CONCEPTOS SOBRE

ANTENAS PARABÓLICAS

Introducción

Satélites geoestacionarios

Satélites de TV en órbita geoestacionaria

Zonas de cobertura

Orientación y montaje de una antena parabólica

Antena parabólica de foco primario

Antena parabólica Offset

Antena parabólica cassegrain

Antenas planas

Métodos de calculo

Calculo matemático

Calculo mediante mapas de satélite

Mediante Ábaco

Pasos para conseguir una buena orientacion

Foco centrado

Offset

Polar

Potencia radiada por el satélite

Atenuación de señal en el recorrido satélite-antena receptora

Ruido y calidad de la señal

Densidad de flujo de potencia

1.-INTRODUCCIÓN:

La transmisión vía satélite comenzó en 1945 con el científico norteamericano Arthur C. Clarke. A pesar de todo hasta hace relativamente pocos años la única idea que tenían muchas personas de la transmisión vía satélite era la aparición en T.V. de antenas parabólicas muy grandes apuntando hacia el cielo, pero ida a día hemos tenido noticias de mas satélites y de mas potencia, las antenas han disminuido de tamaño y en la actualidad que se dispone de satélites de alta potencia DBS se ha llegado a tener antenas de solo 30 cm de diámetro y se suelen ver bastante instaladas.

La televisión vía satélite nos va a permitir recibir muchos canales, en varios idiomas, en nuestro receptor de T.V.

2.-SATÉLITES GEOESTACIONARIOS:

Un satélite geoestacionario es un satélite artificial, colocado a una determinada distancia del ecuador y a la misma velocidad de rotación que la tierra de forma que permanece estacionario con respecto al mismo punto de la Tierra y es visible para bastante superficie de la misma. Para cumplir este requisito es necesario que la distancia a la que debe colocarse el satélite respecto al ecuador es de 35806 Km. A esta órbita se le llama órbita de Clarke. Esta distancia es independiente de la masa del satélite por lo que podemos colocar cualquier satélite en dicha órbita. Además será conveniente controlar su posición mediante técnicas telemétricas para corregir si es necesario su posición.

En una vuelta de la tierra sobre si misma, sucede que La Tierra se sitúa entre el Sol y el satélite con lo que este no recibe energía solar y se produce un eclipse. En estos instantes el satélite solo depende de sus baterías y se suelen hacer que las horas de eclipse coincidan con horras de poca audiencia es decir de madrugada.

Las frecuencias utilizadas en los satélites están comprendidas en las bandas <<C>> y <<Ku>> de microondas. Dentro de estas bandas para el enlace descendente se utiliza la gama de frecuencias de los 4 GHz en las bandas C y los 12 Ghz en banda Ku.

Las señales llegan al satélite desde la estación en tierra por lo que se llama << Haz ascendente>> y se envían a tierra desde el satélite por el <<Haz descendente>>.

Para evitar interferencias entre los dos haces, las frecuencias de ambos son distintas siendo mayores las del haz ascendente debido a que a mayor frecuencia se produce mas atenuación y por tanto hay que enviar la señal con mas potencia.

Además para evitar que los canales próximos del haz descendente se interfieran entre sí, se utilizan polarizaciones distintas (horizontal, vertical, circular a derechas, circular a izquierdas).

En el interior del satélite, existe un bloque denominado transceptores que tienen como misión recibir, cambiar y transmitir las frecuencias del satélite.

3.-SATÉLITES DE TV EN ÓRBITA GEOESTACIONARIA:

En España se reciben varios satélites de TV, los más populares en la actualidad son el español HISPASAT y los satélites ASTRA europeos. Además existen otros como: EUTELSAT, INTELSAT, TELECOM, OLIMPUS, PANAMSAT, GORIZONT.....

Cada satélite esta situado en una posición geoestacionaria concreta como se puede ver la fig.

En el caso del ASTRA su posición es 19.2 Este, y para el HISPASAT es de 31 Oeste.

La zona de cobertura de un satélite, es la superficie de la Tierra delimitada por un contorno de densidad de flujo de potencia (potencia/m2) constante, que permite obtener la calidad deseada de recepción en ausencia de interferencias.

La zona de cobertura se representa en los mapas como <<Huella>> de potencia del satélite en cuestión. La huella de potencia viene definida de acuerdo a la anchura del haz de la antena de transmisora del satélite, como se ve en la fig.

Como el satélite esta en el ecuador, la huella tendrá forma ovoidal.

