Sistema de Comunicaciones via Satelite 2

ANGULOS DE VISTAPara orientar una antena desde una estacin terrena hacia un satlite, es necesario conocer el ngulo de elevacin y azimut. Estos se llaman ngulos de vista.El ngulo de elevacin y el azimuth dependen de la longitud y latitud de la estacin terrestreAzimut y ngulo de elevacin. "ngulos de vista"

Representacin grfica de la elevacinAngulo de elevacin El ngulo de elevacin es el ngulo formado entre la direccin de viaje de una onda radiada desde una antena de estacin terrena y la horizontal, o el ngulo de la antena de la estacin terrena entre el satlite y la horizontal

Azimut y ngulo de elevacin. "ngulos de vista"

Atenuacin debida a la absorcin atmosfrica: (a) banda de 6/4 GHz; (b) banda 14/12 GHz.

Azimut: Se define como el ngulo de apuntamiento horizontal de una antena. Se toma como referencia el Norte como cero grados, y si continuamos girando en el sentido de las agujas del reloj, hacia el Este, llegaremos a los 90 de Azimut.Hacia el Sur tendremos los 180 de Azimut, hacia el Oeste los 270 y por ultimo llegaremos al punto inicial donde los 360 coinciden con los 0 del Norte.Azimuth y ngulo de elevacin para las estaciones terrenas situadas en el hemisferio norte (referidas a 180)

POSICIN LONGITUDINAL DE VARIOS SATLITES SNCRONOS ACTUALES ESTACIONADOS EN UN ARCO ECUATORIAL

SATLITELONGITUD (oeste)Satcom ISatcom VANIK IWestar IWestar IIWestar IIIWestar IVWestar VRCAMxicoGalaxyTelstar13514310499123.59198.5119.5126116.57496

EJEMPLO:Una estacin terrena est situada en Houston, Texas, la cual tiene una longitud de 95.5 oeste y una latitud de 29.5 norte. El satlite de inters en Satcom I, de RCA, el cual tiene una longitud de 135 oeste. Determine el azimut y ngulo de elevacin para la antena de la estacin terrena.SOLUCINPrimero determine la diferencia entre la longitud de la estacin terrena y el satlite. L = 135- 95.5 = 39.5Localice la interseccin de L = 39.5 y la latitud de la estacin terrena ( 29.5 N) en el baco de Azimut y ngulo de elevacin. De la figura del ngulo de elevacin es de aproximadamente 35, y el azimut es de aproximadamente 59 oeste del sur.

Clasificacin de Los Satlites, Espaciamiento y Asignaciones de Frecuencia

Hay dos clasificaciones principales para los satlites de comunicaciones:

Hiladores (spinners) : utilizan el movimiento angular de su cuerpo giratorio para proporcionar una estabilidad de giro.

Satlites estabilizadores de tres ejes: Con un estabilizador de tres ejes, el cuerpo permanece fijo en relacin a la superficie de la Tierra, mientras que el subsistema interno proporciona una estabilizacin de giro.

Hilador o Spinner

Tres ejes estabilizados

*Posicionamiento Un satlite debe mantenerse en posicin par el tiempo de vida til requerido (tpicamente 10 a 15 aos). Este posicionamiento es regularmente corregido entre +/- 0.1 Para extender la vida el los satlites, las correcciones debe ser hechas menos frecuentemente.

Separacin espacial de satlites en una rbita geosncrona.

Los satlites geosincronos deben compartir un espacio y espectro de frecuencia limitados, dentro de un arco especifico en una rbita geoestacionaria. A cada satlite de comunicacin se asigna una longitud en el arco geoestacionario, aproximadamente a 36000 km, arriba del ecuador.

Los satlites trabajando, en o casi la misma frecuencia, deben estar lo suficientemente separados en el espacio para evitar interferir uno con otro

La separacin espacial requerida depende de las siguientes variables:Ancho de haz y radiacin del lbulo lateral de la estacin terrena y antenas del satlite. Frecuencia de la portadora de RF. Tcnica de codificacin o de modulacin usada. Limites aceptables de interferencia. Potencia de la portadora de transmisin.

Generalmente se requieren 3 a 6 de separacin espacial.

Frecuencias usadas para comunicacionesLas frecuencias de portadora, ms comunes, usadas son las bandas 6/4 y 14/12 GHz. El primer numero es la frecuencia de subida (ascendente, estacin terrena a transponder) y el segundo numero es la frecuencia de bajada (descendente, transponder a estacin terrena). La mayora de los satlites domsticos utilizan la banda de 6/4 GHZ, esta banda tambin se usa extensamente para los sistemas de microondas terrestres, por lo que se debe tener cuidado cuando se disea una red satelital para evitar interferencias con los enlaces de microondas establecidas.

Asignaciones de frecuencia satelitales dadas por la WARCAsignaciones de frecuencia satelitales dadas por la WARC

Anchos de Banda de Satlites disponibles en los Estados Unidos

BandaSubidaBajadaAncho de Banda (MHz)C X Ku KaV Q V5.9-6.4 7.9-8.4 14-14.5 27-30 30-31 50-51 - 3.7-4.2 7.25-7.75 11.7-12.2 17-20 20-21 40-41 41-43 500 500 500 - - 1000 2000(ISL)54-58 59-643900 5000

*Bandas de frecuencias para las comunicaciones satelitales

Resumen de las frecuencias asignadas a cada banda

BandaEnlace ascendente (GHz)Enlace Descendente (GHz)C: 6/4 GHz5.925 - 6.425 BW: (500 MHz) 5.850 - 7.075 BW: (1225 Mhz)3.700 - 4.200 (600 MHz) 3.400 - 4.200 4.600 - 4.800 (1100 Mhz)X: 8/7 GHz7.925 - 8.425 BW: (500 MHz)7.250 - 7.750 (500 MHz)Ku: 14/11 GHz14.000 - 14.500 BW: (500 MHz) 12.750 - 13.250 14.000 - 14.500 BW: (1000 MHz)10.950 - 11.200 11.450 - 11.700 (500 MHz) 10.700 - 11.700 (1000 MHz) -14/12 GHz14.000 - 14.500 BW: (500 MHz)11.700 - 12.200 (500 MHz)Ka 30/20 GHz27.500 - 31.000 BW: (3500 MHz)17.700 - 21.200 (3600 MHz)

Sistemas de comunicaciones por satlite Actuales

Westar Intelsat V SBS Flee Satcom ANIK-D OperadorTelgrafo Western Union Intelsat Sistemas de negocios satelitales Departamento de defensa de EEUU Telsat, Canad Banda de frecuencia C C y Ku Ku UHF, X C, Ku Cobertura Cono Global zonal punto Cono Global Canad, Norte de EEUU No. de transponder 12 21 10 12 24 Transponder BW(MHz)36 3643 0.005-0.536 EIRP (dBW) 33 23.5-2840-43.7 26-28 36 Acceso mltiple FDMA, TDMA FDMA, TDMA reusoTDMA FDMAFDMA ModulacinFM, QPSK FDM, FM, QPSK QPSK FM, QPSKFDM, FM, FMA, TVD, SCPC Servicio tele fija, TVDtele fija, TVD tele fija, TVD Militar mvil tele fija

Patrones de Radiacin: Huellas

El rea de la Tierra cubierta por un satlite depende de la ubicacin del satlite en su rbita geosincrona, su frecuencia portadora y la ganancia de sus antenas.

La representacin geogrfica del patrn de radiacin de la antena de un satlite se llama huella.

Las lneas de contorno representan los lmites de la densidad de potencia de igual recepcin.(PIRE)

El patrn de radiacin de una antena satelital se puede catalogar como punto zonal o tierra, tienen un ancho de haz de casi 17 e incluyen la cobertura de aproximadamente un tercio de la superficie de la Tierra

Patrones de Radiacin de la antena del satlite ("huellas")

*Organizaciones

*Operadores

DESCRIPCION DEL SISTEMA SATELITAL

Puede definirse como un repetidor de radio en el cielo (transponder).

Un sistema satelital consiste de un transponder, una estacin basada en tierra, para controlar su funcionamiento, y una red de usuario.

Proporciona las facilidades para transmisin y recepcin del trafico de comunicaciones, a travs del sistema de satlite.

Las transmisiones de satlite se catalogan como bus o carga til.

La carga til es la informacin del usuario que ser transportada a travs del sistema.

Modelos de enlace del sistema satelital

Esencialmente, un sistema satelital consiste de tres secciones bsicas: una subida, un transponder satelital y una bajada.

Modelo 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, un convertidor de microondas de IF a RF, un amplificador de alta potencia (HPA) y algn medio para limitar la banda del espectro de salida (por ejemplo un filtro pasa-banda de salida).

El modulador de IF convierte las seales de banda base de entrada a una frecuencia intermedia modulada e FM, en PSK o en QAM.

El convertidor (mezclador y filtro pasa-banda) convierte la IF a una frecuencia de portadora de RF apropiada.

El HPA proporciona una sensibilidad de entrada adecuada y potencia de salida para propagar la seal al transponder del satlite.

Los HPA comunmente usados son klystons y tubos de ondas progresivas.

Modulador (FM, PSK o QAM)BPFBPFMezcladorGenerador MW 6 O 14 GHzHPABanda Base en FDM o PCM/TDM

IFRFRFConvertidor ascendenteAl Transponder de SatliteModelo de subida del satlite

Transponder Un tpico transponder satelital consta de un dispositivo para limitar la banda de entrada (BPF), un amplificador de bajo ruido de entrada (LNA), un translador de frecuencia, un amplificador de potencia de bajo nivel y un filtro pasa-bandas de salida.

Otras configuraciones de transponder son los repetidores de IF, y de banda base, semejantes a los utilizados en los repetidores de microondas.

El BPF de entrada limita el ruido total aplicado a la entrada del LNA (un dispositivo normalmente utilizado como LNA, es un diodo tnel).

La salida del LNA alimenta un translador de frecuencia (un oscilador de desplazamiento y un BPF), que se encarga de convertir la frecuencia de subida de banda alta a una frecuencia de bajada de banda baja.

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.

Amplificador de Bajo Ruido LNABPFBPFMezcladorOscilador de desplazamiento MW de 2 GHzAmplificador de baja PotenciaTWTDe la Estacin Terrena 6 o 14 GHzRFRFRFTraslador de FrecuenciaTransponder del Satlite

A la Estacin Terrena 4 o 12 GHz

Relacin entre los subsistemas de antenas y comunicaciones.

.- Versin modificada del diagrama y equipos del subsistema de comunicaciones. A diferencia del indicado en la figura anterior, se utilizan dos demultiplexores y dos multiplexores para procesar por separado los canales pares e impares y reducir la interferencia.

Subsistema de comunicaciones (banda C) de un satlite Spacenet. (Cortesa de GTE Spacenet Corporation.)

Modelo de bajada Un receptor de estacin terrena incluye un BPF de entrada, un LNA y un convertidor de RF a IF.

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 mezcador/pasa-bandas que convierte la seal de RF a una frecuencia de IF.

Amplificador de Bajo Ruido LNABPFBPFMezcladorGenerador MW 4 o 12 GHzDemodulador (FM, PSK o PCM/TDMDel Transpondedor del satliteRFRFIFConvertidor descendenteModelo de bajada del satlite

Banda Base en FDM o PCM/TDM

Subsistema de comunicaciones (banda Ku) de un satlite Spacenet. (Cortesa de GTE Spacenet Corporation.)

