Thursday, September 29, 2005

INSTALACION DE ANTENA SATELITAL

Las transmisiones de televisión normales, que hasta hace muy poco llegaban en forma exclusiva a los aparatos domiciliarios, tienen sus portadoras situadas en las bandas de VHF o UHF. Esto es cierto tanto para las transmisiones terrestres captadas por antenas, como para las que llegan por medio de un cable (videocable). En los últimos años se ha desarrollado también el sistema de televisión vía satélite para uso domestico, que opera en las bandas de las microondas (1.000 MHz - 100.000 MHz / 300mm - 3mm). Este sistema satelital no presenta la limitación del sistema de emisión “terrestre”, que no permite su correcta recepción en zonas ubicadas más allá del horizonte visual de la antena transmisora. Esto se debe a que la transmisión satelital proviene desde un punto situado “arriba” del receptor. Por lo anterior resulta de particular interés conocer las características de las instalaciones de antenas parabólicas de recepción satelital; de creciente uso en edificios de departamentos, enpresas ; y las recomendaciones para su correcta ejecución. Estas antenas, que son en realidad circuitos LC resonantes en determinadas bandas de frecuencias, forman un sistema colector de las ondas electromagnéticas incidentes, capaz de captar las emisiones satelitales que se hallan disponibles en la región, transformándolas en señales eléctricas de la misma forma de onda que la radiación incidente.


Características generales del sistema

En este sistema, el programa de televisión se transmite desde una estación terrena hacia un satélite artificial de comunicaciones ubicado en órbita terrestre. El mismo está equipado con receptores que captan la señal, equipos que la procesan y transmisores que vuelven a dirigir la misma programación recibida hacia la tierra, donde son recogidas por las antenas parabólicas. Para evitar el rastreo permanente y por motivos de simplicidad, se utilizan satélites geoestacionarios, los que orbitan en el plano del ecuador terrestre a una determinada distancia de la superficie, de manera tal que giran en el mismo sentido y a la misma velocidad angular que la tierra. Para cumplir con este requisito, el satélite se debe colocar a una distancia sobre el ecuador de la tierra de 35.786,3 km, y de esta forma el satélite permanece estacionario con respecto al mismo punto de la tierra, resultando visible para una considerable porción de la superficie de la misma.

Las señales transmitidas desde la estación en tierra llegan al satélite por lo que se llama haz ascendente y desde el satélite se envían a la tierra por el haz descendente. Para evitar interferencias entre los dos haces, las frecuencias de ambos son distintas. Además, para impedir que los canales próximos del haz descendente se interfieran mutuamente, se utilizan polarizaciones distintas. Las frecuencias del haz ascendente son mayores que las del haz descendente, debido a que a mayor frecuencia se produce una mayor atenuación en el recorrido de la señal, y por tanto hay que transmitir con más potencia, la que se dispone más fácilmente en la tierra que en el satélite. Por ello, en el interior del satélite existen bloques de transceptores que tienen como misión recibir, cambiar las frecuencias y transmitir los programas.

Las frecuencias utilizadas en estos satélites están comprendidas en las bandas "C" (3,7 a 6,2 GHz) y "Ku" (10,9 a 36 GHz) de microondas. Dentro de dichas bandas, para el enlace descendente se utiliza la gama de frecuencias de los 4 GHz (4.000 MHz) en la banda "C" y los 12 GHz (12.000 MHz) en la banda "Ku". Se denomina zona de cobertura del satélite a la superficie de la tierra delimitada por un contorno de densidad de flujo de potencia (W/m²) constante, que permite obtener la calidad deseada de recepción en ausencia de interferencias.

La zona de cobertura debe ser el área más pequeña que cubre la zona de servicio. La zona de cobertura se representa en los mapas como huella o pisada de potencia del satélite en cuestión. La huella de potencia viene determinada de acuerdo a la abertura del haz de la antena transmisora del satélite. Como el satélite está en el ecuador, en principio la huella tendrá forma ovoidal. En la representación de la huella de potencia se indica el valor de la potencia con que emite el satélite hacia cada zona en concreto, expresándola en dBW, que se calcula con:

dBW = 10 log [Ps / 1W]

Siendo Ps la potencia de salida del satélite expresada en W. Esto es lo que se denomina PIRE (Potencia Isotrópica Radiada Equivalente) del satélite.
En los mapas de la huella de potencia o zonas de cobertura, se indica el valor del PIRE en dBW. Con este dato, se puede definir la instalación receptora adecuada para cada lugar de emplazamiento.





Los satélites para TV se clasifican básicamente en tres tipos:

- Satélites de baja potencia Ps<30>100 W.

Existen muchos satélites comerciales de TV, entre ellos, los de INTELSAT, EUTELSAT, TELECOM, GORIZONT, HISPASAT y ASTRA. Cada satélite está situado en una determinada posición geoestacionaria (expresada por su longitud), que debe consultarse antes de realizar el montaje de la antena parabólica receptora.

Por ejemplo, en el caso de los ASTRA, su posición es de 19,2º este, y para el HISPASAT es de 31º oeste.


