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Escola Politécnica
 
Eng Telecomunicações e Controle
 
Disciplina: PTC2314 - Ondas e Linhas
Waves and transmission lines

Créditos Aula: 4
Créditos Trabalho: 0
Carga Horária Total: 60 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2011 Desativação: 30/01/2023

Objetivos
Estudar a propagação de ondas eletromagnéticas. Em meios não limitados, será dada ênfase às soluções em regime permanente para excitação senoidal. Em linhas de transmissão (modo TEM), serão analisados os comportamentos tanto transitório como em regime permanente senoidal. Serão analisados problemas de reflexão e casamento de impedância. 

Goals:

Understanding of electromagnetic wave propagation. For unlimited media, sinusoidal solutions will be emphasized. For transmission lines (TEM mode) both transient and sinusoidal solutions will be analyzed. Reflection and impedance matching problems will be examined.
 
Programa Resumido
Equação de onda em meios homogêneos e solução TEM em regime permanente senoidal.
Propagação em meios com e sem perdas.
Reflexão e refração de ondas.
Introdução à radiação de ondas EM.
Análise de transitórios em linhas de transmissão.
Linhas de transmissão em regime permanente senoidal: reflexão e casamento de impedância.

Abstract:

Wave equation in homogeneous media and TEM solution in steady sinusoidal state.
Wave propagation in lossless and lossy media.
Wave reflection and refraction.
Introduction to radiation of EM waves.
Transient analysis of transmission lines.
Transmission lines in steady sinusoidal state: reflection and impedance matching.
 
Programa
* Configurações de campos em meios homogêneos sem perdas: equação de onda. Ondas planas em dielétrico perfeito.    
* Regime senoidal permanente: notação fasorial; potência média (recapitulação de Circuitos). Vetores complexos em regime senoidal permanente. Equações de Maxwell em forma complexa; equação de onda em regime permanente senoidal; vetor de Poynting complexo .
* Polarização de ondas.
* Ondas em dielétricos reais e em bons condutores. Profundidade pelicular, resistência superficial.
* Reflexão de ondas com incidência normal sobre condutores perfeitos; ondas estacionárias.
* Conceito de impedância de onda; reflexão de ondas com incidência normal sobre dielétricos perfeitos, taxa de onda estacionária.
* Variação da impedância da onda quando coexistem ondas em direções opostas; reflexões para incidência normal sobre várias camadas dielétricas.
* Incidência oblíqua em condutores perfeitos; velocidade de fase para incidência oblíqua.
* Impedância de onda para incidência oblíqua; incidência oblíqua sobre dielétricos. Ângulo de polarização ou de Brewster; reflexão total.
* Campos rapidamente variáveis: potenciais eletrodinâmicos. Radiação de um elemento de corrente. Campos próximo e distante; resistência de irradiação.
* Linhas de transmissão: modelo distribuído para linhas sem perda; modelo distribuído para linhas com perdas; soluções das equações da linha.
* Soluções por Laplace e no domínio do tempo da equação de onda. * Impedância e coeficiente de reflexão na linha de transmissão.
* Linhas finitas sem perdas excitadas por gerador de tensão; diagrama do zig-zag para degraus de tensão e de corrente e para pulsos.
* Diagrama do zig-zag para linhas com perdas.
* Tratamento alternativo das reflexões, usando gerador de Thevenin equivalente; linhas terminadas por cargas capacitivas ou indutivas.
* Transitórios em linhas de transmissão com condições iniciais não quiescentes;
* Linhas de transmissão em regime permanente senoidal; soluções da equação de onda; velocidade de fase, comprimento de onda e impedância característica; taxa de onda estacionária.
* Impedância e coeficiente de reflexão na linha. Aproximações para linhas curtas. Medida da impedância característica.
* Carta ou ábaco de Smith.
* Tensões e correntes ao longo da linha - uso do ábaco.
* Potência em linhas de transmissão. Perdas em linhas sem distorção.
* Transformadores de impedância: série e paralelo (1 e 2 tocos).; baluns.

