Líneas de transmisión y antenas sobre la plataforma Moodle para el Plan de Estudio E

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(1)Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. Título: “Líneas de Transmisión y Antenas sobre la plataforma Moodle para el Plan de Estudio E.” Autor: Roberto Alain Ríos López Tutor: MsC. Rafael Alejandro Olivera Solís. , junio 2018.

(2) Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios. Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente: Atribución- No Comercial- Compartir Igual. Para cualquier información contacte con: Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830 Teléfonos.: +53 01 42281503-1419.

(3) i. PENSAMIENTO. “Yo he preferido hablar de cosas imposibles, porque de lo posible se sabe demasiado”. Silvio Rodríguez Domínguez.

(4) ii. DEDICATORIA. A olo. A Cami, siempre a Cami..

(5) iii. AGRADECIMIENTOS. Muchas gracias a mi tutor, mis amigas y amigos, a mis tías y tíos, a mis abuelas y abuelos, a mis primas y primos, a mi mamá y a mi papá, a mi hermana y a mi hermano, y a toda persona que me ayudó de alguna forma o que al menos sonría de felicidad porque me esté graduando. En fin, GRACIAS..

(6) i. TAREA TÉCNICA. Con el objetivo de dar cumplimiento a los objetivos trazados para la realización de este trabajo de diploma, se tuvo en cuenta un grupo de tareas, ellas fueron: . La profundización de las facilidades y ventajas que ofrecen las TIC en la enseñanza superior.. . La investigación y estudio de documentos relacionados con el uso de las plataformas interactivas en el proceso educativo.. . La elaboración de materiales en formato digital que contribuyan al mejoramiento del proceso de enseñanza-aprendizaje de la asignatura Líneas de Transmisión y Antenas.. . Utilizar recursos en la plataforma Moodle para cumplir con los objetivos antes señalados.. . El montaje de la asignatura en la plataforma Moodle..

(7) ii. RESUMEN. Con el surgimiento del Plan de Estudio E la disciplina Sistemas de Radiocomunicaciones implementó cambios en cuanto a cantidad de asignaturas y estructuración de las mismas, dando paso así a nuevas asignaturas. De esta manera nace “Líneas de transmisión y antenas”, que aborda temas, tanto por separado como en conjunto de las antiguas asignaturas “Líneas de transmisión” como de “Antenas”. Se hace necesario entonces la creación de materiales de carácter bibliográficos que nutran esta asignatura. Estos materiales fueron confeccionados cumpliendo las exigencias metodológicas que impone la Educación Superior y también las indicaciones del Plan de Estudio E. Como resultado de este trabajo se obtienen materiales bibliográficos que conforman los temas de la asignatura y que fueron colocados en una plataforma interactiva de aprendizaje. Para este fin fue creado el curso en Moddle “Líneas de transmisión y antenas” donde se encuentran a disposición de todos los materiales bibliográficos..

(8) iii TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ..................................................................................................................i RESUMEN ............................................................................................................................ ii INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL. NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’ ........................................................................................ 5 1.1. Generalidades del nuevo Plan de Estudio ‘E’ .......................................................... 5. 1.1.1 1.2. Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) ................................. 7. 1.2.1 1.3. Tracendencia de las TIC en la Educación Superior .......................................... 9. Las Plataformas Virtuales ...................................................................................... 10. 1.3.1 1.4. Modificaciones en el curso diurno para el nuevo Plan de Estudio ‘E’ ............. 7. Características de las Plataformas Virtuales ................................................... 11. Plataforma virtual Moodle ..................................................................................... 15. 1.4.1. Orígenes de la Plataforma Virtual Moodle ..................................................... 16. 1.5. Características Generales de Moodle ..................................................................... 16. 1.6. La Plataforma Virtual Moodle en las Universidades Cubanas .............................. 18. 1.6.1 1.7. Moodle en la facultad de Ingeniería Eléctrica ................................................ 18. Conclusiones del capítulo ...................................................................................... 18. CAPÍTULO 2. 2.1. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS ......................................... 19. Líneas de Transmisión y Antenas en el Plan de Estudio E .................................... 19.

(9) iv 2.2. Ondas entre planos conductores paralelos. Características .................................... 20. 2.2.1. Ondas entre planos paralelos conductores. Diferentes parámetros................. 20. 2.2.2. La línea de transmisión en el estado estable sinusoidal .................................. 23. 2.3. Líneas Transmisión de Radiofrecuencia ................................................................ 26. 2.3.1. Aplicaciones de las líneas de transmisión de VHF y UHF ............................. 26. 2.3.2. Líneas de transmisión de microcintas ............................................................. 28. 2.3.3. La Carta Circular de Smith y sus aplicaciones [24], [25]. .............................. 31. 2.4. Guías de Ondas rectangulares y circulares............................................................. 34. 2.4.1. Guías de Ondas rectangulares. ........................................................................ 34. 2.4.2. Guías de Ondas circulares............................................................................... 37. 2.4.3. Resonadores de Cavidad ................................................................................. 38. 2.5. Teoría de Antenas. Parámetros fundamentales ...................................................... 39. 2.5.1 2.6. Parámetros direccionales de las antenas ......................................................... 40. Antenas de Lazo y Helicoidal ................................................................................ 41. 2.6.1. Antenas de Lazo y Helicoidal. Características ............................................... 41. 2.6.2. Conjuntos de antenas, antena Uda-Yagi. Técnicas de adaptación de dipolos. resonantes...................................................................................................................... 44 2.6.3. Antena rómbica ............................................................................................... 46. 2.6.4. Antenas independientes de frecuencia ............................................................ 47. 2.7. Antenas de microcinta ............................................................................................ 47. 2.7.1. Antena rómbica ............................................................................................... 49. 2.7.2. Antenas de bocina y antenas parabólicas ........................................................ 50. 2.8. Conclusiones .......................................................................................................... 52. CAPÍTULO 3.. MONTAJE DEL CURSO LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. SOBRE LA PLATAFORMA INTERACTIVA MOODLE ................................................. 53.

(10) v 3.1. Estructura y organización del curso ....................................................................... 53. 3.2. Disposición del curso ............................................................................................. 54. 3.3. Estructura y materiales didácticos del curso .......................................................... 57. 3.4. Conclusiones .......................................................................................................... 59. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 60 Conclusiones ..................................................................................................................... 60 Recomendaciones ............................................................................................................. 60 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 62 ANEXOS .............................................................................................................................. 65 Anexo 1. Edición de un curso......................................................................................... 65. Anexo 2. Contenido de la asignatura, Tema I ................................................................ 67. Anexo 3. Contenido de la asignatura, Tema II ............................................................... 68. Anexo 4. Contenido de la asignatura, Tema III.............................................................. 69. Anexo 5. Contenido de la asignatura, Tema IV ............................................................. 70. Anexo 6. Contenido de la asignatura, Tema V ............................................................... 71. Anexo 7. Contenido de la asignatura, Tema VI ............................................................. 72.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. La asignatura de Líneas de Transmisión y Antenas pertenece a la disciplina de Sistemas de Radiocomunicaciones, la cual forma parte de la carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica que es cursada en la Facultad de Ingeniería Eléctrica (FIE) de la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas (UCLV). La asignatura ha presentado transformaciones en el transcurso del tiempo, llevando a cabo una evolución con el propósito de lograr dinamismo y efectividad en el proceso de enseñanza-aprendizaje, sin perder de vista su objetivo: preparar estudiantes universitarios de forma integral. Los modelos de enseñanza se desarrollan con acelerado impulso en la actualidad, debido fundamentalmente al avance de las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC). Se han practicado varios métodos de enseñanza a distancia. Entre ellos, el modelo semipresencial centrado en actividades de consulta y evaluación a estudiantes a lo largo del proceso de aprendizaje, el modelo de enseñanza por correspondencia, mejorado con la utilización del correo electrónico, el modelo de tele-enseñanza basado en la utilización de la televisión, el computador y los celulares para la transmisión de actividades lectivas. Con el uso de las TIC en la educación se puede lograr despertar el interés de los estudiantes y profesores por la investigación científica y posibilitar el mejoramiento de las habilidades creativas, colaborativas y comunicativas, pudiendo acceder a mayor cantidad de información y proporcionando los medios para un mejor desarrollo integral de los individuos. Las ventajas que se han atribuido a las TIC como instrumentos de mejora para el aprendizaje de los alumnos son numerosas. La Facultad de Ingeniería Eléctrica, se ha apropiado de este concepto y a través de plataformas interactivas ha logrado que los estudiantes se interesen por los contenidos de la carrera. Utiliza en este propósito la plataforma Moodle (https://moodle.uclv.edu.cu). Este.

