SUBSISTEMAS DE RADIOFRECUENCIA Guía de Aprendizaje – Información al estudiante 1. Datos Descriptivos Asignatura

Subsistemas de Radiofrecuencia

Materia

M9 – Tecnología Específica de Sistemas de Telecomunicación

Departamento responsable

Electromagnetismo y Teoría de Circuitos

Créditos ECTS

4.5

Carácter

Obligatoria

Titulación

Graduado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación

Curso

Cuarto

Especialidad

Itinerario Sistemas de Telecomunicación

Curso académico

2013-14

Semestre en que se imparte

Segundo semestre (Febrero-Mayo)

Idioma en que se imparte

Español

Página Web

http://wad.etc.upm.es/moodle/

2. Profesorado NOMBRE Y APELLIDO

DESPACHO

Correo electrónico

José Ramón Montejo Garai (Coord.)

B-421-I

[email protected]

3. Conocimientos previos requeridos para poder seguir con normalidad la asignatura Asignaturas superadas

Otros resultados de aprendizaje necesarios

N/A •

Conceptos generales del análisis circuital. Caracterización de redes mediante parámetros circuitales: Z, Y, ABCD. Interconexión matricial de cuadripolos.

•

Ondas de potencia y parámetros S. Caracterización de circuitos mediante su matriz de dispersión S. Interconexión de matrices S para caracterización de redes de N puertas.

•

Conceptos de propagación, circuito distribuido, línea de transmisión, retardo.

•

Conocimiento del funcionamiento básico de las líneas de transmisión y de sus parámetros.

•

Carta de Smith y su aplicación a los problemas de adaptación de impedancias.

•

Operaciones algebraicas con expresiones complejas. Funciones de variable compleja, nociones básicas, transformación conforme.

•

Sistemas lineales. Transformada de Fourier y Laplace.

4.

Objetivos de Aprendizaje COMPETENCIAS ASIGNADAS A LA ASIGNATURA Y SU NIVEL DE ADQUISICIÓN Código

Competencia

Nivel

Todas las asignaturas del Plan de Estudios contribuyen en mayor o menor medida a la consecución de las competencias generales del perfil de egreso. No obstante se considera que SURF contribuye de forma específica a:

CG2 CG4 CG5 CG9 CG12

- CG2 Saber aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y poseer las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio. - CG4. Transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.

1

- CG5. Desarrollo de habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía. - CG9. Uso de Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones. - CG12. Organización y planificación.

CE-ST3

Capacidad de análisis de componentes y sus especificaciones para sistemas de comunicaciones guiadas y no guiadas.

2

CE-ST4

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

3

CE-ST5

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.

2

LEYENDA:

Nivel de adquisición 1: Básico Nivel de adquisición 2: Medio Nivel de adquisición 3: Avanzado

RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA

Código

Resultado de aprendizaje

Competencias asociadas

Nivel de adquisición

Conocer las características fundamentales y la clasificación de los sistemas de radiofrecuencia. RA1

Conceptos generales de los subsistemas CE-ST3 de radiofrecuencia y su representación mediante diagramas de flujo y conexión matricial de parámetros S.

2

Conocer el concepto de pérdidas de inserción, así como sus respuestas clásicas; maximálmente plana y equirrizada. Realizar las transformaciones circuitales del prototipo paso bajo normalizado a paso alto, paso banda y banda eliminada. Sintetizar elementos distribuidos mediante la transformación de Richards. Ser capaz de calcular su respuesta circuital desnormalizada en frecuencia e impedancia. RA2

CE-ST3 Ser capaz de aplicar las identidades de Kuroda y diseñar filtros de salto de impedancia. Aplicar el concepto de inversor de impedancia y admitancia para transformar filtros con elementos concentrados en distribuidos, considerando el parámetro de pendiente y el factor de calidad del resonador. Ser capaz de representar la respuesta circuital en parámetros S y el retardo de grupo de cualquier tipo de filtro.

3

RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA Compresión los conceptos de potencia de ruido y temperatura equivalente de ruido y capacidad para caracterizar el ruido en un subsistema de radiofrecuencia.

RA3

Conocer el procedimiento de medida de la CE-ST3 figura de ruido y el factor Y. CE-ST4

2

Comprensión de los fenómenos de distorsión no lineal, especialmente de la ganancia de compresión. Conocimiento de los fenómenos de intermodulación y los productos que se originan. Conocer las definiciones de potencia en cuadripolos, manejando con fluidez de las ondas de potencia y de los diagramas de flujo.

RA4

Comprender el concepto de estabilidad y su implementación mediante los círculos correspondientes en la carta de Smith.

CE-ST4 CE-ST5

3

Ser capaz de diseñar amplificadores de una etapa para máxima ganancia y representar su respuesta en frecuencia mediante simulación circuital. Conocer las características de los amplificadores de banda ancha. Capacidad de diseño conmutadores basados Schottky y PIN.