Tipos de antenas satelitales

Las antenas satelitales mas difundidas presentan la característica fundamental de que las ondas que inciden en la superficie metálica de la antena (reflector), dentro de un ángulo determinado, se reflejan e inciden en un punto donde se concentra la energía electromagnética, denominado foco (a excepción de la antena plana). Allí se coloca el detector (dipolo) correspondiente.

Los modelos más importantes son:

a) Foco primario.

b) Offset.

c) Cassegrain.

d) Antena plana.

En todos los casos, cuanto mayor sea la superficie reflectora, mayor será la energía que es posible concentrar en la antena; pero también mayor será el costo resultante. A continuación se presentan las características más importantes de las mismas.

a) Antena parabólica de foco primario:

La superficie de la antena es un paraboloide de revolución. Todas las ondas inciden paralelamente al eje principal, se reflejan y van a parar al foco. El foco está centrado en el paraboloide. Tiene un rendimiento máximo del 60% aproximadamente, es decir, de toda la energía que llega a la superficie de la antena, el 60% llega al foco y se aprovecha, mientras que el resto no llega al foco y se pierde. Suelen ser de tamaño considerable, aproximadamente de 1,5 m de diámetro.

b) Antena parabólica offset:

Este tipo de antena asimétrica se obtiene recortando de grandes antenas parabólicas de forma esférica. Tienen el foco desplazado hacia abajo, de tal forma que queda fuera de la superficie de la antena. El rendimiento es algo mayor que en la de foco primario, y llega a ser de un 70% o algo más. El diagrama de directividad tiene forma de óvalo.

c) Antena parabólica Cassegrain:

Es similar a la de foco primario, sólo que tiene dos reflectores; el mayor apunta al lugar de recepción, y las ondas al chocar, se reflejan y van al foco donde está el reflector menor; al chocar las ondas, van al foco último, donde estará colocado el detector. Se suelen emplear en antenas muy grandes, donde es difícil llegar al foco para el mantenimiento de la antena.

d) Antenas planas:

Se están utilizando mucho actualmente para la recepción de los satélites de alta potencia (DBS), como por ejemplo, el Hispasat. Este tipo de antena no requiere un apuntamiento al satélite tan preciso, aunque lógicamente hay que orientarlas hacia el satélite determinado.


Montaje de una antena satelital

La orientación y montaje de una antena satelital depende del modelo concreto de antena, aunque el cálculo de los parámetros para su orientación es muy similar, y los conceptos son iguales en todos los tipos. El máximo error de ángulo admisible para captar la señal del satélite adecuadamente es muy pequeño, del orden de 0,2º. Por ese motivo, luego de la orientación en base a los cálculos previos, generalmente hay que realizar un ajuste fino moviendo un poco la antena hasta encontrar el máximo nivel de señal satelital. Para determinar la orientación de una antena, hay que tener en cuenta la localización geográfica del lugar de recepción (latitud y longitud) y la ubicación del satélite geoestacionario sobre el plano ecuatorial (longitud). 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 en planos paralelos al ecuador son los paralelos, y el ángulo considerado se llama latitud, bien norte o bien sur, según sea del hemisferio norte o del hemisferio sur. Las divisiones en planos que pasan por el eje terrestre (como el de Greenwich) son los meridianos, y el ángulo considerado se llama longitud, bien este o bien oeste.

Por ejemplo, los datos de la ciudad de Buenos Aires son latitud 34º 36` sur y longitud 58º 27` oeste.




La elevación es el ángulo al que hay que elevar la antena desde el horizonte para localizar el satélite en cuestión (90º en el ecuador). El azimut es el ángulo horizontal al que hay que girar el eje de la antena, desde el polo norte geográfico terrestre hasta encontrar el satélite. A veces se indica este ángulo con relación al polo sur. 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 el caso de los satélites DBS, debido al uso de polarización circular, no es necesario este parámetro. Los ángulos de orientación de la antena se pueden determinar básicamente de tres formas:

a) Mediante cálculo matemático, a partir de los datos de la latitud y longitud del punto de recepción; y de la longitud del satélite (ver mas adelante).

b) Mediante tablas o gráficos realizados para cada satélite y cada país.

c) Mediante ábacos preparados.

Para instalar la antena se utiliza una brújula, que indica el polo norte magnético, el cuál no coincide con el polo norte geográfico. Por tanto habrá que tener en cuenta esta diferencia y corregirla; a dicho error se lo denomina declinación magnética, y varía para cada lugar del planeta e incluso para cada época del año. Las antenas de recepción satelital se fabrican con diferentes métodos de montaje y orientación. En todos los casos, se deben sujetar al suelo o algún elemento fijo suficientemente resistente para soportar la acción de la lluvia y el viento en el sitio de emplazamiento. La antena de montaje AZ-EL tiene dos movimientos de rotación, coincidentes con el azimut y la elevación. Para orientar esta antena, previamente se deben efectuar los cálculos de azimut y elevación. Con esos datos, se utilizan dos instrumentos:

- Brújula para medir el azimut.