(12) INTRODUCCIÓN. 2. campus virtual permite a los estudiantes adquirir con rapidez los contenidos que el profesorado diseña para el estudio de las asignaturas; logrando debates telemáticos entre el alumnado, exámenes de autoevaluación, consultas a materiales de estudio y tutorías electrónicas. Esta plataforma contribuye al acercamiento a las tendencias y orientaciones del Ministerio de Educación Superior (MES) para el nuevo plan de estudio (plan E). Desde los años 90’ la Internet pasó de ser un instrumento exclusivo de la comunidad científica, a ser una red de fácil uso; que modificó las pautas de interacción social. Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) son aquellas herramientas computacionales e informáticas que procesan, almacenan, resumen, recuperan y presentan la información de la más variada forma. Constituyen la palanca principal de transformaciones sin precedentes en el mundo contemporáneo [1]. Ninguna otra tecnología originó tan grandes mutaciones en la sociedad, en la cultura y en la educación. La humanidad viene alterando significativamente los modos de comunicar, entretener, trabajar, socializar y educar, sobre la base de la difusión y uso de las TIC a escala global. Es universalmente reconocido también que las TIC son responsables de aumentos en productividad, anteriormente inimaginables, en los más variados sectores de la actividad empresarial, y de manera destacada en las economías del conocimiento y de la innovación. En la UCLV se desarrolla la tarea de digitalizar y organizar, en la plataforma interactiva Moodle, los materiales y recursos a utilizar para mejorar la actividad investigativa de los profesores y estudiantes, aprovechando la infraestructura ya existente en dicho centro. En aras de lograr una mejor preparación metodológica por parte de los profesores y un mayor aprovechamiento del tiempo de estudio independiente por parte de los alumnos; así como el alcance de estos materiales docentes a otras personas interesadas en recibirlos; se plantea el siguiente problema científico: ¿Cómo organizar la información en formato digital de la asignatura Líneas de Transmisión y Antenas en un espacio virtual interactivo para mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje de dicha asignatura? Atendiendo a esta interrogante se plantean el siguiente objetivo:.

(13) INTRODUCCIÓN. 3. Objetivo General: Elaborar un material didáctico con ayuda de las TIC, en Moodle, que posibilite el perfeccionamiento del proceso de enseñanza-aprendizaje en la asignatura Líneas de Transmisión y Antenas del Plan de Estudio E. Objetivos específicos: 1. Fundamentar el impacto de las TIC como herramienta necesaria en el plan de estudio E 2. Definir los materiales necesarios de la asignatura para optimizar el proceso de formación profesional del estudiante. 3. Introducir la asignatura en la plataforma Moodle con énfasis en los recursos utilizados. Interrogantes Científicas: 1. ¿Cuáles son los fundamentos teórico metodológicos que sustentan la aplicación de las TIC en el desarrollo del proceso enseñanza-aprendizaje en la Educación Superior? 2. ¿Qué contenido tendrán los materiales de la asignatura Líneas de Transmisión y Antenas? 3. ¿Cómo gestionar eficiente y didácticamente los materiales en la plataforma Moodle de la asignatura Líneas de Transmisión y Antenas del plan de estudio E? El informe de la investigación estará conformado por introducción, capitulario, conclusiones, referencias bibliográficas y anexos. En la introducción se dejará definida la importancia, actualidad, estructura y necesidad de la implementación del nuevo Plan de estudio E y se dejarán explícitos los elementos del diseño teórico. En el capítulo 1 se hará énfasis en las principales características y generalidades del plan de estudio E, así como sus principales modificaciones. También se comentará de la importancia de las TIC en el proceso enseñanzaaprendizaje y de las ventajas de su uso, así como realizar un recorrido por las principales soluciones tecnológicas que estas brindan. En el Capítulo 2 hace referencia al diseño estructural y metodológico de la asignatura. Se mostrarán las actividades y materiales que formarán parte de la misma. El Capítulo 3 se dedicará al montaje de la asignatura Líneas de Transmisión y Antenas (material didáctico) en la plataforma Moodle de manera organizada y completa, dejándola lista para su uso por los estudiantes y profesores; enfatizando en los recursos utilizados para el logro obtenido. Las conclusiones muestran un resumen de los.

(14) INTRODUCCIÓN. 4. resultados obtenidos y están en función del cumplimiento del objetivo propuesto. Las Recomendaciones conducen a la necesidad del enriquecimiento científico (estudios futuros) que puedan ser derivados de la propuesta realizada. Seguidamente la bibliografía, actualizada y con el rigor requerido para este tipo de trabajo. Culminando el documento con la sesión de anexos que enriquecen el resultado ofrecido..

(15) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 5. CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZAAPRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. En este capítulo se aborda la influencia de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) en el proceso educativo con énfasis en la plataforma interactiva Moodle. Las principales características del nuevo Plan de Estudio ‘E’. 1.1. Generalidades del nuevo Plan de Estudio ‘E’. Con el continuo desarrollo que se ha alcanzado en la Metodología, la Educación Superior cubana debe mantenerse al margen y por eso es necesario implementar un nuevo plan de estudio: Plan ‘E’; el cual deberá establecerse para el venidero curso 2018-2019 en la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica. Para ello se deberá incrementar el rigor en las nuevas asignaturas. Algunas de las consideraciones generales son: . Estudiar en cada departamento el Documento Base, para asegurar que los profesores hagan suyo lo principal de su contenido y se establezcan estrategias de trabajo apropiadas para ofrecer respuestas a las exigencias del nuevo plan de estudio.. . Mantener el enfoque en sistema del proceso de formación, en el cual los objetivos y contenidos esenciales se estructuran verticalmente en disciplinas y horizontalmente en años académicos, lo que hace que ambos subsistemas sean objeto del diseño curricular.. . Fortalecer el trabajo metodológico de los profesores, priorizando la labor educativa desde la instrucción. Renovar su contenido con relación a los métodos y medios no tradicionales que se han de emplear..

(16) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. . 6. La comisión nacional de carrera deberá lograr que al proceso de diseño del plan de estudio se integren profesores y especialistas vinculados a la actividad de posgrado y profesionales de los organismos empleadores que ayuden a precisar el modelo del profesional deseado.. . Conceder una especial atención a la preparación técnica y pedagógica de los profesores en el uso de las TIC de modo que pueda garantizarse la transformación deseada [2].. Las asignaturas de formación general como Filosofía, Economía Política, Preparación para la Defensa, son imprescindibles para cualquier plan de estudio que se realice en Cuba dado que han sentado la base del pensamiento del pueblo cubano a lo largo de estos años de Revolución. La Educación Física siempre ha sido parte fundamental del sistema educacional cubano debido a la importancia del equilibrio en cuerpo y mente. La Historia de Cuba que aporta a los estudiantes una cultura histórica sobre el proceso de formación y desarrollo de la nacionalidad cubana. Este grupo de materias están dirigidas a cualquier profesional, además contribuyen al desarrollo de cualidades generales de la personalidad del estudiante, por lo tanto, son infaltables en este proyecto. También existen los documentos rectores que caracterizan el Plan de Estudio E, elaborados centralmente por la Comisión Nacional de Carrera [2]: . Los programas de las disciplinas.. . El modelo profesional.. . El plan del proceso docente.. . Las indicaciones metodológicas y de organización de la carrera.. A partir de los documentos rectores, los colectivos de carrera de las universidades deben: . Organizar todas las asignaturas de la carrera por períodos docentes en cada año académico.. . Elaborar los programas analíticos de todas las asignaturas.. . Determinar el tipo evaluación de culminación de los estudios..