Principales subsistemas de un satlite( Segmento Espacial) y sus funciones

1.-AntenasRecibir y transmitir seales de radiofrecuencia2.-ComunicacionesAmplificar las seales y cambiar su frecuencia3.-Energa ElctricaSuministrar electricidad con los niveles adecuados de voltaje y corriente4.-Control trmicoRegular la temperatura del conjunto5.- Posicin y orientacinDeterminar la posicin y orientacin del satlite6.- PropulsinProporcionar incrementos de velocidad y pares para corregir la posicin y la orientacin7.-Rastreo, Telemetra y comandoIntercambiar informacin con el centro de control en la tierra para conservar el funcionamiento del satlite8.- EstructuralAlojar todos los equipos y darle rigidez al conjunto

ESTACIONES TERRENAS (SEGMENTO TERRESTRE)

El segmento terrestre est formado por todos los elementos que intervengan en el enlace de comunicaciones de la misin espacial y que estn localizados en el planeta Tierra.

A este grupo pertenecen las antenas receptoras y transmisoras (situadas sobre la superficie del planeta o en satlites artificiales), la interconexin entre ellas y los centros de control de la misin, los mecanismos de distribucin de los datos cientficos y las personas encargadas de supervisar y controlar el correcto proceso de la misin.

Una estacin terrena satelital es un conjunto de equipo de comunicaciones y de cmputo que puede ser terrestre (fijo y mvil), martimo o aeronutico.

Las estaciones terrenas pueden ser usadas en forma general para transmitir y recibir del satlite.

Pero en aplicaciones especiales solo pueden recibir o solo pueden transmitir.

SUBSISTEMAS DE UNA ESTACION TERRENA

Plato Reflector (antena):

Amplificador de Potencia [HPA, High Power Amplifier].

Amplificador de Bajo Ruido (Receptor), LNA: Low Noise Amplifier:

Conversor de subida/bajada (Up/down converter):

Modem satelital (modulador, demodulador)

Multicanalizador: (MUX)

*ANTENA

Parte de la Estacin Terrena que transmite y recibe las seales del satlite con alta eficiencia y bajas perdidas.

**La antena es la que justamente est ubicada a la salida y a la entrada de un trayecto de transmisin de radio, su funcin es transmitir la potencia eficientemente a su destino y al mismo tiempo debe alimentar eficientemente el bajsimo nivel de seal que llega al receptor. El sistema de antena est compuesto del radiador de antena, los alimentadores, el equipamiento de seguimiento (tracking) entre otros.El sistema de antenas debe cumplir con ciertas caractersticas tales como alta ganancia, baja temperatura de ruido, buena directividad como buena caracterstica de bandas laterales, ancho de banda, excelente funcionamiento de autoseguimiento y funciones de direccionamiento.

La antena es la que justamente est ubicada a la salida y a la entrada de un trayecto de transmisin de radio, su funcin es transmitir la potencia eficientemente a su destino y al mismo tiempo debe alimentar eficientemente el bajsimo nivel de seal que llega al receptor. El sistema de antena est compuesto del radiador de antena, los alimentadores, el equipamiento de seguimiento (tracking) entre otros.El sistema de antenas debe cumplir con ciertas caractersticas tales como alta ganancia, baja temperatura de ruido, buena directividad como buena caracterstica de bandas laterales, ancho de banda, excelente funcionamiento de autoseguimiento y funciones de direccionamiento. LA ANTENA

*Configuraciones de antenasEl sistema de antena en estaciones remotas pequeasest compuesto de:radiador de antenaAlimentador (feeder)OMT o diplexer yLNA LNBEn las estaciones grandes (Hub) se debe incluir el equipamiento de seguimiento (tracking) entre otros.

*Alimentador de antena (feed) y diplexer/combinadorEl alimentador de antena se adapta al reflector y determina la frecuencia total de operacin, el patrn y la performance de una polarizacin cruzada. El alimentador de trompeta corrugada es el ms usado con la geometra del reflector.

*Alimentador de antena (feed) y diplexer/combinador

*TIPOS DE ANTENAS

Se clasifican en dos tipos:1.- Antenas de corneta 2.- Antenas con reflector

**

*1.- ANTENA DE CORNETA

**Las antenas de corneta se usan por ser pequeas y por su baja ganancia en relacin con otras antenas y se le usa como el radiador primario de la antena reflectora. Igualmente se le usa como antena para el haz global por sus propiedades fsicas as como por su ancho de haz.La antena de CORNETA PIRAMIDAL se usa como la antena normalizada para la medicin de la ganancia de una antena de gran abertura as como para otros propsitos puesto que puede radiar ondas libres de polarizacin cruzada.Su ganancia se calcula por sus dimensiones fsicas.Las antenas de CORNETA CONICA son ampliamente usadas como el radiador primario de una antena con reflector de gran tamao en una Estacin Terrena o como antena de haz global del satlite de comunicaciones.

Las antenas de corneta se usan por ser pequeas y por su baja ganancia en relacin con otras antenas y se le usa como el radiador primario de la antena reflectora. Igualmente se le usa como antena para el haz global por sus propiedades fsicas as como por su ancho de haz.La antena de CORNETA PIRAMIDAL se usa como la antena normalizada para la medicin de la ganancia de una antena de gran abertura as como para otros propsitos puesto que puede radiar ondas libres de polarizacin cruzada.Su ganancia se calcula por sus dimensiones fsicas.Las antenas de CORNETA CONICA son ampliamente usadas como el radiador primario de una antena con reflector de gran tamao en una Estacin Terrena o como antena de haz global del satlite de comunicaciones.

ANTENA DE CORNETA

Se clasifican en:(a)Antena de modo nico(b)Antena mltimodo(c) Antena hbrida (a)La antena de modo nico es la mas simple de todas, normalmente es excitada por el modo TE11 modo dominante de una gua de onda circular. En algunos casos se le utiliza como el radiador primario de las antenas Cassegrain.(b)La antena mltimodo tiene como caracterstica que su patrn de radiacin de campo lejano, excitado por un modo TE11, es tal que el ancho de haz del plano E es mas estrecho que el del plano H a lo que se le aade que su nivel de polarizacin cruzada y su nivel de banda lateral en el plano E es bastante alto. Por otro lado, exhibe una mejor caracterstica de radiacin en el modo TM11, uno de los modos altos, si se superpone al modo TE11 con una amplitud y fase apropiada en el plano de apertura. Este tipo de antena se denomina tambin CORNETA MULTIMODO o CORNETA DE MODO DOBLE.

ANTENA DE CORNETA

Una CORNETA DE MODO DOBLE consiste en colocarle un ESCALON (STEP TYPE) axialmente simtrico a la garganta de la corneta. Su ancho de banda relativo es tan estrecho como un 5% puesto que la diferencia de fase entre el modo dominante y los modos mas altos generados por el escaln tienen una respuesta en frecuencia abrupta.La antena tipo CON DIELECTRICO (DIELECTRIC LOADED) posee una manga de dielctrico axialmente simtrica que excita al modo TM11. La amplitud del modo TM11 lo determina el grosor y largo del dielctrico, mientras que la diferencia de fase entre los dos modos lo determina la ubicacin del dielctrico insertado. Esta antena tiene un ancho de banda relativa entre un 20 y 30 % mas amplia ya que el elemento de modo generante se sita dentro de la corneta donde su dimetro es considerablemente grande. Como ventaja se tiene que se aprovecha su caracterstica de polarizacin cruzada, peso ligero y tamao pequeo.

ANTENA DE CORNETA

La antena tipo MULTIHACES (MULTI FLARE) se desarroll para aumentar el ancho de banda de la antena de ESCALON. Se ha obtenido un aumento de banda relativo usando el modo TM11.Como una variacin de este tipo de antena, se ha desarrollado la antena de IRIS - HACES la cual genera el modo TM11. Este tipo de corneta se usa a bordo del satlite.( c ) Existe un cierto tipo de antenas de corneta que se excitan de modo hbrido, con una caracterstica de baja polarizacin cruzada, un ancho de haz axialmente simtrico y lbulos laterales bajos sobre un ancho de banda amplio. Entre estas cornetas la mas usada es la de tipo de corneta CORRUGADA (CORRUGATED) la cual tiene una forma corrugada anular interna. Debido a que esta antena mantiene una buena caracterstica de radiacin sobre un octavo de ancho de banda, o desde la frecuencia f a la 2f, se le usa ampliamente como el radiador primario de las Estaciones terrenas para las bandas de 6 y 4 Ghz..

La corneta con BARRA DIELECTRICA (DIELECTRIC ROD), consiste de una barra dielctrica insertada en la boca alrededor del eje de la corneta, puede soportar cualquier modo hbrido, pues la energa de aquellos se concentra en la barra dielctrica. Aunque esta antena muestra como caracterstica bajos lbulos laterales y baja polarizacin cruzada, tiene la desventaja de que el centro de fase se mueve por el eje de la corneta cuando la frecuencia cambia

ANTENA DE CORNETA

*ANTENA DE CORNETACLASIFICACION

**Se clasifican en:(a)Antena de modo nico(b)Antena mltimodo(c) Antena hbrida (a)La antena de modo nico es la mas simple de todas, normalmente es excitada por el modo TE11 modo dominante de una gua de onda circular. En algunos casos se le utiliza como el radiador primario de las antenas Cassegrain.(b)La antena mltimodo tiene como caracterstica que su patrn de radiacin de campo lejano, excitado por un modo TE11, es tal que el ancho de haz del plano E es mas estrecho que el del plano H a lo que se le aade que su nivel de polarizacin cruzada y su nivel de banda lateral en el plano E es bastante alto. Por otro lado, exhibe una mejor caracterstica de radiacin en el modo TM11, uno de los modos altos, si se superpone al modo TE11 con una amplitud y fase apropiada en el plano de apertura. Este tipo de antena se denomina tambin CORNETA MULTIMODO o CORNETA DE MODO DOBLE.Una CORNETA DE MODO DOBLE consiste en colocarle un ESCALON (STEP TYPE) axialmente simtrico a la garganta de la corneta. Su ancho de banda relativo es tan estrecho como un 5% puesto que la diferencia de fase entre el modo dominante y los modos mas altos generados por el escaln tienen una respuesta en frecuencia abrupta.La antena tipo CON DIELECTRICO (DIELECTRIC LOADED) posee una manga de dielctrico axialmente simtrica que excita al modo TM11. La amplitud del modo TM11 lo determina el grosor y largo del dielctrico, mientras que la diferencia de fase entre los dos modos lo determina la ubicacin del dielctrico insertado. Esta antena tiene un ancho de banda relativa entre un 20 y 30 % mas amplia ya que el elemento de modo generante se sita dentro de la corneta donde su dimetro es considerablemente grande. Como ventaja se tiene que se aprovecha su caracterstica de polarizacin cruzada, peso ligero y tamao pequeo. La antena tipo MULTIHACES (MULTI FLARE) se desarroll para aumentar el ancho de banda de la antena de ESCALON. Se ha obtenido un aumento de banda relativo usando el modo TM11.Como una variacin de este tipo de antena, se ha desarrollado la antena de IRIS - HACES la cual genera el modo TM11. Este tipo de corneta se usa a bordo del satlite.( c ) Existe un cierto tipo de antenas de corneta que se excitan de modo hbrido, con una caracterstica de baja polarizacin cruzada, un ancho de haz axialmente simtrico y lbulos laterales bajos sobre un ancho de banda amplio. Entre estas cornetas la mas usada es la de tipo de corneta CORRUGADA (CORRUGATED) la cual tiene una forma corrugada anular interna. Debido a que esta antena mantiene una buena caracterstica de radiacin sobre un octavo de ancho de banda, o desde la frecuencia f a la 2f, se le usa ampliamente como el radiador primario de las Estaciones terrenas para las bandas de 6 y 4 Ghz.La corneta con BARRA DIELECTRICA (DIELECTRIC ROD), consiste de una barra dielctrica insertada en la boca alrededor del eje de la corneta, puede soportar cualquier modo hbrido, pues la energa de aquellos se concentra en la barra dielctrica. Aunque esta antena muestra como caracterstica bajos lbulos laterales y baja polarizacin cruzada, tiene la desventaja de que el centro de fase se mueve por el eje de la corneta cuando la frecuencia cambia.