4.-ORIENTACIÓN Y MONTAJE DE UNA ANTENA PARABÓLICA:

La orientación y el montaje de una antena parabólica, depende del tipo concreto de antena, aunque el calculo de los parámetros para su orientación es muy similar. El montaje de la antena depende del fabricante, y para ello, el propio fabricante suministra la información necesaria para realizar con éxito dicho montaje.

Los tipos de antenas parabólicas más importantes que nos encontramos en instalaciones de recepción de televisión son:

-Foco primario.

-OFFSET.

-Cassegrain.

-Antena plana.

A) ANTENA PARABÓLICA DE FOCO PRIMARIO

La superficie de la antena es un paraboloide de revolución, y el fabricante la calcula y fabrica para tener un rendimiento alto, el mayor posible. Su forma aparece en la fig.

Todas las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar al foco. El foco esta centrado en el paraboloide. Este tipo de antena tiene un rendimiento máximo del 60%. Suelen ser de tamaño grande, ( 1.5m de diámetro).

B) ANTENA PARABÓLICA OFFSET

Se obtiene recortando de grandes antenas parabólicas de forma esférica, según se muestra en la fig. estas antenas tienen el Foco desplazado hacia abajo, de tal forma que queda fuera de la superficie de la antena. El rendimiento llega a ser de un 70% o algo más.

Las ondas que llegan a la antena, se reflejan, algunas se dirigen al foco, y el resto se pierde.

C) ANTENA PARABÓLICA CASSEGRAIN

Es similar a la de foco primario, tiene dos reflectores; el mayor apunta al lugar de recepción, y las ondas al chocar, se reflejan y van al foco donde esta el reflector menor; al chocar las ondas van al foco ultimo, donde estará colocado el detector.

D) ANTENAS PLANAS

Este tipo de antena no requiere un apuntamiento al satélite tan preciso como las estudiadas anteriormente aunque lógicamente hay que orientarlas hacia el satélite determinado. Se utilizan para satélites de alta potencia como el HISPASAT.

5.-METODOS DE CALCULO

Además de tener en cuenta el tipo de antena hay que tener en cuenta la huella del satélite, la cual como ya hemos dicho indica la potencia con la que emite el satélite hacia esa zona, expresándola en dBW

A esta potencia se la denomina PIRE (Potencia Isotópica Radiada Equivalente) del satélite. Con estos mapas se puede calcular la instalación receptora adecuada a cada lugar de recepción.

Los satélites de TV se clasifican básicamente en tres tipos:

* Satélites de baja potencia Ps<30w

* Satélites de mediana potencia DTH 30<Ps<100w.

* Satélites de alta potencia DBS Ps>100w

Otro factor a tener en cuenta para orientar la antena es conocer la situación geográfica del lugar de recepción y la situación del satélite.

La situación geográfica del lugar de recepción se puede comprobar sin mas que conocer la latitud y la longitud del lugar de recepción. La Tierra esta dividida en partes ficticias. El ecuador divide La Tierra en el hemisferio Norte y el hemisferio Sur, y el meridiano de Greenwich divide la tierra en Este y Oeste. Las divisiones paralelas al ecuador se denominan Paralelos y al ángulo considerado se le conoce como Latitud. Las divisiones alrededor de Greenwich se denominan Meridianos y al ángulo considerado se le llama Longitud.

El Acimut (o Azimut) es el ángulo horizontal al que hay que girar la antena, desde el polo Norte terrestre hasta encontrar el satélite. Alguna vez se refiere este ángulo respecto al polo Sur.

La Elevación es el ángulo al que hay que elevar la antena desde el horizonte para localizar el satélite en cuestión.

El desplazamiento de la polarización es el ángulo al que hay que girar el conversor de la antena para que la polarización horizontal y vertical incidan perfectamente en el conversor. En los satélites DBS de polarización circular no es necesario.

Los ángulos citados anteriormente, Acimut, Elevación y desplazamiento de la polarización, se puede determinar básicamente de tres formas:

* Mediante calculo matemático

* Mediante tablas o gráficos realizados para cada satélite y cada país.

* Mediante ábaco realizado por las expresiones del primer apartado.

El primero tiene la ventaja de poder calcular cualquier punto para cualquier satélite conociendo solo las coordenadas del lugar de recepción y las del satélite.

El segundo método tiene la ventaja de que los datos del acimut y elevación se obtienen directamente de los mapas. El inconveniente es que si no se dispone de los mapas adecuados, no se puede realizar el calculo.

El tercero tiene las ventajas del primero y del segundo.

a) Calculo Matemático: Las formulas que se utilizan para calcular los distintos ángulos son:

Donde:

a : Ángulo del acimut contado desde el polo Norte terrestre

a :Ángulo del acimut contado desde el polo Sur terrestre

g : Ángulo de elevación desde el horizonte

b : Diferencia entre la longitud del lugar de colocación de la antena de recepción y la longitud del satélite.

d : Latitud del lugar de colocación de la antena receptora.

d : Desplazamiento de la polarización.