(17) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 7. Con el empleo del plan de estudio “E” se modifican la cantidad de asignaturas a impartir y sus contenidos, con el fin de acortar el ciclo de estudio del estudiantado y así lograr una mayor eficiencia en la Educación Superior Cubana que culmine con la formación de un profesional mucho más preparado y más objetivo en su quehacer. De esta manera es necesario modificar los planes de estudio del curso diurno [2]. 1.1.1. Modificaciones en el curso diurno para el nuevo Plan de Estudio ‘E’. Algunas de las actualizaciones que deben cumplir todas las carreras en el curso diurno para el nuevo Plan de Estudio ‘E’: . El número máximo de exámenes finales será de seis por año académico.. . La práctica laboral, que pertenece al currículo base, debe constituir como mínimo, el 15% del total de horas del plan de estudio. El fondo de tiempo mínimo de las disciplinas Marxismo-Leninismo, Historia de Cuba y Preparación para la Defensa es de 270 horas, distribuido en 152, 50 y 68 horas respectivamente.. . El total de horas del plan de estudio no debe exceder las 3760.. . El currículo base se elabora hasta el nivel de las disciplinas por la CNC.. . El currículo base no debe ser superior al 80% del total de horas de la carrera.. . La cantidad de asignaturas por semestre no debe ser mayor que seis. En el último semestre la cantidad de asignaturas dependerá de las horas que requiera la culminación de los estudios de la carrera.. . La duración máxima de la carrera será de cuatro años. Cada curso académico cuenta de 44 semanas lectivas, al menos 33 de ellas se dedicarán a clases y a práctica laboral, y se podrán destinar hasta 8 semanas los exámenes finales.. Con estas modificaciones se desea lograr que el estudiante tenga un tiempo de trabajo más eficiente. 1.2. Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC). Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) se desarrollan a partir de los avances científicos producidos en los ámbitos de la informática y las telecomunicaciones. Las TIC son el conjunto de tecnologías que permiten el acceso, producción, tratamiento y.

(18) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 8. comunicación de información presentada en diferentes códigos (texto, imagen, sonido...). El elemento más representativo de las nuevas tecnologías es sin duda el ordenador y más específicamente, Internet. Como indican diferentes autores, Internet supone un salto cualitativo de gran magnitud, cambiando y redefiniendo los modos de conocer y relacionarse del hombre [3]. Además, las TIC permiten el uso colectivo en clase de los canales de comunicación (email, chat, videoconferencia, etc.), con los que se pueden establecer comunicaciones con otros alumnos, centros de todo el mundo. Posibilita que las clases puedan ser audiovisuales e interactivas, facilitando al alumnado el seguimiento de las explicaciones del profesorado. Los alumnos, por lo general, están más atentos, motivados e interesados [4], [5]. Las TIC incluyen la electrónica como tecnología base que soporta el desarrollo de las telecomunicaciones, la informática y el audiovisual. Esas tecnologías se presentan cada vez más como una necesidad en el contexto de sociedad donde los rápidos cambios, el aumento de los conocimientos y las demandas de una educación de alto nivel constantemente actualizada se convierten en una exigencia permanente [6], [7]. Las TIC son el motor principal de transformaciones sin precedentes en el mundo contemporáneo. En efecto, ninguna otra tecnología originó tan grandes mutaciones en la sociedad, en la cultura y en la economía. La humanidad viene alterando significativamente los modos de comunicar, de entretener, de trabajar, de negociar, de gobernar y de socializar, sobre la base de la difusión y uso de las TIC a escala global. Es universalmente reconocido también que las TIC son responsables de aumentos en productividad, anteriormente inimaginables, en los más variados sectores de la actividad empresarial, y de manera destacada en las economías del conocimiento y de la innovación. Respecto a los comportamientos personales, las nuevas tecnologías vienen revolucionando además las percepciones del tiempo y del espacio; a su vez, Internet se revela intensamente social, desencadenando ondas de choque en el modo como las personas interactúan entre sí a una escala planetaria [7]. Algunas de las ventajas de las TIC en los procesos de enseñanza son [8], [9]: . Desarrollo de habilidades para el uso de la tecnología..

(19) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. . 9. Dar acceso al flujo de conocimientos e información para empoderar y mejorar las vidas de las personas.. . Permitir el aprendizaje interactivo y la educación a distancia.. . Desarrollo de la iniciativa.. . Interacción y actividad continua.. Pero, para variar, las TIC también han traído algunas consecuencias para la sociedad como, por ejemplo: la distancia entre los países más informatizados y los menos se ha extendido y por supuesto las ganancias están muy lejos de ser equitativas, se reparten como se reparte el mundo, unos pocos lo tienen casi todo y la mayoría no poseen prácticamente nada. Algunas desventajas de las TIC en los procesos de enseñanza son [8], [9]: . Falta de privacidad.. . Aislamiento.. . Fraude.. . Merma los puestos de trabajo.. En general las TIC ofrecen muchas facilidades para estudiantes y profesores, pues logra una interacción en los conocimientos de estos, que hace mucho más ágil y efectivo, el manejo de la información. Por lo que en la comunidad universitaria se está haciendo cada vez más imprescindible. 1.2.1. Tracendencia de las TIC en la Educación Superior. Muchas veces se ha dicho que la institución educativa está anclada en el pasado. Quizá fuera mejor decir que la institución educativa tal como se conoce fue diseñada para resolver problemas del pasado que seguramente han llegado hasta estos días, por otra parte, y que en estos momentos las necesidades sociales son otras. Durante estos últimos tiempos las universidades han experimentado un cambio de cierta importancia en el papel que juegan en el conjunto del sistema de enseñanza (la masificación puede ser un efecto constatable de ello). En este momento, las universidades necesitan involucrarse en procesos de mejora de la calidad, y esto en este terreno quiere decir procesos de innovación docente apoyada en las TIC [10]..

(20) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 10. La aplicación de las TIC a acciones de formación bajo la concepción de enseñanza flexible, abren diversos frentes de cambio y renovación a considerar [10]: . Cambios en las concepciones (cómo funciona en aula, definición de los procesos didácticos, identidad del docente, etc.).. . Cambios en los recursos básicos: Contenidos, infraestructuras (acceso a redes, etc.), uso abierto de estos recursos.. . Cambios en las prácticas de los profesores y de los alumnos.. En específico los profesores son parte primordial de estos cambios, por lo que es necesario que sean capaces de [10]: . Guiar a los alumnos en el uso de las bases de información y conocimiento, así como proporcionar acceso a los mismos para usar sus propios recursos.. . Potenciar que los alumnos se vuelvan activos en el proceso de aprendizaje auto dirigido, explotando las posibilidades comunicativas de las redes como sistemas de acceso a recursos de aprendizaje.. . Asesorar y gestionar el ambiente de aprendizaje en el que los alumnos están utilizando estos recursos. Tienen que ser capaces de guiar a los alumnos en el desarrollo de experiencias colaborativas, monitorizar el progreso del estudiante.. El papel de las TIC es y deberá ser el de simplificar el trabajo, lograr mayor dinamismo en la relación profesor-estudiante, la cual es totalmente indispensable en la formación de un profesional de calidad como los que desea formar Cuba. 1.3. Las Plataformas Virtuales. Las plataformas virtuales, son programas orientados a la Internet, se utilizan para el diseño y desarrollo de cursos o módulos didácticos en la red internacional. Permiten mejorar la comunicación (alumno-docente; alumno-alumno) y desarrollar el aprendizaje individual y colectivo. Una plataforma virtual es un software sencillo de utilizar y cuenta con una interfaz gráfica amigable al usuario; los usuarios pueden adoptar un rol de alumno, docente, administrador y otros [11]..