*2.- ANTENA DE REFLECTOR

**Son de alta ganancia. El tipo bsico del reflector es una paraboloide, es decir una antena simtricamente parablica, tambin se usa reflectores esfricos y algunos otros tipos se usan para propsitos especficos.Se clasifican en antenas de Reflector simple y de Reflector doble:2.1.2.1.- Antena Paraboloidal2.1.2.2.- Antena de Corneta-Reflectora2.1.2.3.- Antena Cassegrain2.1.2.4.- Antena Cassegrain modificada.2.1.2.5.- Antena Gregoriana.2.1.2.6.- Antena de haz guiado2.1.2.7.- Antena de Parbola Offset.2.1.2.8.- Antena de Reflector esfrico2.1.2.9.- Antena de haces mltiplesLa antenas de reflectores piden una distribucin de fase uniforme sobre su plano de apertura para lograr la generacin del haz. Esta es la condicin deseable en ptica, por lo que se le considera la ms importante para las antenas reflectoras.

ANTENA DE REFLECTOR

Son de alta ganancia. El tipo bsico del reflector es una paraboloide, es decir una antena simtricamente parablica, tambin se usa reflectores esfricos y algunos otros tipos se usan para propsitos especficos.Se clasifican en antenas de Reflector simple y de Reflector doble:2.1.2.1.- Antena Paraboloidal2.1.2.2.- Antena de Corneta-Reflectora2.1.2.3.- Antena Cassegrain2.1.2.4.- Antena Cassegrain modificada.2.1.2.5.- Antena Gregoriana.2.1.2.6.- Antena de haz guiado2.1.2.7.- Antena de Parbola Offset.2.1.2.8.- Antena de Reflector esfrico2.1.2.9.- Antena de haces mltiplesLa antenas de reflectores piden una distribucin de fase uniforme sobre su plano de apertura para lograr la generacin del haz. Esta es la condicin deseable en ptica, por lo que se le considera la ms importante para las antenas reflectoras.

*ANTENA PARABOLICA

**Es la configuracin ms simple de una antena con reflector.Es comnmente usado para radio relevadores de microondas por su estructura simple y su capacidad de formar un haz agudo.Est compuesto de una seccin de parbola con su foco en F y su vrtice se encuentra en O. La distancia f entre O y F es la distancia focal. La antena radiadora primaria se coloca en el foco F. Generalmente el radiador primario suele ser una antena dipolo o una antena de corneta, dependiendo del objetivo y la banda a ser usada. Para lograr una distribucin de fase uniforme se debe cumplir con la siguiente condicin:L = l1 + l2 = 2 fLa onda electromagntica que tiene un frente de fase esfrico se irradia desde el punto focal F hacia el paraboloide, los rayos reflejados por el reflector proceden en paralelo con el eje OF y los rayos que arriban al plano de apertura recorren la misma longitud. En otras palabras, los rayos en el plano de apertura llegan en fase obteniendo as una onda plana.

* ANTENA CORNETA-REFLECTOR

**A este tipo de antena se le considera de tipo OFFSET PARABOLICO.La superficie reflectante de esta antena es parte de una paraboloide.El ngulo de offset est expresado por 0 entre el eje del reflector OF y el eje de la corneta cnica cuyo vrtice se encuentra en el punto focal F. Para este tipo de antena 0 es 90.Puesto que este tipo de antena es de construccin asimtrica el nivel de polarizacin cruzada en la direccin de desenfoque es muy alto. Sin embargo, como caracterstica remarcable se tiene que posee lbulos laterales muy bajos debido al efecto escudo de la corneta.Se le usa mucho para comunicaciones terrestres de microondas.

*Ganancia de la antenaEsta ganancia se expresa en dBi (dBs relativos a la ganancia de una antena isotrpica)La figura de ganancia en una antena solo es aplicable a una direccin particular y a una frecuencia.Figuras tpicas:

Antena 2.4 m. Banda C: Tx Gain: 42 dBi, Rx Gain:38 dBi

Antena 3.8 m. Banda C: Tx Gain: 46 dBi, Rx Gain:42 dBi

*Parmetros caractersticos de las antenas parablicasEl subsistema de antena debe tener:Alta gananciaBaja temperatura de ruidoBuena directividadBuena caracterstica de bandas laterales,Ancho de banda adecuadoExcelente funcionamiento de autoseguimiento

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*Antenas Parablicas- TiposLas principales geometras utilizadas son:

Reflector parablico con prime focus y alimentadorReflector paraboloide de con feed desplazado (offset)Reflector paraboloide dual tipo Cassegrain

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*Geometra de AntenasCASSEGRAIN

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*Geometra de AntenasPRIME FOCUS

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*Reflector paraboloide dual tipo Cassegrain

*Geometra de AntenasOFFSET

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*Telepuerto

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*Montajes de antenasPedestal o King post-Tipo penetranteTipo No penetranteTrpode (no penetrante)De montaje en pared (Wall mount)

SISTEMA DE SEGUIMIENTO DE UNA ANTENA

*Sistema tpico de seguimiento (steptrack)

*ANTENA CASSEGRAIN

**Tipo de antena con doble reflector, siendo el reflector principal un paraboloide. El punto focal F1 es aquel en el que se encuentra el sub-reflector de hiperboloide.El centro de fase del radiador primario se ubica en el punto focal F2 del sub-reflector.El rayo que sale de F2 se refleja en P1 sobre la hiperboloide de donde se refleja nuevamente en el punto P2 sobre el paraboloide y luego prosigue en la direccin paralela al eje del sistema del reflector hasta que finalmente arriba al punto Q del plano de apertura. Para lograr una distribucin de fase uniforme se debe cumplir: L = l1 + l2 + l3 = 2 fP +2 a

*PARABOLA EQUIVALENTE (ANTENA CASSEGRAIN)

**El funcionamiento de este tipo de antena se evala usando el concepto de parbola equivalente, el cual se define como una parbola que tiene la misma distancia focal y mismo dimetro que el reflector principal. La distancia focal equivalente fe lo expresa la ecuacin mostrada.Donde m es el factor de amplificacin y aunque puede tomar cualquier valor entre 0 e , normalmente se escoge valores entre 2 y 6.Notar que la relacin distancia focal (f) respecto al dimetro (D), relacin f/D, tiende a ser mucho mayor que la de una parbola normal. Esta es la razn por la que este tipo de antenas posee un funcionamiento excelente con polarizacin cruzada.Adems, fsicamente las antenas Cassegrain tienen la ventaja de que permiten acomodar los equipos de radio dentro del espacio que deja, por detrs, el reflector principal. Esta configuracin permite no correr largas guas de onda as como tambin provee flexibilidad en la instalacin de los equipos.Es la ms comn para las Estaciones Terrenas.Se requiere de una juntura rotatoria o una gua de onda flexible para mantener a los equipos en posicin horizontal cuando se rota el eje de elevacin.

*ANTENA CASSEGRAIN MODIFICADA

**Este tipo de antena posee una antena corneta-reflector como radiador primario.El subreflector de esta antena es una paraboloide que retransforma la onda plana radiada desde la antena corneta-reflector a una onda esfrica.El dimetro de apertura de la corneta-reflector es grande en trminos de longitud de onda, por lo que se le denomina tambin Antena Cassegrain de campo cercano. Es muy usada por las estaciones terrenas ya que el espacio para los equipos de comunicaciones no sufre con la rotacin por la elevacin.Se obtiene una distribucin de fase uniforme de la siguiente relacin, considerando que F2>P0>P1>P2>Q.L = l1 + l2 + l3 + l4 = 3 fP 2 fP + 2 fP

*ANTENA GREGORIANA

**La antena gregoriana es del tipo de doble reflector.Esta compuesto de un reflector principal tipo paraboloide y un sub reflector tipo elipsoide.El punto focal F1 de la paraboloide es compartido por la elipsoide como uno de los focos.En el otro foco de la elipsoide, F2, se sita el centro de fase del radiador primario. A diferencia de la antena Cassegrain, la antena Gregoriana tiene un foco real F1 donde todos los rayos se enfocan.La distribucin de fase uniforme, considerando el trayecto F2>P1>P2>Q, se obtiene de: L = l1 + l2 + l3 + l4 = 2 fP + 2 a

*ANTENA ALIMENTADAS A HAZ GUIADO

**Este tipo de antenas se desarrollo para facilitar el mantenimiento y operacin en la estaciones terrenas y est compuesto de reflectores a modo de alimentadores a la antena Cassegrain.Esta disposicin permite que todos los equipos puedan ser instalados en el plano del suelo eliminando as los problemas asociados con la rotacin de la antena.Sin embargo se puede generar polarizacin cruzada, desde los reflectores del haz guiado, debido a que componen un sistema asimtrico.

*ANTENA OFFSET PARABOLICA

**Para las antenas Cassegrain el subreflector, el soporte de la antena y/o el sistema de alimentacin localizado en el punto focal de la antena parablica bloquea el plano de apertura creando un decremento en la ganancia y un incremento en los lbulos laterales. Las parbolas desenfocadas (OFFSET PARABOLICA), evitan este efecto. Se le usa en las ltimas antenas de satlite, en el satlite, ya que se requiere de un haz formado y este tipo de antena permite a formacin de un racimo de alimentadores para formar el haz.Por otro lado, an en el caso de las antenas Cassegrain o Gregoriana el tipo de desenfoque sirve como una medida efectiva del funcionamiento de los lbulos laterales que usualmente es bueno.Por el comportamiento de sus bandas laterales se le usa en estaciones terrenas pequeas localizadas en el rea urbana mas que nada en el rea de negocios.

*GANANCIA, DIRECTIVIDAD.

CARACTERISTICAS DE LOS LOBULOS LATERALES.

TEMPERATURA DE RUIDO Y FIGURA DE RUIDO.

RELACION GANANCIA A TEMPERATURA DE RUIDO (G/T).

