UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE ESTUDIO

CAMPOS Y ONDAS 5° 06Asignatura Clave Semestre Créditos

Ingeniería Eléctrica Ingeniería en Telecomunicaciones ITeDivisión Departamento Carrera(s) en que se imparte

Asignatura: Horas: Total (horas):

Obligatoria X Teóricas 3.0 Semana 3.0

Optativa Prácticas 0.0 16 Semanas 48.0

Modalidad:

Seriación obligatoria antecedente: Análisis de Sistemas y Señales, Cálculo Vectorial, Ecuaciones Diferenciales y Electricidad y Magnetismo.

Seriación obligatoria consecuente: Dispositivos de Microondas I y Medios de Transmisión, Antenas.

Objetivo(s) del curso: El alumno identificará e interpretará las ecuaciones de Maxwell, las empleará para establecer las ecuaciones de onda para los campos eléctrico y magnético, y a partir de estas ecuaciones, analizará la propagación ondas electromagnéticas en diferentes situaciones y medios simples.

Temario

NÚM. NOMBRE HORAS

1.Campos eléctricos y magnéticos. Propiedades electromagnéticas de la materia

12.0

2. Ecuaciones de Maxwell. Ecuaciones de onda 5.0

3. Propagación de ondas planas electromagnéticas 15.0

4. Reflexión y refracción de ondas electromagnéticas 16.0

48.0

Prácticas de laboratorio 0.0

Total 48.0

CAMPOS Y ONDAS ( 2 / 6)

1 Campos eléctricos y magnéticos. Propiedades electromagnéticas de la materia

Objetivo: El alumno identificará las leyes fundamentales que describen el comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos y a partir de ello establecerá las Ecuaciones de Maxwell y analizará los efectos de los campos eléctricos y magnéticos en la materia.

Contenido: 1.1 Campos eléctricos y magnéticos estáticos y estacionarios

1.1.1 Carga eléctrica. Distribuciones de carga1.1.2 Corriente eléctrica. Densidad de corriente1.1.3 Principio de conservación de la carga. Ecuación de continuidad1.1.4 Campo eléctrico. Fuerza debida a un campo eléctrico1.1.5 Ley de Gauss1.1.6 Potencial eléctrico1.1.7 Propiedades de los materiales conductores y semiconductores. Corrientes de conducción.

Conductividad. Ley de Ohm1.1.8 Propiedades de los materiales dieléctricos. Polarización dieléctrica1.1.9 Capacitancia1.1.10 Ecuaciones de Laplace y Poisson1.1.11 Campo magnético. Fuerza debida a un campo magnético1.1.12 Ley de Ampere1.1.13 Potenciales magnéticos1.1.14 Propiedades magnéticas de los materiales. Magnetización 1.1.15 Inductancia

1.2 Campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo1.2.1 Ley de Faraday1.2.2 Ley de Ampere-Maxwell

1.3 Características de los parámetros electromagnéticos de un medio1.3.1 Parámetros electromagnéticos de un medio: permitividad, permeabilidad y conductividad.

Relaciones constitutivas1.3.2 Propiedades de homogeneidad, linealidad, isotropía, dispersión e invariancia en el tiempo de

los materiales desde el punto de vista electromagnético. Medios materiales simples

2 Ecuaciones de Maxwell. Ecuaciones de onda

Objetivo: El alumno interpretará las ecuaciones de Maxwell y formulará a partir de ellas las ecuaciones de onda para el campo eléctrico y el campo magnético, con lo que explicará el carácter ondulatorio de los campos electromagnéticos variables en el tiempo.