(21) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 1.3.1. 11. Características de las Plataformas Virtuales. Algunos de sus aspectos fundamentales son [11]: . La gestión administrativa (matriculación del alumnado, configuración de cursos, etc.).. . La distribución de los contenidos formativos.. . La comunicación entre alumnado y equipo tutorial.. . El seguimiento de la acción formativa de los participantes.. Tipos de Plataformas virtuales: Plataformas comerciales: Hay que pagar para poder utilizarla. Un ejemplo de este tipo de plataforma virtual se encuentra la e-ducativa que es utilizada por la Universidad de Panamá. Algunos ejemplos: . FirstClass: Es una aplicación cliente/servidor de tipo colaborativa (groupware), de correo electrónico, conferencias en línea, servicios de voz/fax, y sistema de tablón de anuncios, para sistemas operativos Windows, Macintosh y Linux.. . eCollege: Es adquirida por el grupo de educación Pearson Education, una compañía proveedora de contenidos impresos y electrónicos en ambientes físicos.. . Blackboard: Administra aprendizaje en línea (e-learning), procesamiento de transacciones, comercio electrónico (e-commerce) y manejo de comunidades en línea [11], [12].. Figura 1.1 Logo de Blackboard [13].. Plataformas de software libre: Son plataformas gratuitas. Plataformas de software propio: Son plataformas que se desarrollan e implementan dentro de la misma institución educativa..

(22) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. . 12. ATutor: es un Sistema de Gestión de Contenidos de Aprendizaje, Learning Content Management System de código abierto basado en la Web y diseñado con el objetivo de lograr accesibilidad y adaptabilidad. Los administradores pueden instalar o actualizar ATutor en minutos. Los educadores pueden rápidamente ensamblar, empaquetar y redistribuir contenido educativo, y llevar a cabo sus clases online. Los estudiantes pueden aprender en un entorno de aprendizaje adaptativo.. Figura 1.2 Logo de plataforma ATutor [14].. . Moodle: es una plataforma de aprendizaje diseñada para proporcionarle a educadores, administradores y estudiantes un sistema integrado único, robusto y seguro para crear ambientes de aprendizaje personalizados.. Figura 1.3 Logo de la Plataforma Moodle [14].. . Dokeos: es un entorno de e-learning y una aplicación de administración de contenidos de cursos y también una herramienta de colaboración. Es software libre y puede ser usado como un sistema de gestión de contenido (CMS) para educación y educadores. Esta característica para administrar contenidos incluye distribución de contenidos, calendario,.

(23) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 13. proceso de entrenamiento, chat en texto, audio y video, administración de pruebas y guardado de registros.. Figura 1.4 Logo de plataforma Dokeos [14].. Plataformas de software propio: Son plataformas que se desarrollan e implementan dentro de la misma institución educativa (Ejemplo: Agora Virtual).. Figura 1.5 Estructura de una plataforma virtual [15].. Ventajas de las Plataformas Virtuales: . Fomento de la comunicación profesor/alumno: La relación profesor/alumno, al transcurso de la clase o a la eventualidad del uso de las tutorías, se amplía considerablemente con el empleo de las herramientas de la plataforma virtual.. . Facilidades para el acceso a la información: Es una potencial herramienta que permite crear y gestionar asignaturas de forma sencilla, incluir gran variedad de actividades y hacer un seguimiento exhaustivo del trabajo del alumnado. Cualquier información.

(24) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 14. relacionada con la asignatura está disponible de forma permanente permitiéndole al alumno acceder a la misma en cualquier momento y desde cualquier lugar. . Fomento del debate y la discusión: El hecho de extender la docencia más allá del aula utilizando las aplicaciones que la plataforma proporciona permite fomentar la participación de los alumnos. Permite la comunicación a distancia mediante foros, correo y Chat, favoreciendo así el aprendizaje cooperativo.. . El componente lúdico: El uso de tecnologías como la mensajería instantánea, los foros, Chats en muchos casos, actúa como un aliciente para que los alumnos consideren la asignatura interesante. En definitiva, dota a la docencia de un formato más cercano al lenguaje de las nuevas generaciones.. . Fomento de la comunidad educativa: El uso de plataformas virtuales está ampliando las posibilidades de conexión entre los docentes. Su extensión en el uso puede impulsar en el futuro a la creación de comunidades educativas en las cuales los docentes compartan materiales o colaboren en proyectos educativos conjuntos [16].. Desventajas de las Plataformas Virtuales: . Mayor esfuerzo y dedicación por parte del profesor: El uso de plataformas virtuales para la enseñanza supone un incremento en el esfuerzo y el tiempo que el profesor ha de dedicar a la asignatura ya que la plataforma precisa ser actualizada constantemente.. . Necesidad de contar con alumnos motivados y participativos: El empleo de las herramientas virtuales requiere de alumnos participativos que se involucren en la asignatura.. . El acceso a los medios informáticos y la brecha informática: La utilización de plataformas virtuales como un recurso de apoyo a la docencia exige que el alumno disponga de un acceso permanente a los medios informáticos [16].. Las plataformas virtuales también ofrecen herramientas que aumentan su poderío de trabajo. Unas de tipo Asincrónico (en tiempo diferido) como son: Foros de discusión, Cartelera, Email, Anuncios-Archivos, Tarea, Wiki, Blog, Encuestas-Cuestionarios y Mensajería interna..

(25) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 15. Figura 1.6 Herramientas asincrónicas [15].. También están las de tipo Sincrónico (en tiempo real) dentro de ellas se encuentran: las Videoconferencias, Pizarras compartidas, Aplicaciones compartidas y el Chat.. Figura 1.7 Herramientas Sincrónicas [15].. 1.4. Plataforma virtual Moodle. Moodle es una plataforma virtual de software libre, la cual es una herramienta de tipo Ambiente Educativo Virtual, un sistema de gestión de cursos, que ayuda a los educadores a crear comunidades de aprendizaje en línea. Este tipo de plataformas tecnológicas también se conoce como Learning Content Management System (LCMS) [17]. Una de las principales ventajas de Moodle es el hecho de ser Open Source. Lo que quiere decir que el código de programación es abierto de modo que cualquiera, institución o particular, pueden modificarlo para adaptarlo a sus necesidades y puede instalarse de modo gratuito. Lo que permite una amplia comunidad de usuarios. La Plataforma es un instrumento vital para el profesorado ya que permite implementar numerosas actividades de enseñanza-aprendizaje en el aula por medio de diferentes opciones.

(26) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 16. multimedia. Tres son los grandes recursos de Moodle: gestión de contenidos, comunicación y evaluación. La plataforma resulta muy útil para los alumnos ofreciéndoles un servicio automatizado y personalizado a sus necesidades e intereses, permitiendo el estudio individual y las diferentes perspectivas o ritmos de aprendizaje [18]. 1.4.1. Orígenes de la Plataforma Virtual Moodle. Moodle fue creado por Martin Dougiamas, un administrador de WebCT en Curtin University, Australia, y graduado en Ciencias de la Computación y Educación. Su Tesis de Doctorado examinó el uso del software abierto para el soporte de una epistemología construccionista social de enseñanza y aprendizaje con comunidades, basadas en Internet, de investigación reflexiva. Su investigación tiene fuerte influencia en el diseño de Moodle, proporcionando aspectos pedagógicos perdidos en muchas otras plataformas de aprendizaje virtual [18]. El acrónimo Moodle significa Entorno Modular de Aprendizaje Dinámico Orientado a Objetos (del inglés, Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment o MOODLE), si bien en los primeros años la "M" significaba "Martin", en honor a su creador. Además de ser un acrónimo, el nombre fue elegido debido a la definición del diccionario de Moodle, "modo de aprender innato" y para corresponder a un nombre de dominio disponible [19]–[21]. La primera versión de la herramienta apareció el 20 de agosto de 2002, a partir de allí han aparecido nuevas versiones de forma regular. Hasta julio de 2008, la base de usuarios registrados incluye más de 21 millones, distribuidos en 46.000 sitios en todo el mundo y está traducido a alrededor de 91 idiomas. 1.5. Características Generales de Moodle Un profesor o profesora con permisos ordinarios no puede crear un curso en Moodle, por lo tanto, deberá pedir la creación del curso al administrador del servidor Moodle. Una vez creado, es tarea del docente el diseño y gestión de su curso, adaptándolo a sus necesidades y a las de sus estudiantes. El docente puede incluir materiales digitales en su curso (recursos) o puede pedir a su alumnado que realice algún trabajo (actividades) [11]..

