Enlaces satelital

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Fig.1 Distribucin de tipos de Satlites Un enlace satelital esta constituido de 3 etapas las cuales son: Dos estn ubicadas en las estaciones terrestres, a las cuales llamaremos modelos de enlace de subida o bajada y la tercera etapa estar ubicada en el espacio, donde la seal de subida cruzar por el transponedor del satlite y ser regresada a la tierra a una menor frecuencia con la que fue transmitida. En la figura 2 y Figura 3 se muestra el modelo bsico de un sistema satelital.

Fig.2 Modelo Satelital

Fig.3 Enlac satelital Estacin Terrestre Los modelos tanto de subida como de bajada requieren de una estacin terrena, ya sea para transmitir o para recibir una seal y bsicamente estn compuestas de cuatro segmentos. El primer segmento es un modulador de FI para transmisin y en el caso de recepcin se ocupa un demodulador de FI. La segunda etapa es un convertidor elevador de FI a microondas RF para transmisin y para la recepcin un convertidor descendente de RF a IF. La tercera es un amplificador de alta potencia (HPA) para transmisin y para recepcin un amplificador de bajo ruido (LNA). Por ltimo la cuarta etapa que conforma son las antenas que conforman a la estacin terrena. La figura 4 muestra las distintas etapas de la estacin terrena.

Fig. 4 Estacin terrena comn

Enlace de subida El principal componente dentro de la seccin de subida, de un sistema satelital, es el transmisor de la estacin terrena. Un tpico transmisor de la estacin terrena consiste de un modulador de IF en banda base a una seal de frecuencia intermedia modulada en FM, PSK y QAM, seguida por el convertidor elevador, el cual est constituido por un mezclador y filtro pasa bandas, el cual convertir la seal de IF a RF. Por ltimo la seal pasar por un amplificador de potencia (HPA), el cual le dar la potencia necesaria para que la seal llegue hasta el satlite. Los HPA comnmente usados son klystons y tubos de onda progresiva. La figura 5 muestra las distintas etapas de una estacin terrena transmisora.

Fig. 5 Modelo Bsico de subida

En el satlite, se consideran la antena receptora y el amplificador de bajo ruido LNA conectado despus de ella. En el trayecto de subida, la portadora es atenuada por la: propagacin en el espacio libre, absorcin en la atmsfera, lluvia, despolarizacin, desalineacin de los ejes de las antenas. Segn vase la figura 3 Al descontar estas atenuaciones a la potencia original en el punto 1y aadirle la ganancia de la antena receptora del satlite, quedar como una potencia C en el punto 2. Dentro de su BW, la portadora recibir interferencias de RF y ruido. La potencia del ruido acumulado se designa como N y se referencia al punto 2, a la entrada del LNA. De esta manera se obtiene el la relacin potencia a ruido en el punto 2. Transpondedor El Transpondedor esta constituido por un filtro pasa bandas (BFP), el cual se encarga de limpiar el ruido que la seal adquiere en la trayectoria de subida, adems de que servir como seleccionador de canal, ya que cada canal satelital requiere un Transpondedor por separado. Le sigue un amplificador de bajo ruido (LNA) y un desplazador de frecuencia, el cual tiene la funcin de convertir la frecuencia de banda alta de subida a banda baja de salida, despus seguir un amplificador de baja potencia el cual amplificar la seal de RF para el enlace de bajada, las seal ser filtrada y regresada hacia la estacin terrena. La figura 6 muestra el transponder ubicado en el satlite. Otras configuraciones de transponder son los repetidores de IF, y de banda base, semejantes a los utilizados en los repetidores de microondas. En la Figura 6, el BPF de entrada limita el ruido total

