1. INTRODUCCIÓN
La asignatura de Electromagnetismo III dispone de
6 créditos (correspondientes a 60 horas de clase) y se encuentra
entre las optativas del segundo ciclo de la licenciatura de Ciencias Físicas.
Esta asignatura forma parte de la orientación de Física Aplicada
y, por lo tanto, con el programa propuesto pretendemos además de
presentar con rigor las bases teóricas de la asignatura, conseguir
un enfoque aplicado en los problemas propuestos y en las prácticas
de laboratorio.
2. CONSIDERACIONES GENERALES
Los alumnos que cursan esta asignatura han estudiado
previamente Electromagnetismo I (Electrostática y Magnetostática)
y Electromagnetismo II (corrientes estacionarias y corrientes variables,
incluyendo líneas de transmisión) en el curso anterior. Además
han realizado módulos prácticos relacionados con el Electromagnetismo
en las asignaturas de Técnicas Experimentales II y Técnicas
Experimentales III.
En el análisis de las líneas de transmisión
que conocen los alumnos en la asignatura de Electromagnetismo II se hace
hincapié en las líneas de transmisión formadas por
dos conductores en las que se propagan ondas transversales electromagnéticas
(TEM) analizando su respuesta a una excitación sinusoidal. Sin embargo,
las ondas TEM no son las únicas que pueden propagarse por una línea
de transmisión y, además, estas líneas no son el único
método para guiar ondas. El uso de las líneas de transmisión
no es práctico para frecuencias por encima de algunos GHz, ya que
la constante de atenuación de las ondas transversales electromagnéticas
en una línea aumenta proporcionalmente a la raíz cuadrada
de la frecuencia debido a las pérdidas en conductores y dieléctricos.
Esta atenuación sería prohibitivamente elevada a frecuencias
de microondas, por lo tanto, en este rango se trabaja con tubos metálicos
huecos (guías de ondas).
En la primera parte de esta asignatura se presenta
de forma general la propagación guiada en sistemas de transmisión
con simetría traslacional y se trata como casos particulares las
líneas de transmisión y las guías de ondas.
Como alternativa a la propagación guiada
de ondas electromagnéticas se puede considerar la propagación
no guiada a través del espacio libre. Aquí se ha de incluir
el estudio de la radiación de ondas electromagnéticas y,
desde un punto de vista aplicado, de las antenas como dispositivos para
radiar (o recibir) energía en la forma más efectiva posible.
Finalmente, consideramos que un complemento ideal para los alumnos
es la realización de prácticas relacionadas con esta asignatura
que pertenece a la orientación de Física Aplicada. De esta
forma se proponen un conjunto de prácticas de laboratorio que complementan
las clases teóricas.
3. ESQUEMA DEL PROGRAMA
El programa se detalla a continuación y consta
de 21 temas, agrupados en 4 unidades. Se necesita un total de 60 horas
de clase, entre teoría, problemas y sesiones prácticas, para
impartirlas.
Las unidades y temas que componen el programa son
las siguientes:
UNIDAD I. INTRODUCCIÓN
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Tema 1. Introducción (1 hora)
UNIDAD II. PROPAGACIÓN GUIADA DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS
-
Tema 2. Líneas de transmisión y guías de ondas: una
comparación (1 hora)
-
Tema 3. Tratamiento general de la propagación guiada de ondas electromagnéticas
en sistemas con simetría traslacional (5 horas)
Relaciones generales entre las componentes de los campos. Modos de propagación.
Ondas Transversales Eléctricas, Ondas Transversales Magnéticas
y Ondas Transversales Electromagnéticas. Frecuencia de corte.
-
Tema 4. Ondas transversales electromagnéticas. Líneas de
Transmisión (9 horas)
Ecuaciones de onda para modos transversales electromagnéticos. Ecuaciones
diferenciales para las líneas de transmisión.
-
Tema 5. Respuesta transitoria en líneas de transmisión (6
horas)
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Tema 6. Guías de ondas rectangulares y cilíndricas (3 horas)
-
Tema 7. Potencia transmitida y pérdidas en guías de ondas
(2 horas)
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Tema 8. Cavidades resonantes (2 horas)
UNIDAD III. RADIACION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS
-
Tema 9. Introducción a la Radiación de Ondas Electromagnéticas
(1 hora)
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Tema 10. Potenciales retardados. Radiación de un dipolo eléctrico
y de un dipolo magnético (4 horas)
Campos lejanos creados por dipolos elementales eléctrico y magnético.
Zona de ondas. Potencia media radiada.
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Tema 11. Sistema de cargas lejano. Radiación dipolar eléctrica.
Radiación multipolar (2 horas)
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Tema 12. Definición y Tipos de antenas (1 hora)
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Tema 13. Parámetros que caracterizan a las antenas (2 horas)
Resistencia de radiación, directividad, ganancia e impedancia de
una antena. Antenas transmisoras y receptoras.
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Tema 14. Antenas lineales (3 horas)
Antenas lineales. Influencia de una pantalla conductora sobre el campo
electromagnético de una antena lineal. Efecto “Tierra” sobre la
radiación de una antena lineal. Antena de cuarto de onda. Antenas
con elementos Parásitos. Antena Yagi-Uda.
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Tema 15. Antenas independientes de la frecuencia (1 hora)
Geometría de una antena independiente de la frecuencia. Antena logarítmico-periódica.
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Tema 16. Otros tipos de antenas (1 hora)
Antenas helicoidales y parabólicas.
UNIDAD IV. PRACTICAS DE LABORATORIO
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Tema 17. Práctica de Líneas de Transmisión (4
horas)
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Tema 18. Práctica de Guías de Ondas (3 horas)
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Tema 19. Práctica de Fibras Opticas (3 horas)
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Tema 20. Práctica de Microondas (3 horas)
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Tema 21. Práctica de Antenas (3 horas)
Programa y Bibliografía
Programa Desarrollado
Bibliografía desarrollada y
Links de interés
Prácticas
Autoevaluación