RELACION AXIAL (ELIPTICIDAD)

**

*1.- GANANCIA

**Se define como la relacin de potencia por unidad de ngulo slido radiado en una direccin dada de una antena real a la potencia por unidad de ngulo slido radiado desde una antena Isotropica alimentada con la misma potencia. La antena Isotropica es una antena hipottica que irradia ondas de radio de intensidad constante en todas direcciones (4 esteroradianes) y se le usa como referencia para la obtencin de la ganancia de la antena de microondas.La ganancia est dada por:G(,) = F(,) / (P0 / 4 )Donde P0 es la potencia suministrada. Si la potencia radiada fuera Pt entonces la directividad se expresara como: D(,) = F(,) / (Pt / 4 )La eficiencia de la antena se expresa como: = G(,) / D(,) = Pt / P0 El valor de G(0,0) en la direccin (0,0) en donde se presenta la mxima radiacin se denomina GANANCIA y se le expresa en dBi (Ganancia de una antena con respecto a una antena Isotropica).La ganancia de una antena con un rea fsica de apertura A se expresa como sigue:G = (4 / 2) A Donde el rea de apertura efectiva de la antena es A .Si el disco de la antena tiene un dimetro D, la ganancia se reescribe como:G = ( D / ) 2

*2.- DIRECTIVIDAD

**Es el ngulo en el que el campo radiado se concentra en una direccin. El patrn de radiacin de la antena es una grfica de la directividad medida D(,) sobre un plano.El patrn de radiacin medido en el plano, incluye al vector elctrico con excitacin a polarizacin lineal y el eje de simetra de la antena se denomina PLANO DEL PATRON DE RADIACION E, mientras que el patrn de radiacin medido en un plano perpendicular al plano E en el plano en el que se encuentra el vector magntico se denomina PLANO DEL PATRON DE RADIACION H.Por otro lado, el patrn de radiacin medido por la rotacin de la antena en la direccin del azimuth se denomina PATRON DE RADIACION AZIMUTAL y el obtenido por la rotacin hacia arriba se denomina PATRON DE RADIACION DE ELEVACION.A veces se usa plano de E plano AZ dependiendo de la situacin.

*2.- DIRECTIVIDAD (PATRON DE RADIACION)

**El ancho de haz se determina por el grfico del patrn de radiacin de la antena. El ancho angular total entre los dos puntos debajo del pico principal hasta los 3 dB se define como el ancho del haz y se le denomina Half Power Beam Width (HPBW)El ancho del haz se calcula mediante la formula siguiente: = 70 ( /D) (grados ).

*3.- CARACTERISTICAS DE LOS LOBULOS LATERALES32 - 25 log

**Los lbulos menores, generados en la direccin fuera del eje u otros que no son el haz principal se denominan LOBULOS LATERALES.Algunas veces los lbulos cercanos al haz principal son perjudiciales.Los lbulos laterales que aparecen a un ngulo de 180 del haz principal se denominan LBULOS TRASEROS y la relacin entre el haz principal y el lbulo trasero se denomina RELACION FRONT TO BACK (F/B).Para un rendimiento adecuado de antena se requiere que los lbulos laterales se encuentren en su punto ms bajo posible debido a que estos pueden ser fuente de interferencias al satlite y a otro sistema terrestre.En un rango de frecuencias entre 2 y 10 Ghz, se debe cumplir la siguiente formula: G = 32 25 log (dBi), 1 48G = -10 (dBi), < 48

*4.- TEMPERATURA DE RUIDO Y FIGURA DE RUIDO

**La TEMPERATURA DE RUIDO se define como la potencia de ruido trmico Pn generado por los componentes del sistema a una temperatura ambiente T0 y est dado por la siguiente ecuacin: Pn = k . T0 . BDonde:k : Cte. de Boltzmann = 1.38 x 10-20 mW/K T0: Temperatura = (273 +C) (K) B : Ancho de banda del receptor (hz.)La FIGURA DE RUIDO es un parmetro para especificar el comportamiento de ruido del amplificador y se define como la relacin entre la relacin Seal a Ruido a la entrada del amplificador (S/N)in a la relacin Seal a Ruido a la salida del mismo (S/N)out.NF = (S/N)in / (S/N)out

Si el amplificador posee una temperatura de ruido equivalente T en su entrada as como una ganancia G, se tendr: Pin = k T0 B PN = G . PN = G . k T B Pout = G . Pin + PN = G . k T0 B + G . k T B = G . k (T0 + T) . B

Y la NF del amplificador se obtiene como: NF = (S / k T0 B) / (GS / G . k (T0 + T) . B) = 1 + (T / T0)


**En un sistema de comunicaciones por satlites se tiene que tomar en cuenta que la seal entrante es muy dbil y que no solo pasa por el amplificador sino que tambin pasa por otros componentes del circuito (tales como los alimentadores) con perdidas LF (LF >1) que tambin generan ruido.Considerando el ruido de salida en un caso donde la entrada de un circuito alimentador con una temperatura ambiente de T0 se termina en un adaptador de impedancia que genera un ruido kT0B/LF debido a la perdida LF del alimentador. Puesto que la temperatura ambiente del alimentador y la del adaptador de impedancia es T0, el ruido de salida ser kT0B. Por deduccin, la potencia de ruido del alimentador ser: kT0B - kT0B/LF = kT0(1 - 1/LF)BAs que la Temperatura equivalente de ruido de ruido a la salida del alimentador ser:TL = T0(1 - 1/LF)


**La Temperatura de ruido total del sistema receptor de una estacin terrena se expresa como la suma de la temperatura de ruido de no solo el receptor sino tambin del sistema de radiacin de la antena y el sistema alimentador. La perdida debida al alimentador conectado a la antena y al receptor es un factor que contribuye a la temperatura de ruido total del sistema.La temperatura de ruido equivalente Ta de la antena contiene a todos los ruidos recibidos de las fuentes externas tales como el ruido csmico, ruido atmosfrico, ruido de lluvia y ruido de la superficie terrestre que lo reciben los lbulos laterales. Los ruidos csmicos y atmosfricos se denominan tambin RUIDO DEL CIELO.El ruido de superficie terrestre y ruido atmosfrico tienden a crecer rpidamente a bajos ngulos de elevacin, el lbulo principal de la antena irradia a las capas atmosfricas y al mismo tiempo los lbulos laterales irradian hacia la tierra, la antena recibe una alta temperatura de ruido que es casi la temperatura de ruido de la tierra.

*5.- RELACION GANANCIA A RUIDO (G/T)

**Considerando el sistema cuya temperatura equivalente de ruido total a la entrada del receptor se define como Tsys, la temperatura equivalente de ruido de la antena como Ta, la temperatura equivalente del sistema alimentador de antena como TL, la temperatura de ruido equivalente de ruido del receptor como Tr y la perdida del sistema alimentador como LF, que siempre es igual o mayor que 1 ( es decir, 1.05 cuando la perdida es 0.2 dB 1.26 cuando la perdida es 1 dB).La temperatura equivalente de ruido referido a la entrada del receptor estar dado por la ecuacin:Tsys = (Ta/ LF) + TL + Tr Cuando la temperatura ambiente del sistema de alimentacin de antena es T0, la temperatura de ruido equivalente de la antena TL del sistema de antena es: TL = T0 (1 1/ LF)Por lo que Tsys se expresa como: Tsys = (Ta + (LF 1) T0)/ LF + Tr La temperatura de ruido a la salida de la antena est dada por TS = LF . Tsys.FinalmenteTS = Ta + (LF 1) T0 + Tr . LFLa relacin entre la portadora, C, y el ruido a la salida de la antena, N, a la salida del receptor de la estacin terrena est dada por la siguiente formula:(C/N)r = (Ps/kBLP).(G/T)Donde: Ps es el PIRE del satliteLP es la perdida de propagacin de espacio libre.La relacin G/T (dBK) se usa para indicar la figura de mrito de la antena para las comunicaciones por satlite. Cuanto mayor sea el valor G/T mejor es el comportamiento de la antena. En otras palabras, la antena debe tener alta ganancia y baja temperatura de ruido.Para una estacin terrena con un sistema de antena tipo Standard A se requiere que la relacin G/T debe ser mayor que 40.7 dBK para su ngulo de trabajo.Por ejemplo, la ganancia de una antena de 32 m. de dimetro es 61.0 dB a 4 Ghz con una eficiencia del 70 %. Si la temperatura de ruido a la salida de la antena es de 100 K (20 dB), se obtiene G/T = 41.0 dBK, que satisface el requerimiento de G/T para la antena Standard A de la estacin terrena.Como T no tiene dimensiones la relacin G/T se puede expresar indiferentemente como dB o dBK, pero esta ltima le d mas sentido fsico a este concepto.

*6.- RELACION AXIAL (ELIPTICIDAD)

**Las estaciones terrenas usan ondas circularmente polarizadas tanto para transmisin como para recepcin en las bandas de 4 y 6 Ghz. Sin embargo, debido a la influencia de los alimentadores de antena, radiadores primarios, superficie de la antena medio de propagacin las ondas que inicialmente fueron circularmente polarizadas se convierten en ondas elpticamente polarizadas.La polarizacin elptica se genera cuando las amplitudes de los componentes de polarizacin lineal mutuamente ortogonales no son iguales o cuando su diferencia de fase es mayor de 90. La relacin axial de una antena, expresado en trminos de la relacin del eje mayor (mayor amplitud) al eje menor (menor magnitud) de la elipse de polarizacin, se usa como gua para indicar el grado de desviacin de su onda polarizada elpticamente. Se expresa como una relacin de voltaje o en dB.

r = eje mayor / eje menor; (r1) R (dB) = 20 log r; (R0 dB)

Una forma tpica de medir la relacin axial es medir los niveles de potencia recibidos de las seales polarizadas circularmente usando una antena receptora polarizada linealmente como herramienta de medicin. Rotando el ngulo de orientacin de la antena linealmente polarizada, el nivel mximo corresponde al eje mayor y el nivel mnimo corresponde al eje menor y se le mide con un medidor de potencia. La diferencia de nivel muestra la relacin axial.Una onda elpticamente polarizada se puede resolver como la suma de dos ondas compuestas circularmente ortogonales con diferentes amplitudes, es decir, como la suma de una onda polarizada circularmente a la derecha y una onda polarizada circularmente a la izquierda la suma de una onda polarizada circularmente a la izquierda y una onda polarizada circularmente a la derecha. El componente del campo elctrico de la onda polarizada circularmente a la izquierda se expresa por EL y la onda polarizada circularmente a la derecha se expresa por ER.El componente polarizado circularmente a la izquierda (campo elctrico EL) con el dimetro mas largo se denomina componente copolarizado y el componente polarizado circularmente a la derecha con un menor dimetro (Campo elctrico ER) se denomina componente de polarizacin cruzada.De esta manera, la relacin axial se define como una gua para indicar el grado de polarizacin elptica por lo que se le llama tambin ELIPTICIDAD.Es decir: Relacin axial = Elipticidadr = (EL + ER) / (EL - ER) o;R = 20 log10 ((EL + ER) / (EL - ER)) (dB)

Tambin = (r + 1) / (r 1)y;XPD = 20 log10 (XPD; Discriminacin de Polarizacin Cruzada).

