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1.9 sistemas de recepcion. Captación de señal satelitalobjetivosAl finalizar esta unidad formativa serás capaz de: • Conocer los conceptos generales en los que se basan las transmisiones de señal mediante satélites. • Sabrás donde se encuentran los satélites, y las referencias utilizadas para indicar su posición. • Conocer los parámetros que expresan la zona de cobertura de un satélite, en concreto la PIRE. • Conocer las bandas de transmisión. • Conocer el concepto de polarización de señal. • Conocer como se comporta un reflector parabólico y un LNB. • Saber como dimensionar una estación receptora. • Conocer como captar mas de un satélite con un solo receptor parabólico. Estos Conceptos te van a facilitar el trabajo con los dispositivos de captación / recepción de señal satélite.

CONCEPTOS GENERALES ACERCA DE LAS SEÑALES PROCEDENTES DE SATÉLITEComo se ha visto en el caso de la TV terrestre, la señal de televisión llega a los receptores domésticos una vez captada por las antenas, generalmente de tipo Yagi, que reciben la señal de los transmisores, repetidores o reemisores terrestres. En el caso de la TV satélite, el repetidor es un satélite artificial situado en el espacio a una determinada altura sobre la superficie terrestre. Dada la distancia entre el satélite y el lugar de recepción, las antenas encargadas de captar la señal ha de ser muy directivas así como otras características específicas que se verán más adelante. Básicamente, un sistema de captación / recepción se compone de tres elementos fundamentales (Figura 1):

• La estación terrestre emisora. La programación a transmitir se envía desde un centro emisor al satélite (Haz ascendente 14 GHz). • El satélite. Actúa como repetidor, recibe la señal desde la estación terrestre y la envía a la zona de recepción. • La estación terrena receptora. Es la encargada de captar y tratar la señal procedente del satélite (Haz descendente 12 GHz).

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Los parámetros del satélite que determinan el tipo de estación receptora son: • Posición orbital del satélite • Banda de frecuencias de las señales a recibir • Polarización de la señal a recibir • Potencia emitida (PIRE) en la zona de recepción • Programación y codificación Estos parámetros indicarán si es posible recibir el satélite desde una determinada posición geográfica y que tipo de instalación (estación terrestre) deberá instalarse. Posición orbital. La posición orbital nos indicará la ubicación del satélite, Un satélite de comunicaciones es un sistema receptor/transmisor de señales radioeléctricas, que esta situado en una órbita alrededor de nuestro planeta. Cuando se iniciaron las comunicaciones por satélite, debido a que los cohetes lanzadores no tenían suficiente potencia, el satélite realizaba órbitas elípticas que obligaban a utilizar en tierra, equipos de seguimiento móviles muy complejos y costosos, esto, era un gran inconveniente para acercar este tipo de comunicaciones al gran publico. Gracias al científico y escritor Arthur C. Clarke que en octubre de 1945 determinó la órbita geosíncrona para los satélites, se logró la comunicación directa con antenas fijas. La órbita geoestacionaria es donde están colocados todos los satélites geosíncronos de comunicaciones, describe un círculo alrededor de la tierra a nivel del ecuador, girando en el mismo sentido y a la misma velocidad angular que la tierra en su movimiento de rotación (Figura 2).

De esta forma, para un observador situado en la superficie terrestre, un satélite determinado se mantiene siempre sobre la misma vertical de un punto dado. Para poder mantener esta posición sin apenas consumo de energía, el satélite debe estar a una altura sobre el ecuador de unos 35.806 Km. A esta distancia la fuerza de atracción gravitatoria y la fuerza centrifuga del satélite en su movimiento de traslación alrededor de la tierra, se igualan: Fuerza gravitatoria= (G·M·m)/d2 Fuerza centrífuga= m·d·w2 Siendo: G = cte. de gravitación universal

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M = masa de la tierra m = masa del satélite d = distancia entre los centros de gravedad de la tierra y el satélite w = velocidad angular del satélite = 2 /T siendo T el periodo de rotación de la tierra (23h 56') Igualando ambas fuerzas: (G·M·m)/d2= m·d·w2 d=3√(G·M/w2) Como d es la distancia al centro de la Tierra y el radio medio de la misma es de 6.366 Km. la distancia del satélite‚ a la superficie del planeta será la diferencia de ambas, es decir, 35.806 Km (Figura 3).