RA5

de circuitos en diodos

Ser capaz de encontrar las condiciones de CE-ST5 oscilación de un circuito. Capacidad para diseñar osciladores basados en transistores BJT y FET. Diseño elemental de mezcladores control de la frecuencia imagen.

LEYENDA:

y

Nivel de adquisición 1: Conocimiento Nivel de adquisición 2: Comprensión/Aplicación Nivel de adquisición 3: Análisis/Síntesis/Implementación

3

5. Sistema de evaluación de la asignatura INDICADORES DE LOGRO Relacionado con RA

Ref

Indicador

I1

Ser capaz de calcular los parámetros S analíticos de una red de N-puertas. Capacidad de representación de respuestas en el dominio de la frecuencia por interconexión de matrices circuitales, Z, Y, ABCD y S.

I2

I3

RA1, RA2, RA3, RA4, RA5,

Capacidad para establecer el grafo de un circuito y obtener su función de transferencia. Capacidad de diseñar filtros de elementos concentrados con respuesta maximálmente plana y equirrizada. Capacidad de realizar transformaciones con cambio de respuesta en frecuencia; paso alto, paso banda, banda eliminada.

RA2

Normalización en frecuencia e impedancia de respuestas selectivas en frecuencia. Manejo fluido de la transformación de Richards y de las identidades de Kuroda. I4

Transformaciones circuitales de filtros de elementos concentrados a distribuidos, mediante inversores de impedancia y admitancia. Capacidad de calcular el factor de ruido de un subsistema de radiofrecuencia.

I5

RA2

RA3 Capacidad de calcular la figura de ruido de un subsistema no adaptado.

I6

Ser capaz de representar la ganancia de compresión a 1 dB y de calcular los productos de intermodulación de un amplificador.

RA3

I7

Capacidad de cálculo de la ganancia de potencia, ganancia de potencia disponible y ganancia de transducción de un amplificador.

RA4

Análisis de estabilidad condicional e amplificadores.

incondicional de

I8

RA4 Diseño de amplificadores para máxima ganancia con adaptación conjugada de impedancia.

INDICADORES DE LOGRO

Ref

Indicador

Relacionado con RA

I9

Capacidad de diseño de amplificadores de banda ancha.

RA4

I10

Diseño de conmutadores con diodos PIN y representación en frecuencia de su comportamiento.

RA5

Cálculo analítico de las condiciones de oscilación. I11

RA5 Diseño elemental de osciladores basados en transistores.

I12

Capacidad de análisis de mezcladores elementales y cálculo de la frecuencia imagen.

RA5

EVALUACION SUMATIVA Breve descripción de las actividades evaluables Entrega de ejercicios y diseños propuestos Examen Final

Momento

Lugar

Peso en la calif.

Entregas

Aulas

65%

Fecha oficial

Aulas

35% Total:

100%

CRITERIOS DE CALIFICACIÓN En convocatoria ordinaria los alumnos serán evaluados, en principio, mediante evaluación continua. En cumplimiento de la Normativa de Evaluación de la Universidad Politécnica de Madrid, los alumnos que lo deseen serán evaluados mediante una única prueba final, siempre y cuando lo comuniquen al Director del Departamento de Electromagnetismo y Teoría de Circuitos mediante solicitud presentada en el registro de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación antes del día 30 de abril de 2014. La presentación de este escrito supondrá la renuncia a la evaluación continua. En convocatoria extraordinaria los alumnos serán evaluados mediante una única prueba. La asignatura se aprobará cuando se obtenga una calificación mayor o igual a 5 puntos (50%) sobre un total de 10 puntos (100%). La evaluación continua se realizará de la siguiente manera: • La nota final se obtendrá mediante la suma de las calificaciones correspondientes a cuatro bloques de actividades de evaluación, con los siguientes pesos: •

Primera entrega (10%)

•

Segunda entrega (25%)

•

Tercera entrega (30%)

•

Examen final: (35%) • La no presentación de cualquiera de las tres entregas en plazo supone suspenso en la asignatura. • En el examen final se exige una nota mínima de 3.5 (35%) para poder promediar con las entregas; un valor inferior supone el suspenso de la asignatura.

Las entregas de la evaluación continua incluirán problemas a resolver así como el diseño de subsistemas de radiofrecuencia que implican la programación en Octave (software libre compatible con Matlab). Las entregas se presentarán manuscritas en un mismo cuaderno de hojas no separables, donde se incluirán los resultados gráficos obtenidos, que se devolverá al alumno tras su corrección. Los programas realizados para la resolución de los diseños se entregarán a través de la plataforma Moodle. El contenido de los ejercicios de los exámenes (final en evaluación continua, o prueba única en convocatoria extraordinaria) será fundamentalmente práctico (resolución de ejercicios), aunque puede incluir algunas cuestiones cortas, de carácter más teórico, referidas a conceptos básicos. Todos los ejercicios que se realicen deben ser fruto del trabajo personal del alumno. El plagio total o parcial de entregas, tanto de los resultados como del software desarrollado, o de ejercicios en el examen final, supondrá el suspenso en la asignatura.