*4.- GUIA DE ONDAS

**Los campos elctricos y magnticos de una onda electromagntica que viaja a traves de una gua de onda rectangular o circular se distribuyen de acuerdo a una ley dada, la LEY DE LOS MODOS.Existen dos modos diferentes en la gua de onda:

- Modo TE (Modo Transversal Elctrico)- Modo TM (Modo Transversal Magntico)En el modo Transversal Elctrico, TE, la onda elctrica se propaga en forma transversal al eje de la gua de onda por lo que el componente campo elctrico solo existe en el plano perpendicular al eje. A lo largo del eje se propaga el campo magntico, por lo que el modo TE tambin se denomina modo H.

*4.- GUIA DE ONDAS

**En el modo TM, la onda magntica se propaga en forma transversal al eje de la gua de onda por lo que el campo magntico existe solo en el plano perpendicular al eje. A lo largo del eje se propaga el campo elctrico, por lo que el modo TM se denomina tambin modo E.

*4.- GUIA DE ONDAS

**Con el propsito de identificar los tipos de ondas electromagnticas, los modos TE y TM se expresan como modos TEmn y TMmn siendo m y n enteros e indican los nmeros de cambios peridicos en la distribucin de los campos elctricos magnticos en una seccin perpendicular al eje de la gua de onda. En una gua de onda rectangular, m representa el nmero de medios perodos en el campo elctrico o magntico en la direccin del lado a del rectngulo y n representa el nmero de medios perodos en el campo elctrico o magntico en la direccin del lado b del rectngulo.

*4.- GUIA DE ONDAS

**En una gua de onda circular, m representa el nmero de medios perodos en el campo elctrico o magntico por la direccin circunferencial y n representa el nmero de medios perodos del campo elctrico o magntico en la direccin radial.

*4.- GUIA DE ONDAS

**La gua de onda provee una frecuencia de corte que la determina el modo de propagacin de las ondas electromagnticas y las dimensiones internas de la gua. Las ondas electromagnticas por debajo de las frecuencias de corte no se propagan. Para una gua de onda con unas dimensiones dadas, el modo de onda electromagntica cuya baja frecuencia (frecuencia de corte) se propaga se denomina MODO DOMINANTE. El modo de frecuencias por encima de la frecuencia de corte que se propaga se denomina MODO DEL MAS ALTO ORDEN.La formula para determinar la longitud de onda de corte, c, de los modos TEmn y TMmn en una gua de onda rectangular con lados a y b es como sigue:1/ c2 = (m/2a)2 + (n/2b)2 Donde la frecuencia de corte es fc = C / c, donde C es la velocidad de propagacin de las ondas en el vaco.

*4.- GUIA DE ONDAS

**Para el caso de las guas de onda circulares la frecuencia de corte depende de su dimetro interno y el modo de la onda electromagntica.

*5.- POLARIZACION

**La onda electromagntica oscila y se propaga hacia su direccin dada con sus campos elctrico y magntico en fase uno a otro. La polarizacin se define tomando como referencia a la orientacin del vector de campo elctrico, mas no del vector campo magntico.

*5.- POLARIZACION

**La polarizacin lineal se define como una onda de radio cuyo campo elctrico oscila directo hacia delante en un plano dado. Cuando el campo elctrico oscila en direccin vertical con respecto al plano del suelo se denomina POLARIZACIN VERTICAL LINEAL. Cuando el campo elctrico oscila en la direccin horizontal se denomina POLARIZACION HORIZONTAL LINEAL.

*5.- POLARIZACION

**Considerando un plano fijo colocado de manera perpendicular a la direccin de propagacin. Si una onda verticalmente polarizada se est transmitiendo a traves de este plano, el lugar geomtrico del plano de oscilacin del vector campo elctrico siempre caer en posicin vertical en el plano.

*5.- POLARIZACION

**Algunas ondas de radio que son polarizadas vertical y horizontalmente y son mutuamente ortogonales en su viaje por el espacio, propagndose en la misma direccin, con una amplitud igual y una diferencia de fase de 90, har que el trazo del borde de los vectores de onda compuesta dibuje un circulo sobre un plano perpendicular a la direccin de propagacin.Una onda polarizada en la que el borde el campo elctrico rota en el sentido inverso a las agujas del reloj con el tiempo en el mismo plano se denomina ONDA POLARIZADA HACIA LA IZQUIERDA y la onda polarizada circularmente en la que el borde del vector campo elctrico rota en el sentido de las agujas del reloj se denomina ONDA POLARIZADA HACIA LA DERECHA.

*5.- POLARIZACION

**Ntese que el sentido de la polarizacin se define como hacia la derecha si el vector elctrico rota en el sentido de las agujas del reloj (CW) y el sentido de la polarizacin es hacia la izquierda si rota en el sentido contrario a las agujas del reloj (CCW) para un observador siempre mirando en el sentido de propagacin.

*6.- ANTENAS DEL SATELITE

Hoja1

Antenas usadas con propositos de comunicaciones

AntenaTipoGananciaRelacin Axial

Antena Hemi / zonal 6 Ghz (Diametro: 1,56 m.)Offset ParablicaHemisferica: 21.7 dB Zonal: 25.2 dB1.09

Antena Hemi / zonal 4 Ghz (Diametro: 2,44 m.)Hemisferica: 21.7 dB Zonal: 25.2 dB1.09

Antena puntual Este 14/11 Ghz (Diametro: 0,96 m.)Transmisin: 32,8 dB Recepcin: 33,2 dB-

Antena puntual Oeste 14/11 Ghz (Diametro: 1,12 m.)Transmisin: 36,2 dB Recepcin: 36,7 dB-

Antena global 6 Ghz (Ancho de haz: 22)Corneta conica15,2 dB1.05

Antena global 4 Ghz (Ancho de haz: 18)16,7 dB1.05

Antena BEACON 11 Ghz (Ancho de haz: 22)14,8 dB1.12

Hoja2

Hoja3

**Considerando ahora las configuracin de las antenas en el satlite, que est compuesto de siete antenas de comunicacin.Las antenas receptoras en 6/4 Ghz (para UPLINK) as como las antenas transmisoras en 6/4 Ghz (DOWNLINK) se usan solo para ese propsito. Y las antenas en 14/11 Ghz se usan tanto para transmisin como para recepcin.En la tabla adjunta se muestran las siete antenas de comunicacin, tambin se utiliza una antena en 4Ghz para Telemetra y una de 6 Ghz para la antena de comandos. Como se deduce de la tabla, la antena offset parablica de 6 Ghz se usa en comn para recibir los haces hemisfricos y zonales. La antena offset parablica de 4 Ghz se usa en comn para transmitir los haces hemisfricos y zonales.


**La cobertura de los haces de las antenas hemisfricas/zonales se separa en dos porciones tales como Este y Oeste.


**El haz para el hemisferio Este se denomina HAZ HEMISFERICO ESTE y el haz para el hemisferio Oeste se denomina HAZ HEMISFERICO OESTE. Similarmente, los haces para las coberturas zonales Este y Oeste se denominan HACES ZONALES ESTE Y OESTE respectivamente.


**Cuatro de los siete tipos de antena son del tipo offset parablico y los otros son del tipo de antena cnica.En una antena offset parablica, solo se usa una porcin de la parbola como reflector. Su forma es no simtrica con relacin al eje de la paraboloide. El radiador primario se encuentra fuera de la apertura


**El radiador primario de las antenas hemisfricas / zonales en 6 Ghz y 4 Ghz consiste de 88 cornetas alimentadoras de gua de onda cuadrada.


**La seccin de la gua de onda de alimentacin se extiende gradualmente hasta obtener la apertura adecuada.


**La onda polarizada circularmente se produce combinando ondas polarizadas vertical y horizontalmente con igual amplitud y una diferencia de fase de 90 a la apertura de la corneta de apertura cuadrada.


**El haz producido se denomina HAZ ELEMENTAL.


**Un haz compuesto de un nmero de haces elementales se denomina HAZ CONFORMADO. En el caso del haz zonal Este, por ejemplo, el haz conformado (haz zonal) est compuesto de 18 haces elementales cada una con un acho de haz de aproximadamente 2.


**De los 18 haces elementales, los que estn localizados cerca de la periferia tienen una amplitud mas pequea que las de los haces elementales localizados cerca del centro del haz conformado. Esto se hace para reducir la interferencia entre los haces conformados.


**Con relacin a la antena de corneta cnica montada en el satlite. La antena global y la de BEACON usan una antena de corneta cnica que tiene un ancho de haz de 20 para cubrir la tierra. La antena BEACON transmite dos seales de radiobaliza; una en 11.2 Ghz y la otra en 11.45 Ghz.

ANTENASTodas las antenas utilizadas son reflectores cuasi-parablicos.

La mayora son del tipo Cassegrain, configuracin que lleva un reflector secundario montado justo en el foco del reflector principal.

Este reflector secundario sirve para situar el foco de todo el conjunto cerca de la superficie del reflector principal, y dado que los equipos electrnicos de la antena van en ese foco, as es ms fcil llegar a ellos para mantenimiento.

Otra ventaja de los reflectores Cassegrain es que logran una eficiencia y ganancia similares al reflector simple pero con un disco principal mucho menor, lo cual significa menos masa y menos energa necesaria para moverla.

Las mismas antenas son utilizadas para el uplink y para el downlink. La seal que llega de la sonda debe recorrer una gran distancia, su potencia es muy baja, del orden de 1024 veces menor que la potencia emitida por la antena de la DSS en el uplink. Cmo separar la seal dbil de datos de la interferencia producida por la mucho mayor seal de telecomando?. El nico aspecto en que se diferencian ambas seales es la frecuencia, as que para separarlas se usan espejos dicroicos (selectores de frecuencia). Estos reflectores son arrays peridicos de elementos dielctricos sintonizados para reflejar o dejar pasar determinadas frecuencias.

CALCULO DE GANANCIA Y ANCHO DE HAZ DE LA ANTENAG = 4A (1) A= rea de apertura 2 = Eficiencia de apert. = C/f (2) = Long. de onda A = D2/4 (3) D= Dimetro de la antenaReemplazando 2 y 3 en 1: G = 42 D2/4 f2 = 2 D2 f2 = 2D2 (4) C2 C22Ganancia de la antena receptora del satliteAncho de Haz3dB 70 grados D = 3dB D (5) 70Reemplazando (5) en (4):G= (70 )2 3dB 2

PROBLEMASe dispone de una antena en una estacin terrena de 4 m de dimetro y un transmisor capaz de entregar 100W a la antena. La eficiencia de la antena en transmisin es de 65%. El enlace ascendente hacia el satlite opera en la banda de 14 GHz. Calcule la ganancia de la antena.

SOLUCIOND = 4mG = 4A (1) A= rea de aperturaPt = 100W 2 = Eficiencia de apert. = 65% = C/f (2) = Long. de onda f = 14 GHzA = D2/4 (3) D= Dimetro de la antenaReemplazando 2 y 3 en 1: G = 42 D2/4 f2 = 2 D2 f2 C2 C2 G = 0.65x 2 x 42 x142x1018 9x1016G = 223,535G(dB) = 10 log G = 10 log 223,523

G(dB) = 53.49 dB

PROBLEMALa antena receptora de un satlite de tipo geoestacionario en la banda de 14 GHz tiene un ancho de haz a -3 dB es de 2 y una eficiencia de 55%. Calcule la ganancia de esta antena en recepcin y la potencia entregada al satlite si se emplea la Estacin Terrena ET del ejercicio anterior y solo se consideran las prdidas en el espacio libre (suponga que la distancia entre la ET y el satlite es de 40,000 km.)

