Thursday, September 29, 2005

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:

También denominada unidad de recepción de satélite, es la encargada de sintonizar cada uno de los canales captados por la antena. La conexión de la antena a la unidad interior se hace por medio de un cable coaxil de poca atenuación y buena respuesta a las frecuencias de la 1ª Frecuencia Intermedia que comprende la banda de 950MHz a 1750MHz. La salida de video compuesto de la unidad interior se conecta al receptor de TV o a la entrada de una videocasetera, utilizando un cable coaxil normal de TV. El cable coaxil correspondiente será de 75 ohm de impedancia. Generalmente esta unidad es del tipo multinorma (PAL / NTSC).

d) Rotor de parábola:

También denominado actuador, es el elemento encargado de colocar automáticamente la antena orientada hacia un satélite determinado. Suele utilizarse en las antenas de montaje polar cuando de desean recibir varios satélites mediante la misma antena parabólica. Proporciona el movimiento y control para que la antena pueda rastrear el satélite mediante un brazo telescópico que se extiende y contrae, gobernado por una unidad de control que se puede colocar cerca de la unidad de sintonía. Se necesita un sólo actuador para el seguimiento y orientación de la antena a todos los satélites geoestacionarios del cinturón de Clarke, siempre dentro de un ángulo de azimut total donde los satélites son "visibles" por la antena.

e) Cable:

El cable que conecta la antena con la unidad interior de sintonía debe ser de buenas características, es decir, poca atenuación en el margen de frecuencias utilizado en la 1ª Frecuencia Intermedia. Los fabricantes disponen de varios modelos de este tipo de cable para poder utilizar en la instalación, sin embargo algunos instaladores utilizan el cable normal de TV con el consiguiente aumento de la atenuación y una posible pérdida de calidad de imagen si hay muchos metros de cable. Si se tiene un recorrido de cable largo (mas de 40 m), puede ser necesario introducir una nueva conversión de señal, a una frecuencia de unos 70 MHz.


Otras consideraciones

Para el montaje de las antenas satelitales se recomienda instalarlas libres de obstáculos o conductores metálicos cercanos, que puedan deformar la forma espacial del diagrama de captación direccional de cada antena. Resulta importante resaltar que en función de las altas frecuencias transmitidas, y por lo tanto las pequeñas longitudes de onda resultantes, el coaxil debe considerarse como una línea de transmisión larga. Correctamente trabaja como línea aperiódica, es decir, con ondas progresivas. Cualquier tipo de asimetría, falta de homogeneidad o dasadaptación de impedancias entre todos los componentes del sistema, puede originar reflexiones en aquellos puntos en los que aparece una discontinuidad del valor de la impedancia. Estas reflexiones generan ondas estacionarias, que disminuyen el rendimiento de la instalación y causan los temidos fantasmas en las imágenes y/o ecos en los sonidos, que degradan la calidad del funcionamiento de la instalación. Los cables deben ser de buena calidad, de manera que conserven sus parámetros característicos en toda su longitud, y en especial, los repartidores y derivadores no deben introducir ninguna discontinuidad en el valor de la impedancia que se presenta entre los conductores del coaxil. Todo cable debe tener su finalización en una impedancia terminal de valor igual a la impedancia característica de la red de distribución.


Cálculo del azimut y la elevación

Para orientar una antena de recepción satelital hay que definir el valor del azimut y la elevación correspondiente, para lo que 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).
Para realizar el cálculo matemático hay que emplear algunas fórmulas de trigonometría esférica. En dichas fórmulas hay que introducir algunas constantes terrestres. El radio, medido desde el centro de la tierra, correspondiente a la trayectoria en la que se desplazan los satélites geoestacionarios, es de 42.164,46 km. Sin embargo, es más habitual hacer referencia a la distancia h que existe desde el satélite al ecuador terrestre, que resulta de 35.786,3 km. La diferencia entre los valores anteriores corresponde al radio terrestre ecuatorial R, que vale 6378,16 km. Para simplificar las expresiones, conviene definir dos variables auxiliares. La primera, simbolizada con F, resulta igual a la diferencia expresada en grados, entre la longitud del satélite Lgs y la longitud del punto de recepción Lgr:

F= Lgs - Lgr

La otra variable auxiliar, simbolizada con D resulta de la expresión:

D= Raiz cuadrada [h² + 2 . R . (R + h) . (1 - cos F . cos Ltr)]

En la que Ltr representa la latitud del punto de recepción.

El ángulo de elevación E puede calcularse mediante la fórmula:

E= arc cos [ ((R + h) / D) . Raiz cuadrada(1 - cos² F . cos² Ltr) ]

Y el ángulo de azimut A resulta:

A= arc sen [ (sen F) / (Raiz cuadrada(1 - cos² F . cos² Ltr)) ]



La Republica Dominicana: Entre 68 grados 19´ y 72 grados 31 longitud oeste. Entre 17 grados 36´ y 19 grados 56´ latitud norte.

Ejemplo: Sea una instalación a realizar en las cercanías de Buenos Aires, Argentina cuya ubicación geográfica la definen una longitud de 53 grados oeste y una latitud de 35 grados sur. Supongamos que se desea orientar la antena hacia el satélite Brazilsat A1 situado a una longitud de 65 grados oeste. Entonces.

F= 65º - 53º= 12º

D= Raiz cuadrada [(35786,3 km)² + 2 . 6378,16 km . (6378,16 km +
+ 35786,3 km) . (1 - cos 12º . cos 35º)]

D= 37249,95 km


E= arc cos [ ((6378,16 km + 35786,3 km) / 37249,95 km) . Raiz cuadrada(1 -
- cos² 12º . cos² 35º) ]

E= 47,37º

A= arc sen [ (sen 12º) / (Raiz cuadrada(1 - cos² 12º . cos² 35º)) ]

A= 20,33º

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