6. Contenidos y Actividades de Aprendizaje CONTENIDOS ESPECÍFICOS Bloque / Tema / Capítulo

Apartado Introducción. Objetivos.

Tema 1. Introducción a los Subsistemas de Radiofrecuencia. (0,3c.)

Tema 2. Filtros de microondas. (1,3c.)

Clasificación de sistemas de radiofrecuencia. Características principales. Conceptos generales de los subsistemas de radiofrecuencia. Conexión matricial de parámetros S. Diagramas de flujo. Introducción. Pérdidas de inserción. Respuesta máximamente y equirrizada. Transformaciones circuitales, paso alto, paso banda, banda eliminada. Transformación de Richards, síntesis de elementos distribuidos. Identidades de Kuroda. Filtros de salto de impedancia. Inversores de impedancia y admitancia; transformaciones asociadas. Líneas de transmisión como elementos resonantes; parámetro de pendiente, factor de calidad. Diseño de filtros paso banda distribuidos. Ruido en circuitos de microondas.

Tema 3. Ruido y distorsión no lineal. (0,7c.)

Tema 4. Amplificadores de microondas. (1,3c.)

Potencia de ruido y temperatura equivalente de ruido. Medida de figura de ruido. Factor Y.

Indicadores Relacionados I1 I1 I1 I2 I3 I3 I4 I4 I4 I4 I4 I5 I5 I6

Distorsión no lineal. Ganancia de compresión.

I6

Intermodulación.

I6

Introducción. Definiciones de potencia en cuadripolos. Círculos de estabilidad. Criterios de estabilidad incondicional. Diseño de amplificadores de una etapa para máxima ganancia. Círculos de ganancia constate. Amplificadores de banda ancha.

I7 I7 I8 I8 I9

CONTENIDOS ESPECÍFICOS Bloque / Tema / Capítulo Tema 5. Conmutadores, osciladores y mezcladores de microondas. (0,9c.)

Apartado Diodos Schottky y PIN. Conmutadores SPDT, y a reflexión. Análisis general de osciladores.

Indicadores Relacionados I10 I11

Oscilador basado en BJT en emisor común.

I11

Oscilador basado en FET en puerta común.

I11

Análisis elemental de mezcladores.

I12

Breve descripción de las modalidades organizativas utilizadas y de los métodos de enseñanza empleados

CLASES DE TEORIA

Lección magistral para la exposición verbal de los contenidos en la pizarra. Se limitará al mínimo el uso de medios audiovisuales.

CLASES DE PROBLEMAS

Se resolverán en clase problemas tipo de cada tema que servirán para aplicar los conocimientos adquiridos en las clases de teoría.

PRÁCTICAS

No está prevista la realización de prácticas.

PRÁCTICAS CON SIMULADORES

Los alumnos deberán de utilizar el software libre Octave distribución UPM, compatible con Matlab para la resolución de los diseños propuestos. http://mat.caminos.upm.es/octave/

TRABAJOS AUTONOMOS

Los alumnos deberán realizar individualmente varios ejercicios y diseños propuestos, cercanos a la ingeniería real, con soluciones abiertas, es decir con especificaciones a verificar, sin solución académica cerrada.

TRABAJOS Autónomo extraordinario y voluntario

En los ejercicios y diseños propuestos existirán cuestiones avanzadas que los alumnos que los deseen podrán realizar lo que puede reportar un 10% adicional sobre la nota máxima del ejercicio.

TUTORÍAS

Los alumnos podrán hacer uso de tutorías personalizadas, cuando lo soliciten al profesor y dentro de horarios previamente establecidos.

7. Recursos didácticos Fundamental: “Microwave Engineering”, David.M. Pozar, John Wiley and Sons Inc., 2012, 4th edition. “Foundations for Microwave Engineering”, Robert E. Collin, McGraw-Hill Inc. 1992. “Microwave Engineering Passive Circuits”, Peter A. Rizzi, Prentice-Hall Inc., 1998. Complementaria.

