitzades i, concretament, a identificar els textos o les imatges generats per sistemes d'IA, els quals no podrà presentar com si fossin propis.
Amb relació a fer servir o no la IA per resoldre una activitat, l'enunciat de les activitats d'avaluació indica les limitacions en l'ús d'aquestes eines. Cal tenir en compte que fer-les servir de manera inadequada, com ara en activitats en què no estan permeses o no citar-les en les activitats en què sí que ho estan, es pot considerar una conducta irregular en l'avaluació. En cas de dubte, es recomana que, abans de lliurar l'activitat, es faci arribar una consulta al professorat col·laborador de l'aula.
|
Per superar l'assignatura cal fer un examen (EX). La nota de l'avaluació contínua (AC) complementarà aquesta qualificació.
|