Los ángulos se consideran positivos al Norte y/o al Este y negativos al Sur y/o al Oeste.

Para instalar la antena se utiliza una brújula, que indica el polo Norte magnético, que tiene un error respecto al polo Norte geográfico. Por tanto habrá que tenerlo en cuenta y corregirlo; a dicho error se le denomina declinación magnética, y es distinta para cada lugar e incluso para cada año.

Este ángulo hay que corregirlo en España girando hacia la derecha el ángulo de acimut en el caso de España unos 5 a 6 en la Península mientras que en Baleares y Canarias es de 1.5.

b)Utilizando los mapas realizados para cada satélite. En estos mapas llamados de Iso-Elevación, Iso-Acimut e Iso-Polarización realizados en nuestro caso para España y para cada satélite se obtienen directamente los valores de elevación, acimut y desplazamiento de polarización.

Lo único que hay que hacer es localizar el lugar de recepción de forma aproximada y el mapa nos dará los ángulos correspondientes ya con la corrección realizada.

c) Mediante Ábaco. Se trata de utilizar un arco como el mostrado en la fig. en el cual aparecen los ejes de coordenada en latitud y diferencia de longitud y se obtiene como resultado el acimut y la Elevación. Este ábaco esta realizado para estaciones receptores en el hemisferio norte y partiendo de la antena orientada hacia el polo Sur.

Con este método no se puede calcular el desplazamiento de la polarización.

6.-ORIENTACION DE DISTINTOS TIPOS DE ANTENAS

Orientación de la antena de montaje Az-El

Este tipo de antenas se puede sujetar al suelo o algún elemento resistente. Tiene dos movimientos de rotación, coincidentes con el acimut y la elevación de donde procede su nombre de montaje.

Para ello se utilizan dos instrumentos:

Brújula Para medir el acimut.

Inclinometro Para medir la elevación

Con la brújula ajustamos el valor del acimut incluyendo la declinación magnética del lugar receptor.

No se debe acercar la brújula a superficies metálicas pues daría un error en la medición debido a que se desorienta.

Para la elevación se utiliza el inclinometro que es un medidor de inclinación. Como el inclinometro se coloca en la superficie de la antena lo que realmente se mide es el ángulo complementario.

Por tanto, el ángulo medido por el inclinometro es:

Orientación de la antena Offset

Todo es igual que el apartado anterior salvo la elevación donde hay que tener en cuenta el ángulo de inclinación del que dispone la antena por ser de tipo Offset. Este ángulo suele ser de unos 25 en España pero hay que consultar el catalogo del fabricante. Por lo tanto para calcular la verdadera elevación le restaremos a la elevación calculada para la antena tipo Az- El (Tipo polar) el ángulo de offset.

g =g -OFFSET

Orientación de la antena de montaje Polar

Este tipo de antenas se utiliza cuando queremos recibir varios satélites. Permite con un motor que la antena recorra los diferentes satélites de la órbita de Clarke con la rotación de un solo eje que se denomina eje Polar.

Este tipo de antenas se fabrican tanto en Foco primario como en Offset.

Su principio de funcionamiento se basa en las antenas radiotelescopicas. Su orientación se realiza siguiendo los siguientes pasos:

1.- Se orienta la antena hacia el polo sur (Estando en el hemisferio norte) y se eleva un numero de grados igual a la latitud del lugar de recepción.

2.- Se ajusta el ángulo de declinación para encontrar la órbita geoestacionaria , como se indica en la fig.

Como el lugar de recepción no coincide con el ecuador , No se recorre el cinturón de Clarke al girar la antena en su eje polar sino una elipse. Por ello los fabricantes suministran unas tablas de corrección del ajuste de la declinación, para recorrer todos los satélites de la órbita en un ángulo grande. Para esto dotan ala antena de un eje polar y un eje de rotación y ajuste del offset de declinación según la tabla del fabricante.

7.-POTENCIA RADIADA POR EL SATELITE

Es la potencia que radia el satélite hacia la zona de emisión. Se denomina PIRE y se mide en dBW. En los mapas de zona de cobertura es el valor indicado para cada curva de potencia. El valor considerado será wl de la curva limite dentro de la cual se encuentre nuestro lugar de recepción. Su valor viene dado por la expresión:

Pire =po*gA en vatios, o PIRE=Po+GA en dBW

po :Potencia del transmisor en W.