BIBLIOGRAFÍA

“Field and Waves in Communications Electronics”, S. Ramo, J.R. Whinnery, T.V. Duzzer, 3th edition, John Wiley and Sons, 1993. “An Introduction to Guided Waves and Microwaves Circuits”, R.S. Elliot, Ed. Prentice-Hall, 1998 “Advanced Engineering Electromagnetics” C.A. Balanis. John Wiley and Sons. “Microwave filters, impedance-matching networks and coupling structures”, G.L. Mathei, L. Young, E.M.T. Jones, Artech House, 1980. (Reimpresión de la edición de Mc-Graw-Hill 1960 “Computer Aided Design of Microwave Circuits”, K. C. Gupta, Ed. Artech House, 1981 Principles of Microwave Circuits”, C. G. Montgomery, R. H. Dicke, and E. M. Purcell http://wad.etc.upm.es/moodle/

RECURSOS WEB

EQUIPAMIENTO

Aulas: designadas por Jefatura de Estudios con cañón de proyección

13

8. Cronograma de trabajo de la asignatura Semana

Semana 1 (7 horas)

Semana 2 (7 horas)

Semana 3 (8 horas)

Semana 4 (7 horas)

Semana 5 (7 horas)

Actividades en Aula

• Presentación de la Asignatura

Actividades en Laboratorio •

Trabajo Individual

• Estudio (2 hora)

Trabajo en Grupo

Actividades de Evaluación

Otros

•

•

•

•

•

•

•

• Primera entrega. Cuaderno con la resolución y software.

•

•

•

•

•

•

•

• Preparación 1ª entrega (2 horas)

• Tema 1. Introducción a los Subsistemas de Radiofrecuencia. (3 horas). • Tema 2. Filtros de microondas. (3 horas).

•

• Tema 2. Filtros de microondas. (3 horas).

•

• Tema 2. Filtros de microondas. (3 horas).

•

• Tema 2. Filtros de microondas. (3 horas).

•

• Estudio (2 horas) • Preparación 1ª entrega (2 horas) • Estudio (2 horas) • Preparación 1ª entrega (3 horas) • Estudio (2 horas) • Preparación 2ª entrega (2 horas) • Estudio, ejercicios y problemas ( 2 horas) • Preparación 2ª entrega (2 horas)

14

Semana 6 (7 horas)

Semana 7 (7 horas)

Semana 8 (7 horas)

Semana 9 (7 horas)

Semana 10 (7 horas)

Semana 11 (9 horas)

• Tema 2. Filtros de microondas. (1 hora). Tema 3. Ruido y distorsión no lineal (2 horas).

•

• Tema 3. Ruido y distorsión no lineal. (3 horas).

•

• Estudio, ejercicios y problemas (2 horas)

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

• Segunda entrega. Cuaderno con la resolución y software. (semana 12 real)

•

• Preparación 2ª entrega (2 horas) • Estudio, ejercicios y problemas (2 horas) • Preparación 2ª entrega (2 horas)

• Tema 3. Ruido y distorsión no lineal (2 horas).

•

• Tema 4. Amplificadores de microondas. (1 hora). • Tema 4. Amplificadores de microondas. (3 horas).

• Estudio, ejercicios y problemas (2 horas) • Preparación 2ª entrega (2 horas)

•

• Estudio, ejercicios y problemas (2 horas) • Preparación 2ª entrega (2 horas)

• Tema 4. Amplificadores de microondas. (3 horas).

•

• Estudio, ejercicios y problemas (2 horas) • Preparación 3ª entrega (2 horas)

• Tema 4. Amplificadores de microondas. (3 horas).

•

• Estudio, ejercicios y problemas ( 2 horas) • Preparación 3ª entrega (2 horas)

15

Tema 4. Amplificadores de microondas. (3 horas).

Semana 12 (7 horas)

Semana 13 (7 horas)

•

• Estudio, ejercicios y problemas ( 2 horas)

•

•

•

•

•

• Tercera entrega. Cuaderno con la resolución y software. (semana 16 real)

•

• Preparación 3ª entrega (2 horas) • Tema 5. Conmutadores, osciladores y mezcladores de microondas. ( 3 horas)

•

Tema 5. Conmutadores, osciladores y mezcladores de microondas. (3 horas).

•

Tema 5. Conmutadores, osciladores y mezcladores de microondas. (3 horas).

•

Semana 14 (9 horas)

Semana 15 (7 horas)

• Estudio, ejercicios y problemas ( 2 horas) • Preparación 3ª entrega (2 horas) • Estudio, ejercicios y problemas (2 horas)

•

• Preparación 3ª entrega (4 horas) • Estudio, ejercicios y problemas ( 2 horas)

•

• Preparación 3ª entrega (2 horas) PREPARACIÓN Y REALIZACIÓN DE EXAMEN FINAL (11.5 horas)

Observaciones: 1: Para cada actividad se especifica la dedicación en horas que implica para el alumno. 2: Las semanas reseñadas lo son de docencia efectiva (no las semanas de calendario). 3: Para cada actividad se especifica la dedicación en horas que implica para el alumno. Se estiman 27 horas de dedicación del alumno por ECTS. 4: La resolución de problemas en grupo presupone una parte de trabajo individual de cada uno de los miembros del mismo.

16

•