(27) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 17. No se debe olvidar que los entornos virtuales de aprendizaje son eso, virtuales: reproducen el modelo de enseñanza/aprendizaje que tiene el docente. Si su modelo es transmisor en el aula, en su virtualidad electrónica también será cerrado. Si los momentos importantes son la matriculación y la evaluación final, se manifiesta claramente una modalidad de enseñanza, que evidentemente no es la única. La discusión, aprender a razonar, argumentar y ser convincente, la investigación en equipo, el reparto de tareas equilibrada y democráticamente, son cosas que también se pueden hacer en el aula, entre otras muchas. Tipos de actividades que se pueden realizar con Moodle [19], [21]: . Tarea: Asigna la realización de una acción al estudiante. Puede ser escribir un texto en línea o subir un archivo para su corrección.. . Foro: Es un lugar de debate para un grupo sobre un tema compartido.. . Consulta: Votación rápida de una sola pregunta con diversas opciones de respuesta.. . Glosario: Recopilación de los términos clave de un curso, con sus correspondientes definiciones.. . Chat: Permite la comunicación en tiempo real de los participantes, de manera fluida, mediante mensajes de texto.. . Cuestionario: Permite crear baterías de preguntas incluyendo de verdadero-falso, opción múltiple, respuestas cortas, emparejar, numéricas, incrustadas en el texto... y todas ellas pueden tener gráficos.. Moodle posee algunas características en el ámbito del constructivismo social como son [22]: . Flexibilidad: Moodle es lo suficientemente flexible para permitir una amplia gama de modos de enseñanza. Puede ser utilizado para generar contenido de manera básica o avanzada (por ejemplo, páginas web) y de evaluación.. . Herramienta e-learning: posibilita el aprendizaje no presencial de los alumnos.. . Ecológico: permitiendo ahorrar millones de fotocopias en papel y de paso mantener la superficie arbolada.. Carácter público: permite a los estudiantes, poder disponer de la información relativa a su asignatura sin tener que dilapidar una fortuna en fotocopias..

(28) CAPÍTULO 1. LAS TIC EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA- APRENDIZAJE EN EL NUEVO PLAN DE ESTUDIO ‘E’. 1.6. 18. La Plataforma Virtual Moodle en las Universidades Cubanas. En Cuba se ha implementado la Plataforma Virtual Moodle en varios centros de Educación Superior como son: La Universidad de la Habana, la Universidad de Ciego de Ávila, la Universidad de Cienfuegos, Universidad de Oriente, la CUJAE y la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas(UCLV). Estas universidades poseen un paso de avance con respecto a otras que aún no tienen a Moodle en su nube, puesto que la mejora es significativa por la flexibilidad y el fácil acceso a este por parte de alumnos y profesores. 1.6.1. Moodle en la facultad de Ingeniería Eléctrica. En la Facultad de Ingeniería Eléctrica (FIE) de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV) está implementada la Plataforma Virtual Moodle como parte de la actualización del Sistema Educativo Cubano, donde se encuentran un buen número de cursos, posibilitando el fácil acceso de todos a esta bibliografía. Estos cursos se encuentran disponibles. en. el. sitio. Web. correspondiente. al. Moodle. en. la. Facultad:. https://moodle.uclv.edu.cu. Algunos cursos ya diseñados corresponden a asignaturas como: Redes, Microprocesadores, Electrónica Analógica I, Microcontroladores II, Sistema con Microprocesadores, entre otros. 1.7. Conclusiones del capítulo. En este capítulo se pudo constatar la importancia que tiene en la actualidad el uso de la Plataforma Virtual Moodle y el impacto que debe y está teniendo en Cuba como parte del inevitable desarrollo en las ramas de la educación, y para el Nuevo Plan de Estudio E se hace imprescindible poseer estos recursos y aplicarlos inmediatamente en los centros de Educación Superior en Cuba..

(29) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 19. CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. El presente capítulo se centrará en el diseño metodológico de la asignatura Líneas de Transmisión y Antenas a partir de los temas que la conforman. Se expondrán los elementos fundamentales que forman parte de dichos temas. 2.1. Líneas de Transmisión y Antenas en el Plan de Estudio E. Con la unión de las asignaturas Líneas de Transmisión y Antenas (las cuales eran independientes en el Plan de Estudio D) se espera lograr más objetividad en el estudio, ya que se abordarán los tópicos más importantes e indispensables de ambas asignaturas para que así el estudiante pueda ordenar eficientemente su método de estudio. De esta forma tendrá más tiempo de auto superación y podría enfatizar en los contenidos más relevantes. Aunque tener menor cantidad contenido lectivo puede ser una desventaja, la unión de las dos asignaturas logra una continuidad de contenidos en el estudiante para el entendimiento mucho más eficaz de los elementos que forman parte de un sistema de radiocomunicaciones. Además, ello da paso a la creación de habilidades de autogestión del aprendizaje por parte de los alumnos que dispondrán de un número más elevado de horas de estudio independiente. Esta asignatura se impartirá en el Primer Semestre de Tercer Año de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica. La misma cuenta con un horario presencial de 80 horas y abarcará los siguientes temas: Tema I: Ondas entre planos paralelos conductores. . Ondas entre planos paralelos conductores. Diferentes parámetros.. . La línea de transmisión en el estado estable sinusoidal.. Tema II: Líneas de Transmisión de Radiofrecuencias..

(30) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. . Líneas de Transmisión de Radiofrecuencias. Aplicaciones.. . Aplicaciones de las Líneas de Transmisión de VHF y UHF.. . Líneas de Transmisión de microcintas.. . La Carta Circular de Smith. Aplicaciones.. 20. Tema III: Guías de Ondas rectangulares y circulares. . Guías de ondas rectangulares y circulares. Atenuación y Q.. . Resonadores de Cavidad. Discontinuidades y Medida de Potencia.. Tema IV: Teoría de Antenas. Parámetros fundamentales. . Parámetros direccionales de las antenas.. Tema V: Antena de Lazo y Helicoidal. . Antena de Lazo y Helicoidal.. . Conjuntos de antenas, Antena Uda-Yagi. Técnicas de adaptación de impedancia de dipolos resonantes.. . Antena rómbica.. . Antenas independientes de frecuencia.. Tema VI: Antenas de microcinta. . Antenas de microcinta.. . Antenas de bocina y antenas parabólicas.. 2.2. Ondas entre planos conductores paralelos. Características. Este epígrafe aborda las características de las ondas entre planos conductores paralelos, así como la línea de transmisión en el estado estable sinusoidal; sus formas exponencial e hiperbólica de solución. 2.2.1. Ondas entre planos paralelos conductores. Diferentes parámetros. El análisis de un sistema de transmisión integrado por dos placas paralelas es el más sencillo dentro del grupo de las guías de onda y, además, ofrece una buena visualización introductoria sobre los efectos de propagación dentro de una guía. Inicialmente una onda plana viaja en.