- Inclinómetro para medir la elevación; también se mide el desplazamiento de la polarización.

Con la brújula se ajusta el valor del azimut, incluyendo la declinación magnética correspondiente. Para el ajuste con la brújula, no se debe acercar mucho a superficies metálicas, pues podría dar un error al medir. Para ajustar la elevación se utiliza el inclinómetro, que como su nombre lo indica, es un medidor de inclinación. Como el inclinómetro se coloca en la superficie de la antena, lo que realmente se mide es el ángulo complementario. Para el ajuste con el inclinómetro, se suele colocar una regla recta en los extremos de la superficie de la parábola para obtener un plano recto y fiable. En algunos modelos, el inclinómetro viene provisto con la antena. A continuación se ajusta el desplazamiento de la polaridad al valor necesario. Una vez orientada la antena, se procede a medir el nivel de señal que se recibe, con un medidor de campo adecuado, y se reajusta la antena para obtener el máximo nivel de señal.

Para orientar la antena offset se procede prácticamente igual que en el apartado anterior, a excepción de la elevación, ya que el offset indica un ángulo de inclinación que ya dispone la antena (el ángulo de offset es un dato suministrado por el fabricante de la antena). Este tipo de antenas, son de menor tamaño que las de foco primario, al tener mayor rendimiento. Su ajuste es menos delicado que las de foco primario al ser de menor superficie y tener un haz algo más ancho. La antena de montaje polar se utiliza cuando se quieren recibir varios satélites. Permite recorrer los diferentes satélites en órbita geoestacionaria de forma automática (con un servomotor), mediante la rotación de un sólo eje polar. Su principio constructivo se asemeja al utilizado en las grandes antenas radiotelescópicas. Se fabrican tanto de foco primario como en offset. Para orientar esta antena, se deben seguir los pasos siguientes:

- Primero se orienta la antena hacia el polo norte (estando en el hemisferio sur) y se eleva un número de grados igual a la latitud del lugar de recepción.

- Se ajusta el ángulo de declinación para encontrar la órbita geoestacionaria.

Se dota a la antena de un eje polar y un eje de rotación y ajuste del offset de declinación.


Componentes de una estación de recepción satelital

El equipo individual de recepción de TV por satélite generalmente está compuesto por los siguientes elementos:

a) Detector, alimentador o iluminador.

b) Conversor LNB.

c) Unidad interior sintonizable.

d) Rotor de parábola.

e) Cable.

A continuación se presentan las características más importantes de cada componente.

a) Detector, alimentador o iluminador:

Es el componente encargado de recoger las señales de radiofrecuencia reflejadas en la antena parabólica. Va colocado en el foco de la parábola. Para poder diferenciar entre polarización horizontal y vertical existe un elemento denominado polarizador, que discrimina la polarización según el tipo y la forma de colocarlo. Para pasar de polarización vertical a horizontal y viceversa, basta girar 90º el conjunto alimentador-polarización-conversor. En algunas instalaciones se puede disponer de un servomecanismo llamado Pola-Rotor o discriminador, que realiza el giro de 90º a distancia (desde la unidad de sintonía), mediante un selector de polaridad horizontal/vertical, que permite cambiar de posición la polaridad del alimentador. Existen detectores de doble polaridad u ortomodos, que permiten disponer simultáneamente de las señales de TV por satélite en polarización vertical y horizontal. Utiliza dos guías de ondas del tamaño requerido, perpendiculares entre sí; una transmite la polaridad horizontal y la otra la polaridad vertical. Se utilizan dos conversores para cada una de estas señales recibidas.

b) Conversor LNB (de bajo nivel de ruido):

La señal del haz descendente, que se refleja en la superficie o plato de la antena parabólica orientada al satélite determinado, concentra toda su energía en el foco, y a través del detector o iluminador situado en dicho punto, la señal se introduce en el amplificador de entrada. La señal captada por la antena es muy débil, debido a la gran atenuación que sufre en el espacio comprendido desde el satélite hasta el punto de recepción. Además, por tener una frecuencia muy elevada, debe ser transformada a una frecuencia mucho más baja para enviarla al receptor interior (sintonizador de satélite), de manera que se transmita por el cable coaxil sin una gran atenuación (Canal de Frecuencia Intermedia = 950 MHz a 1750 MHz). El dispositivo encargado de ello se denomina conversor, y como debe tener un bajo nivel de ruido, se denomina conversor de bajo nivel de ruido o LNC.
El mismo, unido a un amplificador de bajo nivel de ruido o LNA y a un oscilador local, mezclador y filtro de la 1ª Frecuencia Intermedia conforma lo que se llama bloque de bajo nivel de ruido, que comúnmente se denomina conversor LNB. El mismo se ubica en el foco del reflector y debe estar sellado para soportar las inclemencias del tiempo. La alimentación del conversor se realiza a través del propio cable de señal, con sus correspondientes filtros de baja frecuencia, en 15 ó 20V de tensión continua.

c) Unidad interior sintonizable:

1 comment:

Humberto said...

Saludos

Excelente Articulo, interesanteforma de aprender geometria.