Contenido: 2.1 Ecuaciones de Maxwell

2.1.1 Forma integral2.1.2 Forma diferencial2.1.3 Casos particulares: para campos electrostáticos, para campos magnetostáticos y para campos

eléctricos y magnéticos estacionarios2.2 Conceptos básicos de ondas

CAMPOS Y ONDAS ( 3 / 6)

2.2.1 Definición de una onda2.2.2 Forma de onda2.2.3 Interpretación gráfica de una onda2.2.4 Clasificaciones de las ondas2.2.5 Ecuación diferencial de un movimiento ondulatorio (ecuación de onda)2.2.6 Descripción de un fenómeno de transporte. Ecuación de difusión

2.3 Ecuaciones de onda2.3.1 Posibilidad de la existencia de las ondas electromagnéticas a partir de las ecuaciones de

Maxwell2.3.2 Ecuaciones de onda para los campos eléctricos y magnéticos en el espacio libre2.3.3 Ecuaciones de onda para los campos eléctricos y magnéticos en un medio material

3 Propagación de ondas planas electromagnéticas

Objetivo: El alumno utilizará las ecuaciones de onda para examinar diversas cuestiones relacionadas con la propagación de las ondas electromagnéticas en el espacio libre y en medios materiales simples.

Contenido: 3.1 Ondas planas uniformes sinusoidales en el espacio libre

3.1.1 Campos electromagnéticos que varían sinusoidalmente en el tiempo. Fasores3.1.2 Ecuaciones de Maxwell y ecuación de onda en forma fasorial3.1.3 Solución de la ecuación de onda para campos eléctricos y magnéticos3.1.4 Propiedades y parámetros de las ondas planas sinusoidales en el espacio libre:frecuencia,

frecuencia angular, periodo, constante de fase, longitud de onda, velocidad de fase e impedancia intrínseca

3.1.5 Representación gráfica de una onda electromagnética sinusoidal viajera en el espacio libre3.1.6 Efecto Doppler3.1.7 El espectro de radiofrecuencias

3.2 Ondas planas uniformes sinusoidales en un medio material simple3.2.1 Ecuaciones de Maxwell y ecuación de onda en forma fasorial3.2.2 Solución de la ecuación de onda para campos eléctricos y magnéticos3.2.3 Características de propagación de las ondas planas uniformes sinusoidales en un medio

material3.2.4 Parámetros de las ondas planas uniformes sinusoidales en un medio material: constante de

propagación (constantes de atenuación y de fase), frecuencia, periodo, longitud de onda, velocidad de fase e impedancia intrínseca

3.2.5 Representación gráfica de una onda electromagnética viajera amortiguada en un medio material

3.2.6 Determinación de los parámetros de un medio a partir de la constante de propagación e impedancia intrínseca

3.2.7 Profundidad de penetración3.3 Análisis de la propagación de ondas planas electromagnéticas no-sinusoidales en un medio material

3.3.1 Análisis de Fourier. Superposición3.3.2 Distorsión en la propagación

3.4 Dispersión y velocidad de grupo3.4.1 Señales demoduladas de banda angosta. Señales de amplitud modulada3.4.2 Velocidad de grupo3.4.3 Diagrama de dispersión3.4.4 Velocidad de fase y velocidad de grupo

CAMPOS Y ONDAS ( 4 / 6)

3.5 Clasificación de los medios materiales desde el punto vista de las ondas electromagnéticas3.5.1 Tangente de pérdidas3.5.2 Buenos dieléctricos3.5.3 Buenos conductores3.5.4 Cuasi-conductores3.5.5 Medios ideales: dieléctrico perfecto y conductor perfecto

3.6 Vector de Poynting3.6.1 Interpretación del teorema de Poynting. Vector de Poynting3.6.2 Vector de Poynting para ondas planas sinusoidales3.6.3 Velocidad de la energía3.6.4 Presión de radiación

3.7 Polarización de las ondas electromagnéticas3.7.1 Polarización lineal3.7.2 Polarización circular3.7.3 Polarización elíptica3.7.4 Esfera de Poincaré

4 Reflexión y refracción de ondas electromagnéticas

Objetivo: El alumno haciendo uso de los conceptos básicos de propagación de las ondas electromagnéticas, analizará los fenómenos de reflexión y refracción que surgen cuando las ondas cruzan la frontera entre dos medios diferentes.