SOLUCIOND = 4mPIRE (dB) = Gant(dB)+ Pt (dB)Pt = 100W Pt (dB) = 10 log Pt = 10x log100 = 20 dB Gant = 53.49 dBPIRE (dB) = 53.49+ 20 = 73.49 dB = 55% f = 14 GHzd = 40,000 km3dB = 2Ganancia de la antena receptora del satlite Gr= (70 )2Gr= 6.65 x 103 Gr(dB) = 38.228 dB 3dB 2

Prdidas en el espacio libre

Lp = (4d/)2 = (4 x 40000x103/(3x108/14x109))2 Lp = 5.5x1020 Lp (dB) = 207.4 dB

Potencia entregada al satlite:

Prx (dB) = PIRE(dB) + Gr Lp = 73.49+ 38.228- 207.4Prx (dB) = -95.68 dBPrx = 2.703 x 10 -10 W

PROBLEMAConsidere el enlace descendente (12 GHz) para el mismo satlite y estacin terrena del ejercicio anterior. La potencia entregada a la antena del satlite es 10W. Determine a) el flujo de potencia que incide en la antena de Tierra. B) La potencia recibida por la estacin terrena.

SOLUCIONEnlace descendentePs= 10W Gs= (70 )2Gr= 6.65 x 103 Gr(dB) = 38.228 dB = 55% 3dB 2 f = 12 GHzPIRE del satlite (downlink):d = 40,000 kmPIRE = Ps.Gs = 6.65x103x10 = 6.65x104W3dB = 2PIRE (dB) = 48.228 dBFlujo de potencia en enlace descendente:d = PIRE = 6.65x104 = 3.3x10-124d2 4 x(40000x103)2 d (dB) = -114.805 dB

Caractersticas de la antena en ET:D = 4mGr = (D)2 = 0.652x16x(12x109)2 = 164,230.217 = 65% 2(3x108)2Gr (dB) = 52.155 dBPrdidas en el espacio libre:Ld = (4d/)2 = (4 x 40000 x103 x 12x109/3x108)2= (64 x 108)2 Ld =4.042x1020Ld (dB)= 206.067 dBPotencia entregada a la estacin de tierra:Prx = Gr PIRE = 2.701 x10-11W Ld Prx(dB) = -105.684 dB)

Tipos de Antenas

Antenas de 26 metros:

Las antenas de 26 metros de dimetro son las nicas que no siguen el modelo Cassegrain.

Son utilizadas para seguimiento de misiones de observacin de la Tierra, llevadas a cabo por satlites en rbitas entre 160 y 1000 kilmetros de altura.

La antena puede apuntar bajo hacia el horizonte y as seguir las rbitas rpidas tan pronto como entren en su zona.

La velocidad mxima de seguimiento es de tres grados por segundo.

Las antenas de 26 metros fueron creadas para seguir las misiones Apollo a la Luna, entre los aos 1967 y 1975

Antenas de 34 metros: Dentro de este grupo podemos encontrar dos tipos de antenas:

34-Meter High-Efficiency (HEF) Antenna: Esta antena incorpora avances recientes en diseo de antenas y mecanismos. La antena puede operar en ambos ejes a una velocidad de 0.40 grados por segundo. La superficie del receptor est realizada con alta precisin para permitir una capacidad mxima de captar seales.

34-Meter Beam Waveguide (BWG) Antenna: En estas antenas, el equipo electrnico se guardan en una sala en el pedestal de la antena, que permite un mejor acceso para mantenimiento o ampliacin de las prestaciones de la antena, como aadir nuevas bandas La seal es llevada desde el reflector hasta la sala a travs de cinco espejos de precisin que reflejan las seales formando una gua de ondas. La posicin del espejo situado en el centro de la sala permite seleccionar varias frecuencias y modos de funcionamiento.

Antenas de 70 metros:Esta antena es la ms grande y por tanto la ms sensible de las antenas.

Es capaz de seguir una nave viajando a ms de 16000 millones de kilmetros de la Tierra.

La superficie del reflector principal debe mantenerse con una exactitud de una fraccin de longitud de onda, lo que significa que la precisin de los 3850 metros cuadrados de superficie se mantiene por debajo de un centmetro.

El disco reflector y el sistema de elevacin en azimut puestos sobre el pedestal pesan alrededor de 2.7 millones de kilogramos.

**La antena es la que justamente est ubicada a la salida y a la entrada de un trayecto de transmisin de radio, su funcin es transmitir la potencia eficientemente a su destino y al mismo tiempo debe alimentar eficientemente el bajsimo nivel de seal que llega al receptor. El sistema de antena est compuesto del radiador de antena, los alimentadores, el equipamiento de seguimiento (tracking) entre otros.El sistema de antenas debe cumplir con ciertas caractersticas tales como alta ganancia, baja temperatura de ruido, buena directividad como buena caracterstica de bandas laterales, ancho de banda, excelente funcionamiento de autoseguimiento y funciones de direccionamiento. **

**Las antenas de corneta se usan por ser pequeas y por su baja ganancia en relacin con otras antenas y se le usa como el radiador primario de la antena reflectora. Igualmente se le usa como antena para el haz global por sus propiedades fsicas as como por su ancho de haz.La antena de CORNETA PIRAMIDAL se usa como la antena normalizada para la medicin de la ganancia de una antena de gran abertura as como para otros propsitos puesto que puede radiar ondas libres de polarizacin cruzada.Su ganancia se calcula por sus dimensiones fsicas.Las antenas de CORNETA CONICA son ampliamente usadas como el radiador primario de una antena con reflector de gran tamao en una Estacin Terrena o como antena de haz global del satlite de comunicaciones.**Se clasifican en:(a)Antena de modo nico(b)Antena mltimodo(c) Antena hbrida (a)La antena de modo nico es la mas simple de todas, normalmente es excitada por el modo TE11 modo dominante de una gua de onda circular. En algunos casos se le utiliza como el radiador primario de las antenas Cassegrain.(b)La antena mltimodo tiene como caracterstica que su patrn de radiacin de campo lejano, excitado por un modo TE11, es tal que el ancho de haz del plano E es mas estrecho que el del plano H a lo que se le aade que su nivel de polarizacin cruzada y su nivel de banda lateral en el plano E es bastante alto. Por otro lado, exhibe una mejor caracterstica de radiacin en el modo TM11, uno de los modos altos, si se superpone al modo TE11 con una amplitud y fase apropiada en el plano de apertura. Este tipo de antena se denomina tambin CORNETA MULTIMODO o CORNETA DE MODO DOBLE.Una CORNETA DE MODO DOBLE consiste en colocarle un ESCALON (STEP TYPE) axialmente simtrico a la garganta de la corneta. Su ancho de banda relativo es tan estrecho como un 5% puesto que la diferencia de fase entre el modo dominante y los modos mas altos generados por el escaln tienen una respuesta en frecuencia abrupta.La antena tipo CON DIELECTRICO (DIELECTRIC LOADED) posee una manga de dielctrico axialmente simtrica que excita al modo TM11. La amplitud del modo TM11 lo determina el grosor y largo del dielctrico, mientras que la diferencia de fase entre los dos modos lo determina la ubicacin del dielctrico insertado. Esta antena tiene un ancho de banda relativa entre un 20 y 30 % mas amplia ya que el elemento de modo generante se sita dentro de la corneta donde su dimetro es considerablemente grande. Como ventaja se tiene que se aprovecha su caracterstica de polarizacin cruzada, peso ligero y tamao pequeo. La antena tipo MULTIHACES (MULTI FLARE) se desarroll para aumentar el ancho de banda de la antena de ESCALON. Se ha obtenido un aumento de banda relativo usando el modo TM11.Como una variacin de este tipo de antena, se ha desarrollado la antena de IRIS - HACES la cual genera el modo TM11. Este tipo de corneta se usa a bordo del satlite.( c ) Existe un cierto tipo de antenas de corneta que se excitan de modo hbrido, con una caracterstica de baja polarizacin cruzada, un ancho de haz axialmente simtrico y lbulos laterales bajos sobre un ancho de banda amplio. Entre estas cornetas la mas usada es la de tipo de corneta CORRUGADA (CORRUGATED) la cual tiene una forma corrugada anular interna. Debido a que esta antena mantiene una buena caracterstica de radiacin sobre un octavo de ancho de banda, o desde la frecuencia f a la 2f, se le usa ampliamente como el radiador primario de las Estaciones terrenas para las bandas de 6 y 4 Ghz.La corneta con BARRA DIELECTRICA (DIELECTRIC ROD), consiste de una barra dielctrica insertada en la boca alrededor del eje de la corneta, puede soportar cualquier modo hbrido, pues la energa de aquellos se concentra en la barra dielctrica. Aunque esta antena muestra como caracterstica bajos lbulos laterales y baja polarizacin cruzada, tiene la desventaja de que el centro de fase se mueve por el eje de la corneta cuando la frecuencia cambia.**Son de alta ganancia. El tipo bsico del reflector es una paraboloide, es decir una antena simtricamente parablica, tambin se usa reflectores esfricos y algunos otros tipos se usan para propsitos especficos.Se clasifican en antenas de Reflector simple y de Reflector doble:2.1.2.1.- Antena Paraboloidal2.1.2.2.- Antena de Corneta-Reflectora2.1.2.3.- Antena Cassegrain2.1.2.4.- Antena Cassegrain modificada.2.1.2.5.- Antena Gregoriana.2.1.2.6.- Antena de haz guiado2.1.2.7.- Antena de Parbola Offset.2.1.2.8.- Antena de Reflector esfrico2.1.2.9.- Antena de haces mltiplesLa antenas de reflectores piden una distribucin de fase uniforme sobre su plano de apertura para lograr la generacin del haz. Esta es la condicin deseable en ptica, por lo que se le considera la ms importante para las antenas reflectoras.**Es la configuracin ms simple de una antena con reflector.Es comnmente usado para radio relevadores de microondas por su estructura simple y su capacidad de formar un haz agudo.Est compuesto de una seccin de parbola con su foco en F y su vrtice se encuentra en O. La distancia f entre O y F es la distancia focal. La antena radiadora primaria se coloca en el foco F. Generalmente el radiador primario suele ser una antena dipolo o una antena de corneta, dependiendo del objetivo y la banda a ser usada. Para lograr una distribucin de fase uniforme se debe cumplir con la siguiente condicin:L = l1 + l2 = 2 fLa onda electromagntica que tiene un frente de fase esfrico se irradia desde el punto focal F hacia el paraboloide, los rayos reflejados por el reflector proceden en paralelo con el eje OF y los rayos que arriban al plano de apertura recorren la misma longitud. En otras palabras, los rayos en el plano de apertura llegan en fase obteniendo as una onda plana.