(31) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 21. dirección “z” y hay dos placas paralelas perfectamente conductoras orientadas. Como las dos placas son perpendiculares al campo eléctrico incidente de la onda plana, no afectan en absoluto su distribución, ya que debe cumplirse la condición de frontera de que el campo eléctrico tangencial en las superficies conductoras sea igual a cero. Es decir, el campo eléctrico solo puede ser normal a las placas, dirección que coincide con el campo eléctrico de la onda plana incidente [23]. Cada uno de los medios de propagación de las ondas electromagnéticas tiene sus características particulares, y allá donde las frecuencias más bajas se propagan con facilidad, las frecuencias superiores se reflejan o atenúan rápidamente. Las ondas electromagnéticas y la energía que ellas transportan pueden transmitirse por 2 soportes generalizados diferentes: . El espacio libre (troposfera, ionosfera, espacio cósmico, agua, etc).. . Los sistemas directores de ondas electromagnéticas (líneas de transmisión, guías de ondas, fibras ópticas).. Figura 2.1 Ondas entre planos paralelos.. Las condiciones de contorno en las superficies de los conductores son: 𝑛 × 𝐸 = 0 ;𝑛 × 𝐻 = 0. (2.1). En general las ecuaciones de Maxwell y de onda son: ∇ x H = (σ + j ωε) E. ∇ x E = - j ωµ H. (2.2). ∇2 E = γ 2 E. ∇2H = γ2 H. (2.3).

(32) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. donde γ = ((σ + jω ε)(jωµ)) 1/2. 22 (2.4). En coordenadas rectangulares en la región no conductora entre los planos, las ecuaciones son: ∂Hz/∂y - ∂Hy/∂z = jωεEx. ∂Ez/∂y - ∂Ey/∂z = -jωµHx. ∂Hx/∂z-∂Hz/∂x=jωεEy. ∂Ex/∂z-∂Ez/∂x=-jωµHy. ∂Hy/∂x-∂Hx/∂y=jωεEz. ∂Ey/∂x - ∂Ex/∂y = -jωµHz. ∂2E/∂x2 + ∂2E∂y2 + ∂2E/∂z2= - ω2µεE. (2.5). (2.6). ∂2H/∂x2 + ∂2H∂y2 + ∂2H/∂z2 = - ω2µεH Si en el espacio entre los planos, estos tienen extensión infinita en la dirección “y”, los campos serán uniformes en esta dirección, de modo que ∂/∂y = 0. En la dirección “x” hay condiciones de contorno en general. Por tanto, por ejemplo, Hy = Hy0exp (-𝛾̅ z) y entonces: ∂Hy/∂z =-𝛾̅ Hy, siendo similar para el resto de las componentes. Las ecuaciones (2.5) y (2.6) por tanto, se pueden escribir como: 𝛾̅ Hy=jωεEx -𝛾̅ Hx - ∂Hz/∂x = jωεEy ∂Hy/∂x=jωεEz. 𝛾̅ Ey = -jωµHx -𝛾̅ Ex - ∂Ez/∂x = -jωµHy. (2.7). ∂Ey/∂x = - jωµHz. Simultaneando las ecuaciones (2.7), se obtiene: Hx=-𝛾̅ /h2∂Hz/∂x. Ex=-𝛾̅ /h2∂Ez/∂x. Hy = - jωε/h2∂Ez/∂x. Ey = jωµ/h2∂Hz/∂x. donde h2 = 𝛾̅ 2 + ω2µε. (2.8) (2.9). Debe haber una componente Ez en general, y otro Hz o de lo contrario, en (2.8) todos los campos serían cero..

(33) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 23. Patrones de onda estacionaria: Cuando no hay reflexiones desde la carga, el V 𝑒 I disminuyen exponencialmente desde el envío hacia la carga. Cuando en la carga se refleja parte de la energía incidente, se encuentra que V e I varían casi periódicamente a lo largo de la línea. Esto es debido a la interferencia entre las ondas incidentes y reflejadas, siendo la variación resultante la onda estacionaria. Medida de las características de las líneas: Es común en la práctica la determinación de la Z0 𝑦  de una línea de transmisión dada que está físicamente disponible para medir y probar a través de la medida de la impedancia de entrada de la línea con la carga en cortocircuito y en circuito abierto. La impedancia 𝑍1CC se puede obtener con d = l 𝑦 ZR = 0 desde: Z1CC = Z0 tanh (l).. (2.10). La impedancia 𝑍1A puede obtenerse con 𝑑 = 𝑙 𝑦 𝑍R  , o sea: Z1CA = Z0/ (tanh (l). 2.2.2. (2.11). La línea de transmisión en el estado estable sinusoidal. Las líneas de transmisión confinan la energía electromagnética a una región del espacio limitada por el medio físico que constituye la propia línea, a diferencia de las ondas que se propagan en el aire, sin otra barrera que los obstáculos que encuentran en su camino. La línea está formada por conductores eléctricos con una disposición geométrica determinada que condiciona las características de las ondas electromagnéticas en ella. En los sistemas de comunicaciones, las líneas de transmisión encuentran numerosas aplicaciones no sólo en el transporte de señales entre una fuente y una carga, sino también como circuitos resonantes, filtros y acopladores de impedancia. Algunas de las aplicaciones más comunes incluyen el transporte de señales telefónicas, datos y televisión, así como la conexión entre transmisores y antenas y entre éstas y receptores. Una de las líneas más simples es la constituida por un par de hilos conductores paralelos y se le designa como línea de pares o línea abierta. Este tipo de línea, con diversas variantes se utiliza extensamente en telefonía y transmisión de datos, así como para la conexión de transmisores y antenas en las bandas de MF y HF. Otro tipo de línea de uso muy frecuente.

(34) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 24. en sistemas de banda ancha como la telefonía multicanal, televisión y RF hasta frecuencias del orden de 1 GHz, es la línea coaxial. A frecuencias superiores se emplean guías de onda, constituidas por tubos huecos de material conductor de sección rectangular, circular o elíptica. Para el modo principal TEM (Modo Transversal Electromagnético), las ecuaciones básicas tienen la misma forma que las dadas para planos paralelos. Si 𝑅, 𝐿, 𝐶 𝑦 𝐺 son sus parámetros/long, las ecuaciones en el estado estable sinusoidal pueden expresarse como: dv/dz = −(R + jL) I. (2.12). dI/dz = - (G + jC) V. (2.13). Denotando: Z = R + jL /long. (2.14). Y = G + jC S/long. (2.15). Tomando la propagación de la onda TEM en la dirección x +, las ecuaciones (2.12) y (2.13) se expresan como: dV/dx = - ZI (2.16) dI/dx = -YV (2.17) Cuando L >> R y C >> C Z0 = (L/C)1/2. (2.18). (resistiva pura), Z0 se denomina impedancia característica y solo depende de los parámetros del medio y constructivos de la línea. Variación de Z0,  y  con la frecuencia. Para f = 0 Z0 = (R/G)1/2 Cuando “f” es grande L >> R Z0 = (L/C)1/2. (2.19) C >> G .. (2.20).

(35) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 25. Para la línea con buen aislamiento G/C << R/L y: Z0 = (L/C) 1/2 (1 − j R/ (L)) 1/2. (2.21). El carácter de Z0 es siempre capacitivo. Cuando f=0  = (RG)1/2 =  ,  = 0. (2.22). Cuando “f” aumenta L >> R C >> G, aplicando la serie del binomio se obtiene: R/2(C/L)1/2+G/2(L/C)1/2+j(L. (2.23). Como a altas frecuencias Z0= (L/C)1/2. (2.24). R/(2Z0)+GZ0/2. (2.25). (LC) 1/2. (2.26). La condición para la línea sin distorsión es: R/L = G/C. (2.27). donde: + j = = (RG) 1/2 + j (LC) 1/2 . . (2.28). Forma exponencial de solución:. V = I2/2[(Z2 + Z0) 𝑒𝑑+ (Z2 – Z0) 𝑒 −𝑑].. (2.29). I = I2/ (2Z0) [(Z2 + Z0) 𝑒 𝑑– (Z2 – Z0) 𝑒 −𝑑].. (2.30). El coeficiente de reflexión  será:  = (ZR – Z0)/ (ZR + Z0) 𝑒 −2𝑑. (2.31).  = R 𝑒 −2𝛼𝑑𝑒 −2𝛽𝑑. (2.32). Donde R = (ZR – Z0)/ (ZR + Z0).. (2.33).