Contenido: 4.1 Condiciones de frontera para campos electromagnéticos4.2 Leyes de Snell (reflexión y refracción)4.3 Incidencia normal

4.3.1 Incidencia normal con acoplamiento de impedancias4.3.2 Desacoplamiento de impedancias4.3.3 Coeficientes de reflexión y de transmisión4.3.4 Reflexión y transmisión de energía4.3.5 Casos de reflexión: interfaz dieléctrico-dieléctrico; interfaz dieléctrico-conductor4.3.6 Ondas estacionarias4.3.7 Relación de onda estacionaria ( SWR )4.3.8 Coeficiente de reflexión generalizado4.3.9 Impedancia de entrada

4.4 Incidencia normal en varios dieléctricos colocados paralelamente4.4.1 Métodos de análisis4.4.2 Técnicas para evitar reflexiones

4.5 Ondas planas electromagnéticas en una dirección arbitraria4.6 Incidencia oblicua

4.6.1 Incidencia oblicua en la interfaz de dos dieléctricos4.6.2 Coeficientes de reflexión y de transmisión para E paralelo al plano de incidencia y para

E perpendicular al plano de incidencia4.6.3 Ángulo de Brewster y transmisión total

CAMPOS Y ONDAS ( 5 / 6)

4.6.4 Ángulo crítico y reflexión interna total4.6.5 Incidencia oblicua en una interfaz dieléctrico-conductor4.6.6 Análisis de las ondas incidentes y reflejadas para E paralelo al plano de incidencia (onda

TM) y para E perpendicular al plano de incidencia (onda TE)4.7 Efectos de la reflexión en la polarización de las ondas electromagnéticas4.8 Propagación de ondas planas en gases ionizados y propagación ionosférica4.9 Óptica geométrica

4.9.1 Relaciones de amplitud4.9.2 Relación fase-polarización4.9.3 Reflexión en superficies

Bibliografía básica: Temas para los que se recomienda:

WENTWORTH, Stuart M.Fundamentals of Electromagnetics with Engineering ApplicationsNew YorkJohn Wiley and Sons, 2004

Todos

SADIKU, Matthew N.Elements of Electromagnetics3rd editionOxfordOxford University Press, 2000

Todos

HATY, William H. y BUCK, John A.Engineering Electromagnetics 6th editionNew YorkMcGraw-Hill Co., 2001

Todos

IDA, NathanEngineering ElectromagneticsNew YorkSpringer Verlag, 2004

Todos

RAO, Nannapaneni NarayanaElements of Engineering Electromagnetics6th editionEnglewood CliffsPearson Education, 2004

Todos

CAMPOS Y ONDAS ( 6 / 6)

Bibliografiía complementaria: Temas para los que se recomienda:

GURU, Bhag S., HIZIROGLU, Huseyin R. y HZOGLU, Huseyin R.Electromagnetic Field Theory FundamentalsStanfordThomson Learning, 1997

Todos

BALANIS, Constantine A.Advanced Engineering ElectromagneticsNew YorkJohn Wiley and Sons, 1989

Todos

JOHNK, T. A.Engineering Electromagnetics Fields and Waves 2nd editionNew YorkJohn Wiley and Sons, 1988

Todos

Sugerencias didácticas:Exposición oral X Lecturas obligatorias XExposición audiovisual X Trabajos de investigación XEjercicios dentro de clase X Prácticas de taller o laboratorioEjercicios fuera del aula X Prácticas de campoSeminarios Otras:

Forma de evaluar:Exámenes parciales X Participación en clase XExámenes finales X Asistencias a prácticasTrabajos y tareas fuera del aula X Otras:

Perfil profesiográfico de quienes pueden impartir la asignatura Preferentemente con posgrado en Telecomunicaciones o en Comunicaciones y Electrónica o en Física. Experiencia en el área de Electromagnetismo Aplicado (radiopropagación, antenas, líneas de transmisión, dispositivos de microondas, etc.).