Po: Potencia del transmisor en dBW

gA: Ganancia de la antena transmisora en unidades

GA:Ganancia de antena transmisora en dB

Este es un dato que servirá para calcular el tamaño mínimo de la antena.

8.-ATENUACIÓN DE SEÑAL EN EL RECORRIDO SATELITE-ANTENA RECEPTORA

Cualquier señal electromagnética sufre una atenuación cuando aumenta la distancia recorrida. Esta viene dada por la expresión:

AL=92,44+ 20log (F*d)

AL: Atenuación en el espacio libre, expresada en dB

F: Frecuencia mas alta del satélite que se quiere recibir expresada en Ghz.

d: Distancia entre el satélite y el receptor expresada en Km

La distancia entre el satélite y la antena receptora se calcula con la expresión:

siendo:

d: Distancia entre el satélite y el receptor expresada en Km

B: Ángulo calculado para la elevación.

Otra atenuación es la debida a la lluvia y otros agentes atmosféricos. En la practica esta atenuación tiene como valor:

Para un 99% de recepción correcta A=1.8 dB

Para un 99,9% de recepción correcta A=5.1dB

Estos datos son validos para una elevación comprendida entre 35 y 40 .

La atenuación total sufrida en el recorrido satélite-antena receptora será la suma de las atenuaciones ya calculadas.

AT=At+AA

9.-RUIDO Y CALIDAD DE SEÑAL

Para una instalación de antena parabólica, la relación S/N (en dB) viene determinado por la expresión:

S/N=33.53+C/N

S/N: Relación Señal/Ruido, expresado en dB

C/N: La relación Potencia de portadora/potencia de ruido expresada en dB

El valor de C/N

C/N=C-N

siendo:

C: Potencia de Portadora, expresada en dB

N: Potencia de Ruido, expresada en dB

El calculo de estos parámetros C y N se hace utilizando las expresiones:

C=PIRE+GAB-AT

N=10 log (K*T*B)=10 log [1.38*10-23*27*106*(TA+TC)]

C: Potencia de portadora, expresada en dB

PIRE: PIRE del satélite en la zona de recepción, en dBW

GAB: Ganancia de la antena receptora, en dB

AT: Atenuación total en el camino satélite-antena receptora, expresada en dB

N: Potencia de ruido en dB o dBW

K: Constante de Boltzmann=1,38*10-23 J/K

T: Temperatura de ruido efectiva del conjunto antena-conversor T=TA+TC

TA: Temperatura de ruido de la antena, en K

TC: Temperatura de ruido del conversor en K

B: Ancho de banda de un canal del satélite, en Hz, en este caso 27 Mhz

La potencia de entrada a la unidad sintonizable:

PE=C+GC-AC

PE: Potencia a la entrada de la unidad sintonizable, dB

C: Potencia de portadora dB

GC: Ganancia del conversor ,dB

AC: Atenuación del cable conversor-sintonizador, dB

Otro factor importante es el denominado Factor de Mérito o calidad determinado por la expresión:

G/T=GAB-TN

G/T: Factor de merito en dB/K

GAB: Ganancia de la antena receptora, dB

TN: Temperatura de ruido del sistema receptor (antena-conversor), en dB

TN=10log( TA+TC)

TN: La temperatura de ruido del sistema en dB

TA: Temperatura de ruido de la antena en K

TC: Temperatura de ruido del conversor en K

Los valores de Factor de merito que se han de respetar son los siguientes:

G/T6dB/K para instalación individual

G/T14dB/K para instalación colectiva

El CCIR recomienda que G/T16 dB/K

10.-DENSIDAD DE FLUJO DE POTENCIA

Otro factor es la densidad de flujo de potencia que viene determinada por la expresión:

pfd: Densidad de flujo de potencia en W/m2

pire: pire del satélite en el lugar de recepción en W

d: distancia del satélite al lugar de recepción, en Km

E indica la potencia que se recibe en el lugar del receptor por metro cuadrado de superficie.

También podemos utilizar la expresión siguiente para calcular el valor en dB.

PFD=PIRE-71-20 log d-AT

PFD: Densidad del flujo de potencia en dBW/m2

PIRE: PIRE del satélite en el lugar de recepción en dBW

d: Distancia del satélite al lugar de recepción, en Km

AT: Atenuación total en el camino satélite antena en dB

Podemos determinar la superficie efectiva de la antena necesaria mediante la expresión

C: Potencia de portadora en dBW

PDF: Densidad de flujo de potencia en dBW/m2

η: Rendimiento de la antena, en unidades

D: Diámetro de la antena en m

el segundo termino de la igualdad es la superficie efectiva de la antena en m2