Syllabus: PTC2314 - Lines and waves

* Field configuration in homogeneous lossless media: wave equation. Plane waves in ideal dielectric.
* Steady sinusoidal state: phasorial solution; time-average power. Complex vectors in steady sinusoidal state. Phasorial form of the Maxwell's equations; wave equation in steady sinusoidal state; complex Poynting vector.
* Field polarization.
* Waves in real dielectrics and good conductors. Skin depth, surface resistance.
* Wave reflection for normal incidence on perfect conductors; standing waves.
* Wave impedance; wave reflection for normal incidence on ideal dielectrics; standing wave ratio.
* Impedance variation for waves propagating in two opposite directions; reflection for normal incidence on multi-layer dielectric structure.
* Oblique incidence on perfect conductors; phase velocity for oblique incidence.
* Wave impedance for oblique incidence; oblique incidence on dielectric interface. Polarization or Brewster angle; total reflection.
* Fast time varying fields: electrodynamic potentials. Infinitesimal dipole radiation. Near and far field; radiation resistance.
* Transmission lines: distributed model for lossless lines; distributed model for lossy lines; solutions of the transmission line equations.
* Time domain and Laplace's solutions of the wave equation.
* Impedance and reflection coefficient on the transmission line.
* Finite lossless lines excited by voltage source; zig-zag diagram for step voltage or current excitation and for pulse excitation.
* Zig-zag diagram for lossy lines.
* Alternative solution of transmission lines using Thevenin equivalent source; transmission lines terminated by capacitive or inductive loads. * Transient transmission line analysis under non-quiescent initial conditions;
* Transmission line in steady sinusoidal state: wave equation solution, phase velocity, wavelength and characteristic impedance; standing wave ratio.
* Impedance and reflection coefficient in the transmission line. Short length approximations. Characteristic impedance measurements.
* Smith chart.
* Voltages and currents along the line: use of the smith chart.
* Power in transmission lines. Losses in distortion-less transmission line.
* Impedance matching: series and parallel (1 e 2 stubs); baluns.
 
Avaliação
     
Método
- 3 provas escritas
- N testes, de 10 minutos, aplicados em aulas escolhidas aleatoriamente, ou exercícios computacionais (N variando de 6 a 12 )

Evaluation method:

3 written exams
N quizzes, 10 min. duration, on randomly selected classes, or simulation exercises (N between 6 and 12).
Critério
MF=[ 0,8 x (média aritmética das 3 provas) + 0,2 x (média aritmética das n melhores notas dos N testes aplicados)]
MF >= 5,0 para aprovação.
O número n será o maior inteiro <= 0,7 N.

Criterion for approval:

MF=[ 0.8 x (average of the 3 exam grades) + 0.2 x (average of the n higher quizz grades )] .
MF >= 5.0 for approval.
The number n is the higher integer <= 0.7 N.
Norma de Recuperação
Uma prova de recuperação. A média final será a média simples entre a média obtida na avaliação do semestre e a nota da prova de recuperação.

Norms for remedial work:

One written exam. The final grade will be the average between this exam and the previously awarded grade.
 
Bibliografia
     
[1] Mariotto, P. A., Ondas e Linhas, EPUSP, 2001.
[2] Ulaby, F. T. Eletromagnetismo para Engenheiros, Bookman, 2007.
[3] Hayt Jr, W. H.; Buck, J. A. Eletromagnetismo, McGraw-Hill, 2008.
[4] Ramo, S; Whinnery, J. R. e Duzer T. V., Fields and Waves in Communication Electronics, Wiley, 1a.ed., 1965, 2a. ed. 1984.
[5] Adler, R. B.; L. J. Chu e R. M. Fano, Electromagnetic Energy Transmission and Radiation, The M.I.T.Press, 1969.
[6] Sartori, J. C. Linhas de Transmissão e Carta de Smith: projeto assistido por computador, EESC USP, 1999.
 

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