Comunicaciones Satelitales

Análisis de los Enlaces Satelitales

Alcances

• En el presente capítulo se analiza un enlace completo entre dos estaciones terrenas.

• Se determina la relación señal a ruido a la entrada del receptor.

• Para efecto de los cálculos se considera que el enlace operara entre 1Ghz y 30Ghz

Parámetros de Antena

• La ganancia de una antena es la razón de la potencia radiada o recibida por unidad de ángulo sólido de una antena en una determinada dirección con la potencia radiada o recibida por una antena isotrópica alimentada con las misma potencia.

Gmax = ( 4π / λ ²) Aeff

Parámetros de Antena

• La eficiencia de una antena es el producto de varios factores como:Eficiencia de iluminación.Eficiencia de spill-over.Eficiencia del acabado de la superficie.Eficiencia de acoplamiento de impedancias.

Parámetros de Antena

• La ganancia de una antena considerando la eficiencia de la misma es:

Gmax = η(π D/ λ)² o

Gmax = η(π D/ f/c)²

La eficiencia η típica de una antena va desde el 55% al 75%.

Patrón de Irradiación

• El patrón de irradiación indica la variación de la ganancia en función de la dirección.

Angulo de Irradiación

• Es el ángulo definido por las direcciones correspondientes al patrón de irradiación donde están contenidas las máximas potencias.

• El Beamwidth de 3db de es el más usado y corresponde a una caída de la mitad de la potencia.

• El Beamwidth de 3db esta relacionado a λ/D.

Angulo de Irradiación

• La relación λ/D depende de la selección de la ley de iluminación.

• Con una iluminación uniforme tendremos un valor del 58.5°.

• Un factor de iluminación no uniforme incrementa el ángulo de 3db.

Angulo de Irradiación

• El valor corrientemente usado es de 70° lo que nos da la siguiente expresión:

Θ 3dB = 70(λ/D)

• El ángulo de 3db para máxima ganancia se determina por:

Θ 3dB = 170/10Exp(Gmax /20)

Polarización

• Las ondas radiadas por una antena tienen dos tipos de campos uno eléctrico y otro magnético.

• Las dos componentes son ortogonales y perpendiculares a la dirección de propagación.

• La polarización de la onda electromagnética esta definida por el campo eléctrico.

Polarización

• El campo electromagnético depende de la frecuencia.

• La dirección del campo eléctrico no es fija y su amplitud no es constante.

• Durante un período el vector que representa al campo eléctrico describe una elipse en el plano perpendicular a la dirección de propagación de la onda.

Polarización

• La dirección de rotación del campo eléctrico puede ser horario o antihorario.

• La razón axial se define como:AR = Emax / Emin

Polarización

• Cuando la elipse es un circulo AR = 1 en ese caso decimos que la polarización es circular.

• Cuando uno de los ejes de la elipse predomina sobre el otro decimos que es polarización lineal.

• Dos ondas están en polarización ortogonal si los campos eléctricos describen idénticas elipses con direcciones opuestas

Polarización

• La polarización ortogonal puede ser:Dos señales de polarización ortogonal circular.Dos señales de polarización ortogonal lineal.

PIRE

• Potencia radiada isotrópica equivalente.

• Es la potencia por unidad de ángulo sólido radiada por una antena isotrópica alimentada por una fuente de RF:

GT = 1

PT

La potencia irradiada por Unidad de ángulo sólidoPT / 4π W/esteroradian

Antena Isotrópica

PIRE• En el caso de una antena no isotrópica de

ganancia GT

PT

Distancia RAngulo sólido A/R²

Potencia radiada por Unidad de ángulo sólido

(PT/4π) GT

Area A

Potencia recibida en elArea A

(PT/4π) GT (A/R²) = (PTGT/4πR²) A = ФA

Densidad del Flujo de Potencia

• La señal recibida a una distancia R desde la antena de transmisión sobre un área A subtendida a un ángulo sólido A/R² recibe una potencia definida por:

PR = (PTGT/4π)(A/R²) = ФA

• Donde la densidad de flujo de potencia Ф se expresa en W/m².

Cálculo de la potencia recibida

• La potencia recibida por una antena de área efectiva AReff localizada a una distancia R del punto de transmisión recibe: PR = (PTGT/πR²) AReff

Cálculo de la potencia recibida

• El área efectiva de una antena es expresada como una función de la ganancia GR:

AREFF = GR /(4π / λ²)

• La potencia recibida es la siguente:PR = (PTGT)(λ / 4π R)² GR

Pérdida de Espacio Libre

• La pérdida de espacio libre la podemos deducir de:

PR = (PTGT)(λ / 4π R)² GR

Donde LFS es igual a:(4π R / λ ) ²

• Se puede apreciar que LFS es función de la frecuencia y la distancia.

Uplink (ejemplo)

• Consideremos una estación terrena equipada con:Antena de 4 metros de diámetro. Con una eficiencia η = 0.55.La potencia de transmisión de 100 W / 20 dBFrecuencia del Uplink (Fu ) 14GHz.

Uplink (ejemplo)

• Consideremos un satélite con las siguientes características:Satélite geoestacionario a 40,000 Km.El Beam de antena de recepción de Θ3dB = 2°.Con una eficiencia η = 0.55.Consideramos que la estación terrena esta en

el centro de la cobertura de la antena.

Uplink (ejemplo)

• El flujo de potencia sobre el satélite es:

Ф =(PTGTmax/4πR²) W/m²

• La ganancia de la antena de transmisión es:

GTmax = η(πD/λU) ²

GTmax = η(πD/fU/C) ²

GTmax = 53.1 dB

Uplink (ejemplo)

• La PIRE radiada por la estación terrena es:

PTGTMAX = 53.1 dB + 20 dB(W) = 73.1 dB

• La densidad de flujo de potencia Ф esta determinada por:

Ф = PTGTmax/4πR²

Ф = -89.9 dB (W/m²)

Uplink (ejemplo)

• La potencia recibida en dBW por la antena del satélite es la siguiente:

PR = PIRE – LFS + GRmax

• La atenuación de espacio libre es:

LFS = (4π R / λ ) ²

LFS = 207.4 dB

Uplink (ejemplo)

• La ganancia de la antena de recepción:Gmax = η(π D/ f/c)²

Gmax = 38.2 dB.

• La potencia de recepción calculada es de:PR = PIRE – LFS + GRmax

PR = 73.1– 207.4 + 38.2PR = - 96.1 dB(W)