**A este tipo de antena se le considera de tipo OFFSET PARABOLICO.La superficie reflectante de esta antena es parte de una paraboloide.El ngulo de offset est expresado por 0 entre el eje del reflector OF y el eje de la corneta cnica cuyo vrtice se encuentra en el punto focal F. Para este tipo de antena 0 es 90.Puesto que este tipo de antena es de construccin asimtrica el nivel de polarizacin cruzada en la direccin de desenfoque es muy alto. Sin embargo, como caracterstica remarcable se tiene que posee lbulos laterales muy bajos debido al efecto escudo de la corneta.Se le usa mucho para comunicaciones terrestres de microondas.*

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**Tipo de antena con doble reflector, siendo el reflector principal un paraboloide. El punto focal F1 es aquel en el que se encuentra el sub-reflector de hiperboloide.El centro de fase del radiador primario se ubica en el punto focal F2 del sub-reflector.El rayo que sale de F2 se refleja en P1 sobre la hiperboloide de donde se refleja nuevamente en el punto P2 sobre el paraboloide y luego prosigue en la direccin paralela al eje del sistema del reflector hasta que finalmente arriba al punto Q del plano de apertura. Para lograr una distribucin de fase uniforme se debe cumplir: L = l1 + l2 + l3 = 2 fP +2 a**El funcionamiento de este tipo de antena se evala usando el concepto de parbola equivalente, el cual se define como una parbola que tiene la misma distancia focal y mismo dimetro que el reflector principal. La distancia focal equivalente fe lo expresa la ecuacin mostrada.Donde m es el factor de amplificacin y aunque puede tomar cualquier valor entre 0 e , normalmente se escoge valores entre 2 y 6.Notar que la relacin distancia focal (f) respecto al dimetro (D), relacin f/D, tiende a ser mucho mayor que la de una parbola normal. Esta es la razn por la que este tipo de antenas posee un funcionamiento excelente con polarizacin cruzada.Adems, fsicamente las antenas Cassegrain tienen la ventaja de que permiten acomodar los equipos de radio dentro del espacio que deja, por detrs, el reflector principal. Esta configuracin permite no correr largas guas de onda as como tambin provee flexibilidad en la instalacin de los equipos.Es la ms comn para las Estaciones Terrenas.Se requiere de una juntura rotatoria o una gua de onda flexible para mantener a los equipos en posicin horizontal cuando se rota el eje de elevacin.**Este tipo de antena posee una antena corneta-reflector como radiador primario.El subreflector de esta antena es una paraboloide que retransforma la onda plana radiada desde la antena corneta-reflector a una onda esfrica.El dimetro de apertura de la corneta-reflector es grande en trminos de longitud de onda, por lo que se le denomina tambin Antena Cassegrain de campo cercano. Es muy usada por las estaciones terrenas ya que el espacio para los equipos de comunicaciones no sufre con la rotacin por la elevacin.Se obtiene una distribucin de fase uniforme de la siguiente relacin, considerando que F2>P0>P1>P2>Q.L = l1 + l2 + l3 + l4 = 3 fP 2 fP + 2 fP**La antena gregoriana es del tipo de doble reflector.Esta compuesto de un reflector principal tipo paraboloide y un sub reflector tipo elipsoide.El punto focal F1 de la paraboloide es compartido por la elipsoide como uno de los focos.En el otro foco de la elipsoide, F2, se sita el centro de fase del radiador primario. A diferencia de la antena Cassegrain, la antena Gregoriana tiene un foco real F1 donde todos los rayos se enfocan.La distribucin de fase uniforme, considerando el trayecto F2>P1>P2>Q, se obtiene de: L = l1 + l2 + l3 + l4 = 2 fP + 2 a**Este tipo de antenas se desarrollo para facilitar el mantenimiento y operacin en la estaciones terrenas y est compuesto de reflectores a modo de alimentadores a la antena Cassegrain.Esta disposicin permite que todos los equipos puedan ser instalados en el plano del suelo eliminando as los problemas asociados con la rotacin de la antena.Sin embargo se puede generar polarizacin cruzada, desde los reflectores del haz guiado, debido a que componen un sistema asimtrico.**Para las antenas Cassegrain el subreflector, el soporte de la antena y/o el sistema de alimentacin localizado en el punto focal de la antena parablica bloquea el plano de apertura creando un decremento en la ganancia y un incremento en los lbulos laterales. Las parbolas desenfocadas (OFFSET PARABOLICA), evitan este efecto. Se le usa en las ltimas antenas de satlite, en el satlite, ya que se requiere de un haz formado y este tipo de antena permite a formacin de un racimo de alimentadores para formar el haz.Por otro lado, an en el caso de las antenas Cassegrain o Gregoriana el tipo de desenfoque sirve como una medida efectiva del funcionamiento de los lbulos laterales que usualmente es bueno.Por el comportamiento de sus bandas laterales se le usa en estaciones terrenas pequeas localizadas en el rea urbana mas que nada en el rea de negocios.**

**Se define como la relacin de potencia por unidad de ngulo slido radiado en una direccin dada de una antena real a la potencia por unidad de ngulo slido radiado desde una antena Isotropica alimentada con la misma potencia. La antena Isotropica es una antena hipottica que irradia ondas de radio de intensidad constante en todas direcciones (4 esteroradianes) y se le usa como referencia para la obtencin de la ganancia de la antena de microondas.La ganancia est dada por:G(,) = F(,) / (P0 / 4 )Donde P0 es la potencia suministrada. Si la potencia radiada fuera Pt entonces la directividad se expresara como: D(,) = F(,) / (Pt / 4 )La eficiencia de la antena se expresa como: = G(,) / D(,) = Pt / P0 El valor de G(0,0) en la direccin (0,0) en donde se presenta la mxima radiacin se denomina GANANCIA y se le expresa en dBi (Ganancia de una antena con respecto a una antena Isotropica).La ganancia de una antena con un rea fsica de apertura A se expresa como sigue:G = (4 / 2) A Donde el rea de apertura efectiva de la antena es A .Si el disco de la antena tiene un dimetro D, la ganancia se reescribe como:G = ( D / ) 2 **Es el ngulo en el que el campo radiado se concentra en una direccin. El patrn de radiacin de la antena es una grfica de la directividad medida D(,) sobre un plano.El patrn de radiacin medido en el plano, incluye al vector elctrico con excitacin a polarizacin lineal y el eje de simetra de la antena se denomina PLANO DEL PATRON DE RADIACION E, mientras que el patrn de radiacin medido en un plano perpendicular al plano E en el plano en el que se encuentra el vector magntico se denomina PLANO DEL PATRON DE RADIACION H.Por otro lado, el patrn de radiacin medido por la rotacin de la antena en la direccin del azimuth se denomina PATRON DE RADIACION AZIMUTAL y el obtenido por la rotacin hacia arriba se denomina PATRON DE RADIACION DE ELEVACION.A veces se usa plano de E plano AZ dependiendo de la situacin.**El ancho de haz se determina por el grfico del patrn de radiacin de la antena. El ancho angular total entre los dos puntos debajo del pico principal hasta los 3 dB se define como el ancho del haz y se le denomina Half Power Beam Width (HPBW)El ancho del haz se calcula mediante la formula siguiente: = 70 ( /D) (grados ).**Los lbulos menores, generados en la direccin fuera del eje u otros que no son el haz principal se denominan LOBULOS LATERALES.Algunas veces los lbulos cercanos al haz principal son perjudiciales.Los lbulos laterales que aparecen a un ngulo de 180 del haz principal se denominan LBULOS TRASEROS y la relacin entre el haz principal y el lbulo trasero se denomina RELACION FRONT TO BACK (F/B).Para un rendimiento adecuado de antena se requiere que los lbulos laterales se encuentren en su punto ms bajo posible debido a que estos pueden ser fuente de interferencias al satlite y a otro sistema terrestre.En un rango de frecuencias entre 2 y 10 Ghz, se debe cumplir la siguiente formula: G = 32 25 log (dBi), 1 48G = -10 (dBi), < 48**La TEMPERATURA DE RUIDO se define como la potencia de ruido trmico Pn generado por los componentes del sistema a una temperatura ambiente T0 y est dado por la siguiente ecuacin: Pn = k . T0 . BDonde:k : Cte. de Boltzmann = 1.38 x 10-20 mW/K T0: Temperatura = (273 +C) (K) B : Ancho de banda del receptor (hz.)La FIGURA DE RUIDO es un parmetro para especificar el comportamiento de ruido del amplificador y se define como la relacin entre la relacin Seal a Ruido a la entrada del amplificador (S/N)in a la relacin Seal a Ruido a la salida del mismo (S/N)out.NF = (S/N)in / (S/N)out

Si el amplificador posee una temperatura de ruido equivalente T en su entrada as como una ganancia G, se tendr: Pin = k T0 B PN = G . PN = G . k T B Pout = G . Pin + PN = G . k T0 B + G . k T B = G . k (T0 + T) . B

Y la NF del amplificador se obtiene como: NF = (S / k T0 B) / (GS / G . k (T0 + T) . B) = 1 + (T / T0)**En un sistema de comunicaciones por satlites se tiene que tomar en cuenta que la seal entrante es muy dbil y que no solo pasa por el amplificador sino que tambin pasa por otros componentes del circuito (tales como los alimentadores) con perdidas LF (LF >1) que tambin generan ruido.Considerando el ruido de salida en un caso donde la entrada de un circuito alimentador con una temperatura ambiente de T0 se termina en un adaptador de impedancia que genera un ruido kT0B/LF debido a la perdida LF del alimentador. Puesto que la temperatura ambiente del alimentador y la del adaptador de impedancia es T0, el ruido de salida ser kT0B. Por deduccin, la potencia de ruido del alimentador ser: kT0B - kT0B/LF = kT0(1 - 1/LF)BAs que la Temperatura equivalente de ruido de ruido a la salida del alimentador ser:TL = T0(1 - 1/LF)**La Temperatura de ruido total del sistema receptor de una estacin terrena se expresa como la suma de la temperatura de ruido de no solo el receptor sino tambin del sistema de radiacin de la antena y el sistema alimentador. La perdida debida al alimentador conectado a la antena y al receptor es un factor que contribuye a la temperatura de ruido total del sistema.La temperatura de ruido equivalente Ta de la antena contiene a todos los ruidos recibidos de las fuentes externas tales como el ruido csmico, ruido atmosfrico, ruido de lluvia y ruido de la superficie terrestre que lo reciben los lbulos laterales. Los ruidos csmicos y atmosfricos se denominan tambin RUIDO DEL CIELO.El ruido de superficie terrestre y ruido atmosfrico tienden a crecer rpidamente a bajos ngulos de elevacin, el lbulo principal de la antena irradia a las capas atmosfricas y al mismo tiempo los lbulos laterales irradian hacia la tierra, la antena recibe una alta temperatura de ruido que es casi la temperatura de ruido de la tierra.**Considerando el sistema cuya temperatura equivalente de ruido total a la entrada del receptor se define como Tsys, la temperatura equivalente de ruido de la antena como Ta, la temperatura equivalente del sistema alimentador de antena como TL, la temperatura de ruido equivalente de ruido del receptor como Tr y la perdida del sistema alimentador como LF, que siempre es igual o mayor que 1 ( es decir, 1.05 cuando la perdida es 0.2 dB 1.26 cuando la perdida es 1 dB).La temperatura equivalente de ruido referido a la entrada del receptor estar dado por la ecuacin:Tsys = (Ta/ LF) + TL + Tr Cuando la temperatura ambiente del sistema de alimentacin de antena es T0, la temperatura de ruido equivalente de la antena TL del sistema de antena es: TL = T0 (1 1/ LF)Por lo que Tsys se expresa como: Tsys = (Ta + (LF 1) T0)/ LF + Tr La temperatura de ruido a la salida de la antena est dada por TS = LF . Tsys.FinalmenteTS = Ta + (LF 1) T0 + Tr . LFLa relacin entre la portadora, C, y el ruido a la salida de la antena, N, a la salida del receptor de la estacin terrena est dada por la siguiente formula:(C/N)r = (Ps/kBLP).(G/T)Donde: Ps es el PIRE del satliteLP es la perdida de propagacin de espacio libre.La relacin G/T (dBK) se usa para indicar la figura de mrito de la antena para las comunicaciones por satlite. Cuanto mayor sea el valor G/T mejor es el comportamiento de la antena. En otras palabras, la antena debe tener alta ganancia y baja temperatura de ruido.Para una estacin terrena con un sistema de antena tipo Standard A se requiere que la relacin G/T debe ser mayor que 40.7 dBK para su ngulo de trabajo.Por ejemplo, la ganancia de una antena de 32 m. de dimetro es 61.0 dB a 4 Ghz con una eficiencia del 70 %. Si la temperatura de ruido a la salida de la antena es de 100 K (20 dB), se obtiene G/T = 41.0 dBK, que satisface el requerimiento de G/T para la antena Standard A de la estacin terrena.Como T no tiene dimensiones la relacin G/T se puede expresar indiferentemente como dB o dBK, pero esta ltima le d mas sentido fsico a este concepto.**Las estaciones terrenas usan ondas circularmente polarizadas tanto para transmisin como para recepcin en las bandas de 4 y 6 Ghz. Sin embargo, debido a la influencia de los alimentadores de antena, radiadores primarios, superficie de la antena medio de propagacin las ondas que inicialmente fueron circularmente polarizadas se convierten en ondas elpticamente polarizadas.La polarizacin elptica se genera cuando las amplitudes de los componentes de polarizacin lineal mutuamente ortogonales no son iguales o cuando su diferencia de fase es mayor de 90. La relacin axial de una antena, expresado en trminos de la relacin del eje mayor (mayor amplitud) al eje menor (menor magnitud) de la elipse de polarizacin, se usa como gua para indicar el grado de desviacin de su onda polarizada elpticamente. Se expresa como una relacin de voltaje o en dB.