(36) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. . 26. Forma hiperbólica de solución:. V = VR (cosh (d) + Z0/ZR senh (d)).. (2.34). I = IR (cosh (d) + ZR/Z0 senh (d)).. (2.35). La impedancia en cualquier punto de la línea puede obtenerse como: Z = V/I = 𝑍0 (ZR + Z0tanh (d))/ (Z0 + ZRtanh (d)) para d = l. (2.36). Z = Z1.. A la vez pueden obtenerse las expresiones de las impedancias y relaciones de transferencia, por ejemplo, V1/I2 𝑒 I1/I2. 2.3. Líneas Transmisión de Radiofrecuencia. En este epígrafe se conocerán las aplicaciones de las líneas de transmisión de VHF y UHF enfatizando en las secciones de línea de. 𝜆 2. 𝜆. y . También se abordará la Carta de Smith y sus 4. características. 2.3.1. Aplicaciones de las líneas de transmisión de VHF y UHF. Las bandas de espectro electromagnético VHF (Very High Frequency) y UHF (Ultra High Frequency) tienen una cantidad considerable de aplicaciones. Las líneas de VHF están en el rango de 30 MHz a 300 MHZ y son usadas en la televisión en la radio, donde entre 88 MHz y 108 MHz se encuentra la señal de FM (Frecuencia Modulada). Entre los 108 y 136,975 MHz se encuentra la banda aérea usada en aviación. En 137 MHz se encuentran señales de satélites meteorológicos. Entre 144 y 146 MHz, están las frecuencias de la banda de 2 metros de radioaficionados. Entre 156 MHz y 162 MHz, se encuentra la banda de frecuencias reservada al servicio radio marítimo. Las líneas UHF están en el rango de 300 MHz y 3 GHz, esta tiene un mayor uso en la televisión que VHF ya que se usa para la Televisión Digital Terrestre. Tiene una gran utilidad en la telefonía móvil, donde dependiendo del sistema utilizado, el espectro varía. Además, en los estándares Wifi 802.11b, 802.11g y 802.11n se encuentran también en el espectro de UHF..

(37) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 27. Líneas de transmisión de VHF y UHF de bajas pérdidas: Estas líneas son de interés especial para el ingeniero en relación con la transmisión de energía de VHF y UHF. Las razones para ello son: . La mayoría de ellas son prácticas para el uso a estas frecuencias con bajas pérdidas.. . A UHF, las secciones de bajas pérdidas se utilizan como elementos de circuitos.. Las relaciones más importantes para las líneas de RF y UHF son: Para ωL >> R y ωC >> G:. (2.37). Z0≈ (L/C) 1/2. (2.38). α ≈ R/ (2Z0 + GZ0/2). (2.39). β ≈ ω (LC)1/2. (2.40). V ≈ (LC)-1/2. (2.41). λ = v/f. (2.42). La atenuación en [neper] para l = λ es αλ, de modo que: αλ ≈ [R/(2Z0) +GZ0/2]{1/[f(LC)1/2]} ≈ R/(2fL)+G/(2fC)=π[R/(ωL)+G/(ωC)]. (2.43). Es evidente que αλ << 1, y como la mayoría de las líneas de UHF tienen l ≤ λ , α l < < 1 (línea de bajas pérdidas). Bajo tales condiciones: γl ≈ jβl. cosh γx ≈ cos βx. senh γx ≈ jsen βx. Las ecuaciones para las líneas de bajas pérdidas serán: En función del envío: V = V1 (cos βx – j Z0/Z1 sen βx). (2.44). I = I1 (cos βx – j Z1/Z0 sen βx). (2.45). En función del recibo o carga: V = VR (cos βd + j Z0/ZR sen βd). (2.46). I = IR (cos βd + j ZR/Z0 sen βd). (2.47).

(38) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 28. Donde: d=l–x. (2.48). Z0 ≈ R0 ≈ (L/C)1/2. (2.49). La impedancia en cualquier punto de la línea es: 𝑍 = V/I ≈ 𝑍0 (𝑍R + j𝑍0 tan βd)/ (𝑍0 + j𝑍R tan βd) 2.3.2. (2.50). Líneas de transmisión de microcintas. La tecnología de circuitos impresos de microondas ha avanzado considerablemente con la introducción de las líneas de transmisión de microcintas mostradas en la figura 2.2 y ha facilitado el desarrollo de amplificadores y de circuitos de microondas en general.. Figura 2.2. Líneas de transmisión de microcintas.. La línea balanceada consiste de un conductor central introducido en un material dieléctrico, o sea un “sándwich” entre dos placas conductoras. La línea desbalanceada consiste de una tira conductora fina colocada sobre el material dieléctrico, usualmente denominado sustrato, el cual se soporta en el fondo por una placa conductora. En general las líneas de microcintas son de peso ligero, tamaño pequeño, fácil de fabricar con técnicas de circuito integrado y costo eficiente. Su modo principal de operación es el modo cuasi TEM, aunque a las frecuencias más altas son evidentes los modos de orden más altos incluyendo las ondas superficiales. En comparación a otras líneas de transmisión populares, tales como las líneas coaxiales y las guías de ondas, las líneas de microcintas poseen características que se muestran la siguiente tabla:.

(39) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 29. Figura 2.3 Características de líneas de microcintas. . La línea de microcintas balanceada (Stripline) [24].. Dos de los parámetros más importantes de cualquier línea de transmisión son la Z0 y la velocidad de fase vf. Z0 = (L/C)1/2 vf = 1/(LC)1/2 = 1/(µε)1/2. (2.51). De modo que, Z0 = (µε) 1/2/C = (µrεr)1/2/(v0C). (2.52). Si “C” se conoce, se puede hallar Z0. Ver figura 2.4. Figura 2.4 Calculo de Z0. La capacitancia total Ct =2Cp +4Cd Donde: Ct  capacitancia total/long. Cp capacitancia de las placas paralelas/long (en ausencia del flujo de dispersión). Cd capacitancia de dispersión/long.. (2.53).

(40) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 30. Cp =  (2w)/(b-t) = 2r0 (w/b)/(1-t/b). (2.54). Por tanto Z0 = ()1/2/Ct = /Ct(/)1/2 = /((r)1/2Ct) (0/0)1/2 = 120/((r)1/2Ct). (2.55). Z0(r)1/2 = 120/(Ct/) = 120/(2Cp+4Cd) = 30/(w/b/(1-t/b)+Cd/). (2.56). La capacitancia de dispersión de la “stripline” se puede aproximar por: Cd/  1/{2/(1-t/b) ln(1+1/(1-t/b)) – (1/(1-t/b) – 1) ln[1/(1-t/b)2 – 1]} . (2.57). La línea de microcinta desbalanceada. (Microstrip [24].. El rápido crecimiento de la miniaturización de los circuitos de microondas, los cuales son usualmente estructuras planares, causaron renovar el interés de los diseños de los circuitos “microstrip”. También, el desarrollo de los materiales con “εr” altas tienden a concentrar las líneas del campo hacia el conductor central, disminuyendo las pérdidas de radiación, y simultáneamente reduciendo las dimensiones del circuito total. Este comportamiento, más las ventajas de conveniencia económica de de las técnicas de fabricación de los circuitos integrados, permiten que los métodos de diseño de las microcintas (microstrip) tengan una aplicación amplia. Debido a que la parte superior de la “microstrip” está descubierta, algunas de las líneas del campo de dispersión estarán en el aire, mientras las otras residen en el sustrato. Por tanto, todas las “microstrip” están compuestas de un dieléctrico homogéneo cuya  > 0 pero con una constante dieléctrica relativa < r del sustrato. Ella se denomina constante r ef. Como la “microstrip” se compone de dos materiales dieléctricos diferentes (línea no homogénea) no puede soportar modos TEM puros. El modo de orden más bajo es el cuasi TEM. A bajas frecuencias los parámetros característicos de las líneas de microcintas desbalanceadas pueden encontrarse usando las siguientes expresiones para wef(0)/h  1 Z0(0) = 60/(r ef(0))1/2 ln8h/wef(0) + wef(0)/(4h). (2.63). Donde r ef(0) = (r+1)/2 + (r-1)/21+12h/wef(0)-1/2 +0,041-wef(0)/h2. (2.64). Para wef(0)/h > 1: Z0(0) = (120/(r ef(0))1/2)/(wef(0)/h +1,393 +0,667 lnwef(0)/h +1,444). (2.65).