aplicado a la entrada del LNA (un dispositivo normalmente utilizado como LNA, es un diodo tnel). El amplificador de potencia de bajo nivel, que es comnmente un tubo de ondas progresivas (TWT), amplifica la seal de RF para su posterior transmisin por medio de la bajada a los receptores de la estacin terrena. Tambin pueden utilizarse amplificadores de estado slido (SSP), los cuales en la actualidad, permiten obtener un mejor nivel de linealidad que los TWT. La potencia que pueden generar los SSP, tiene un mximo de alrededor de los 50 Watts, mientras que los TWT pueden alcanzar potencias del orden de los 200 Watts. Si hay ms de una portadora dentro del amplificador, se producir ruido de intermodulacin. A mayor potencia de salida, mayor ruido de intermodulacin, por lo que, a bordo del satlite, se define la relacin potencia de la portadora a ruido de intermodulacin, Fig. 3 El valor de esta relacin de potencias lo especifica, por medio de grficas o tablas, el propio fabricante del satlite.

Fig. 6 Transponder del satlite.

Modelo de enlace de Bajada. El receptor de la estacin terrena contiene un filtro (BFP), el cual limita la potencia de entrada que recibe el LNA, una vez amplificada la seal en bajo ruido la seal ser descendida de RF a frecuencias IF por medio de un convertidor descendente, despus la seal ser demodulada y entregada en banda base. Un receptor de estacin terrena incluye un BPF de entrada, un LNA y un convertidor de RF a IF. La Figura 7 muestra un diagrama a bloques de un receptor de estacin terrena tpico. Nuevamente el BPF limita la potencia del ruido de entrada al LNA. El LNA es un dispositivo altamente sensible, con poco ruido, tal como un amplificador de diodo tnel o un amplificador paramtrico. El convertidor de RF a IF es una combinacin de filtro mezclador/pasa-bandas que convierte la seal de RF a una frecuencia de IF. Segn la figura 3 en el trayecto de bajada sucede lo mismo que en el de subida, slo que a la inversa. Del punto 3 parte la portadora luego de ser amplificada por el HPA y la ganancia directiva de la antena del satlite.

Tambin se introducir ruido de diversas fuentes dentro del BW de la portadora, y se calcula la relacin de potencias . La frecuencia de la portadora en el enlace descendente es diferente a la del ascendente, de modo que los niveles de atenuacin y de ruido tambin son diferentes.

Fig. 7 Modelo de bajada del satlite

Atenuacin en el espacio libre Las prdidas de potencia ms grandes se deben a la enorme distancia entre el satlite y las estaciones terrenas. Aunque su valor exacto depende de la frecuencia, tales prdidas son del orden de 200 dB en subida y otros 200 dB en bajada, para satlites GEO. A sta disminucin de potencia se le refiere como atenuacin por propagacin en el espacio libre, y la ecuacin que permite es la ecuacin de transmisin Friis. Si la antena transmisora no fuera directiva, sino isotrpica, la potencia PT se distribuira de manera uniforme en un frente de onda esfrico; a una distancia r desde la antena.

Fig. 8

La superficie esfrica sobre la que dicha potencia estara distribuida tendra un rea igual a por cada unidad de superficie habra una cierta densidad de flujo de potencia, .

,y

Directividad Sin embargo, la antena transmisora no es isotrpica, sino directiva, con una ganancia en la direccin hacia el satlite. Esta ganancia "amplifica" la densidad de potencia. , mxima

Fig. 9 Modelo de la Directividad

(

)

rea efectiva de absorcin Si frente a la onda viajera cuya densidad de potencia est dada por S, se coloca una antena con un rea efectiva o equivalente de , la potencia capturada por dicha antena sera:

Fig. 10 Modelo de la absorcin ( )

La teora electromagntica demuestra que:

De acuerdo al principio de reciprocidad la G de la antena en recepcin es la misma que en transmisin. Sustituyendo, se obtiene la potencia interceptada de la sea portadora. ( ( ) * ). + [ ]

En la ecuacin resultante, el PIRE es la potencia efectiva radiada y es la amplificacin adicional que la antena receptora le da. El 3er. factor es una cantidad