r = eje mayor / eje menor; (r1) R (dB) = 20 log r; (R0 dB)

Una forma tpica de medir la relacin axial es medir los niveles de potencia recibidos de las seales polarizadas circularmente usando una antena receptora polarizada linealmente como herramienta de medicin. Rotando el ngulo de orientacin de la antena linealmente polarizada, el nivel mximo corresponde al eje mayor y el nivel mnimo corresponde al eje menor y se le mide con un medidor de potencia. La diferencia de nivel muestra la relacin axial.Una onda elpticamente polarizada se puede resolver como la suma de dos ondas compuestas circularmente ortogonales con diferentes amplitudes, es decir, como la suma de una onda polarizada circularmente a la derecha y una onda polarizada circularmente a la izquierda la suma de una onda polarizada circularmente a la izquierda y una onda polarizada circularmente a la derecha. El componente del campo elctrico de la onda polarizada circularmente a la izquierda se expresa por EL y la onda polarizada circularmente a la derecha se expresa por ER.El componente polarizado circularmente a la izquierda (campo elctrico EL) con el dimetro mas largo se denomina componente copolarizado y el componente polarizado circularmente a la derecha con un menor dimetro (Campo elctrico ER) se denomina componente de polarizacin cruzada.De esta manera, la relacin axial se define como una gua para indicar el grado de polarizacin elptica por lo que se le llama tambin ELIPTICIDAD.Es decir: Relacin axial = Elipticidadr = (EL + ER) / (EL - ER) o;R = 20 log10 ((EL + ER) / (EL - ER)) (dB)

Tambin = (r + 1) / (r 1)y;XPD = 20 log10 (XPD; Discriminacin de Polarizacin Cruzada).**Los campos elctricos y magnticos de una onda electromagntica que viaja a traves de una gua de onda rectangular o circular se distribuyen de acuerdo a una ley dada, la LEY DE LOS MODOS.Existen dos modos diferentes en la gua de onda:

- Modo TE (Modo Transversal Elctrico)- Modo TM (Modo Transversal Magntico)En el modo Transversal Elctrico, TE, la onda elctrica se propaga en forma transversal al eje de la gua de onda por lo que el componente campo elctrico solo existe en el plano perpendicular al eje. A lo largo del eje se propaga el campo magntico, por lo que el modo TE tambin se denomina modo H. **En el modo TM, la onda magntica se propaga en forma transversal al eje de la gua de onda por lo que el campo magntico existe solo en el plano perpendicular al eje. A lo largo del eje se propaga el campo elctrico, por lo que el modo TM se denomina tambin modo E.**Con el propsito de identificar los tipos de ondas electromagnticas, los modos TE y TM se expresan como modos TEmn y TMmn siendo m y n enteros e indican los nmeros de cambios peridicos en la distribucin de los campos elctricos magnticos en una seccin perpendicular al eje de la gua de onda. En una gua de onda rectangular, m representa el nmero de medios perodos en el campo elctrico o magntico en la direccin del lado a del rectngulo y n representa el nmero de medios perodos en el campo elctrico o magntico en la direccin del lado b del rectngulo.**En una gua de onda circular, m representa el nmero de medios perodos en el campo elctrico o magntico por la direccin circunferencial y n representa el nmero de medios perodos del campo elctrico o magntico en la direccin radial.**La gua de onda provee una frecuencia de corte que la determina el modo de propagacin de las ondas electromagnticas y las dimensiones internas de la gua. Las ondas electromagnticas por debajo de las frecuencias de corte no se propagan. Para una gua de onda con unas dimensiones dadas, el modo de onda electromagntica cuya baja frecuencia (frecuencia de corte) se propaga se denomina MODO DOMINANTE. El modo de frecuencias por encima de la frecuencia de corte que se propaga se denomina MODO DEL MAS ALTO ORDEN.La formula para determinar la longitud de onda de corte, c, de los modos TEmn y TMmn en una gua de onda rectangular con lados a y b es como sigue:1/ c2 = (m/2a)2 + (n/2b)2 Donde la frecuencia de corte es fc = C / c, donde C es la velocidad de propagacin de las ondas en el vaco.**Para el caso de las guas de onda circulares la frecuencia de corte depende de su dimetro interno y el modo de la onda electromagntica. **La onda electromagntica oscila y se propaga hacia su direccin dada con sus campos elctrico y magntico en fase uno a otro. La polarizacin se define tomando como referencia a la orientacin del vector de campo elctrico, mas no del vector campo magntico.**La polarizacin lineal se define como una onda de radio cuyo campo elctrico oscila directo hacia delante en un plano dado. Cuando el campo elctrico oscila en direccin vertical con respecto al plano del suelo se denomina POLARIZACIN VERTICAL LINEAL. Cuando el campo elctrico oscila en la direccin horizontal se denomina POLARIZACION HORIZONTAL LINEAL.**Considerando un plano fijo colocado de manera perpendicular a la direccin de propagacin. Si una onda verticalmente polarizada se est transmitiendo a traves de este plano, el lugar geomtrico del plano de oscilacin del vector campo elctrico siempre caer en posicin vertical en el plano.**Algunas ondas de radio que son polarizadas vertical y horizontalmente y son mutuamente ortogonales en su viaje por el espacio, propagndose en la misma direccin, con una amplitud igual y una diferencia de fase de 90, har que el trazo del borde de los vectores de onda compuesta dibuje un circulo sobre un plano perpendicular a la direccin de propagacin.Una onda polarizada en la que el borde el campo elctrico rota en el sentido inverso a las agujas del reloj con el tiempo en el mismo plano se denomina ONDA POLARIZADA HACIA LA IZQUIERDA y la onda polarizada circularmente en la que el borde del vector campo elctrico rota en el sentido de las agujas del reloj se denomina ONDA POLARIZADA HACIA LA DERECHA.**Ntese que el sentido de la polarizacin se define como hacia la derecha si el vector elctrico rota en el sentido de las agujas del reloj (CW) y el sentido de la polarizacin es hacia la izquierda si rota en el sentido contrario a las agujas del reloj (CCW) para un observador siempre mirando en el sentido de propagacin.**Considerando ahora las configuracin de las antenas en el satlite, que est compuesto de siete antenas de comunicacin.Las antenas receptoras en 6/4 Ghz (para UPLINK) as como las antenas transmisoras en 6/4 Ghz (DOWNLINK) se usan solo para ese propsito. Y las antenas en 14/11 Ghz se usan tanto para transmisin como para recepcin.En la tabla adjunta se muestran las siete antenas de comunicacin, tambin se utiliza una antena en 4Ghz para Telemetra y una de 6 Ghz para la antena de comandos. Como se deduce de la tabla, la antena offset parablica de 6 Ghz se usa en comn para recibir los haces hemisfricos y zonales. La antena offset parablica de 4 Ghz se usa en comn para transmitir los haces hemisfricos y zonales. **La cobertura de los haces de las antenas hemisfricas/zonales se separa en dos porciones tales como Este y Oeste. **El haz para el hemisferio Este se denomina HAZ HEMISFERICO ESTE y el haz para el hemisferio Oeste se denomina HAZ HEMISFERICO OESTE. Similarmente, los haces para las coberturas zonales Este y Oeste se denominan HACES ZONALES ESTE Y OESTE respectivamente.**Cuatro de los siete tipos de antena son del tipo offset parablico y los otros son del tipo de antena cnica.En una antena offset parablica, solo se usa una porcin de la parbola como reflector. Su forma es no simtrica con relacin al eje de la paraboloide. El radiador primario se encuentra fuera de la apertura **El radiador primario de las antenas hemisfricas / zonales en 6 Ghz y 4 Ghz consiste de 88 cornetas alimentadoras de gua de onda cuadrada.**La seccin de la gua de onda de alimentacin se extiende gradualmente hasta obtener la apertura adecuada.**La onda polarizada circularmente se produce combinando ondas polarizadas vertical y horizontalmente con igual amplitud y una diferencia de fase de 90 a la apertura de la corneta de apertura cuadrada. **El haz producido se denomina HAZ ELEMENTAL.**Un haz compuesto de un nmero de haces elementales se denomina HAZ CONFORMADO. En el caso del haz zonal Este, por ejemplo, el haz conformado (haz zonal) est compuesto de 18 haces elementales cada una con un acho de haz de aproximadamente 2.**De los 18 haces elementales, los que estn localizados cerca de la periferia tienen una amplitud mas pequea que las de los haces elementales localizados cerca del centro del haz conformado. Esto se hace para reducir la interferencia entre los haces conformados.**Con relacin a la antena de corneta cnica montada en el satlite. La antena global y la de BEACON usan una antena de corneta cnica que tiene un ancho de haz de 20 para cubrir la tierra. La antena BEACON transmite dos seales de radiobaliza; una en 11.2 Ghz y la otra en 11.45 Ghz.

Sistema de Comunicaciones via Satelite 2

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