(41) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. Donde ref(0)= (r+1)/2 +( r-1)/2 1+12h/wef(0)-1/2. 31 (2.66). Para w/h  1/(2): wef(0)/h =w/h +1,25t(h) 1 + ln(2h/t) . (2.67). Para w/h < (1/(2) : Wef(0)/h = w/h + 1,25t/(h)  1 + ln(4w/t) . (2.68). Donde wef representa el ancho efectivo de la línea. 2.3.3. La Carta Circular de Smith y sus aplicaciones [24], [25].. La Carta de Smith es un método gráfico para calcular parámetros de impedancia, admitancia entre otros, orientado hacia antenas y líneas de transmisión. Fue desarrollada por Philip H. Smith en 1939 y se fundamenta en dos conjuntos de círculos ortogonales. El primer conjunto representa la relación del componente resistivo de la impedancia de la línea (R) a la impedancia a la impedancia característica (Z0). El segundo conjunto representa la relación del componente reactivo de la impedancia de la línea (jX) entre la impedancia entre la impedancia característica de la línea (Z0). La carta de Smith consiste en la representación gráfica, en el plano del coeficiente de reflexión, de la resistencia y la resistencia normalizada. Esta herramienta grafica permite la obtención de diversos parámetros de las líneas de transmisión y la resolución de problemas de adaptación de impedancias, evitando las operaciones con números complejos que suelen implicar estos cálculos..

(42) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 32. Figura 2.5 Diagrama de coordenadas en la carta de Smith. Deducción de las expresiones analíticas de la carta circular de Smith: Muchos problemas prácticos de líneas de transmisión pueden resolverse con mucha facilidad usando procedimientos gráficos. Algunos de éstos se basan en el coeficiente de reflexión y su relación con la impedancia en cada punto de la línea. Para la línea con pérdidas, se tiene: Γ = V −/V+ = ΓR 𝑒 −2𝛼𝑑𝑒 −2𝑗𝛽𝑑. (2.69). Donde: ΓR= (ZR−Z0)/ (ZR+Z0) = KR 𝑒 𝑗θR.. (2.70). La impedancia en cualquier punto de la línea es: Z = V/I = (V+ + V-)/ (V+/Z0 – V-/Z0). (2.71). de donde: Z/Z0 = (1 + V-/V+)/ (1 – V-/V+. (2.72). Se define la impedancia normalizada como z = Z/Z0 z=r+jx o sea:. (2.73) (2.74).

(43) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. Γ = (z – 1)/ (z + 1). 33 (2.75). Como “z” 𝑦 “Γ” son cantidades complejas: z=r+j. (2.76). Γ=u+jv. (2.77). Aplicaciones de la carta circular de Smith: La carta circular de Smith muestra la relación entre la impedancia normalizada y el coeficiente de reflexión “Γ” y K = KR exp (-2αd) . (2.78). Procedimiento para calcular Impedancias y admitancias en cualquier punto de la línea.. Conociendo “ZR” y las constantes de la línea, “Z” en cualquier punto de la línea puede encontrarse como sigue: 1. Se calcula zR = ZR/Z0, y se sitúa en la carta. Se anota la lectura en la escala de “K” (KR), y se toma el valor de “dR” en la escala exterior de d/λ (hacia el generador). 2. Para encontrar “Z” a una distancia “d” desde la carga al generador (fuente), se obtiene K = KR exp (-2αd), aumentándose la lectura de distancia en la escala desde dR por d/λ. Esto localiza un nuevo punto en la carta. Es de señalar que la escala de distancia se repite cada λ/2, pudiéndose sustraer cualquier múltiplo de λ/2 sin cambiar el resultado. 3. En el punto de la carta localizado, se lee el valor de “z” y entonces Z = z Z0. (2.79). La impedancia en el envío Z1 se obtiene cuando d = l. Para calcular admitancias basta rotar dentro de la carta el valor de la impedancia obtenida 180 grados en el mismo círculo de 𝛤 constante, en el caso de que la líneas se de bajas pérdidas..

(44) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 2.4. 34. Guías de Ondas rectangulares y circulares. Este epígrafe estudia las ecuaciones para la distribución de campo eléctrico y magnético para Ondas TM y TE en guías de ondas rectangulares y circulares. Además de las principales características de los resonadores de cavidad.. Figura 2.6 Guías de ondas rectangulares y circulares. Las guías de ondas prácticas normalmente toman la forma de prismas rectangulares o cilindros circulares. Aunque pueden usarse para ciertos propósitos, con ventajas de rigidez mecánica las guías de ondas elípticas, otras formas de secciones transversales no ofrecen ventajas eléctricas con respecto a las anteriores, y son más caras de fabricar. Para determinar las configuraciones del campo dentro de la guía, se resuelven las ecuaciones de Maxwell con las restricciones de frontera en las paredes de la guía. Considerando en las paredes que σ→∞, el Etan y el Hnorm son cero en la superficie de los conductores. 2.4.1. Guías de Ondas rectangulares.. Figura 2.7 Guías de ondas rectangulares.

(45) CAPÍTULO 2. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS. 35. se usan las coordenadas rectangulares, siendo la solución de las ecuaciones de Maxwell casi la misma que en los casos de ondas entre planos paralelos. Con la propagación en z (+), exp (-𝛾̅ z) es la variación con dicha coordenada, donde 𝛾̅ = ⎯α + j ⎯β. Al igual que las ondas entre planos paralelos, es conveniente dividir las configuraciones de los campos dentro de la guía en 2 tipos de ondas: (TM con Hz = 0) y (TE con Ez = 0). Distribución de campo eléctrico y magnético para Ondas TM: 𝐸𝑥0 = −𝑗. ̅ 𝛽. 𝐸𝑦0 = −𝑗 𝐻𝑥0 = 𝑗. ∙ 𝐶𝐵 cos(𝐵𝑥) ∙ sin(𝐴𝑦). ℎ2 ̅ 𝛽. ℎ2. 𝜔𝜀 ℎ2. 𝐻𝑦0 = −𝑗. (2.80). ∙ 𝐶𝐴 sin( 𝐵𝑥) ∙ cos(𝐴𝑦). (2.81). ∙ 𝐶𝐴 sin(𝐵𝑥) ∙ cos(𝐴𝑦) 𝜔𝜀 ℎ2. (2.82). 𝐶𝐵 cos(𝐵𝑥) ∙ sin(𝐴𝑦). (2.83). Donde 𝐵 = 𝐴 =. 𝑚𝜋. (2.84). 𝑎 𝑛𝜋. (2.85). 𝑎. Como por definición 𝐴2 + 𝐵2 = ℎ2 y también ℎ2 = 𝛾̅ 2 + 𝜔2 𝜇𝜀, entonces: 2. 2. 1 2. 2. 2. 2. 1 2. 𝛾̅ = (ℎ − 𝜔 𝜇𝜀) = (𝐴 + 𝐵 − 𝜔 𝜇𝜀). = [(. 𝑚𝜋 2 𝑎. 𝑛𝜋 2. 2. ) + ( ) − 𝜔 𝜇𝜀] 𝑏. 1 2. (2.86). La ecuación (2.86) define la constante de propagación 𝛾̅ para las guías rectangulares. El mecanismo de variación de 𝛾̅ con la frecuencia es idéntico al analizado con anterioridad para la guía de planos paralelos. En las expresiones anteriores las restricciones para “m” y “n” son que sean enteros y desiguales a cero para que los campos no se anulen. Por tanto, los valores más bajos posibles de “m” y “n” son m = 1 y n = 1. La frecuencia de corte más baja corresponderá al modo TM11 para la onda TM. Las configuraciones de los campos para el modo TM11 se muestran en la figura 2.8..