Posición de un satélite. Como el satélite‚ se mantiene en la misma posición con respecto un punto de la tierra, podemos definir su posición orbital como el ángulo formado por una línea imaginaria que une el satélite con el centro de la tierra con respecto a un punto de referencia en el ecuador. Este ángulo se mide como la diferencia de longitud entre el punto de referencia (meridiano Greenwich) y el punto donde la línea recta que une el centro de la tierra y el satélite‚ corta al ecuador. Observando la Figura 4, los satélites situados a la derecha del meridiano de Greenwich tendrán una longitud Este (positiva) y los situados a la izquierda una longitud Oeste (negativa).

Existen cientos de satélites orbitando alrededor de la tierra distribuidos a lo largo de la órbita de Clarke. Se define la zona de cobertura de un satélite como la zona de la superficie terrestre delimitada por un contorno de densidad de flujo de potencia constante, que permite obtener la calidad deseada de recepción en ausencia de interferencias. Viene determinada por la configuración de la antena emisora del satélite. Configuración de los satélites. Básicamente los satélites geoestacionarios están compuestos por dos partes o módulos:

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• Modulo de servicio: Aloja los depósitos de combustible y los reactores que permiten posicionar al satélite. También contiene las baterías que se cargan con la energía eléctrica generada en los paneles fotovoltaicos. • Modulo de comunicaciones, que básicamente se compone de: • Antena parabólica de recepción que recibe la señal procedente de la emisora terrestre • Transpondedores que procesan y convierten a frecuencias más bajas las señales de TV y radio recibidas de la estación terrestre para su transmisión a la zona de cobertura. • Antena parabólica de emisión que envía la señal a una zona determinada denominada zona de cobertura. Actualmente las antenas transmisora y receptora tienden a compartir el mismo reflector parabólico. Bandas de frecuencias. Aunque los primeros satélites de comunicaciones que se utilizaron en EE.UU para transmitir señales de TV emplearon la banda C (3,7GHz a 4,2 GHz y 5,9 GHz a 6,4 GHz), hoy día el enlace descendente de los satélites con cobertura Europea utilizan la banda Ku. En este contexto se pueden dividir las bandas utilizadas por los satélites para la distribución de señales de TV de la siguiente manera: Banda DBS (Direct Board Satellite): 11, 7 GHz a 12, 5 GHz Banda FSS (Fixed Satellite Service): Semibanda alta: 12,5 GHz a 12,75 GHz Semibanda baja: 10,7 GHz a 11,7 GHz Las bandas dedicadas al servicio FSS como tales no estaban pensadas para difusión de TV, pero actualmente transmiten canales de TV. Polarización.Para ampliar la cantidad de canales que se pueden transmitir por cada una de las bandas, se recurre al concepto de polarización. La polarización es una característica intrínseca de las ondas electromagnéticas. Puede definirse de una manera simple como la trayectoria descrita por el vector campo eléctrico asociado a una onda electromagnética en propagación. Los tipos de polarización utilizados en las transmisiones de señales de TV por satélite‚ son: En DBS (SRS): Polarización Circular: a derechas o a izquierdas En FSS: Polarización Lineal: horizontal o vertical En el primer caso, el campo eléctrico asociado a la onda electromagnética incidente en la antena avanza girando sobre su eje de la misma forma que un proyectil disparado por un fusil. Si el giro se produce en el sentido de las agujas de un reloj, se denomina polarización a derechas o destrógira, y, si se realiza en sentido contrario, a izquierdas o levógira (Figura 5).

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En el caso de polarización lineal, el campo eléctrico describe una trayectoria lineal. El concepto de vertical y horizontal se aplica a un par de ondas con polarización lineal cuyos vectores de campo eléctrico son ortogonales, es decir, forman 90º (Figura 6).

Un dispositivo denominado polarizador situado en el foco de la antena es el encargado de rechazar en cada caso a la polarización no deseada. Potencia Emitida (PIRE). Para calcular las pérdidas que sufre la señal en el trayecto satélite - antena, y por tanto calcular el nivel de señal teórico que llega a nuestro sistema de recepción hay que tener en cuenta los siguientes factores: • La potencia emitida por el satélite • La ganancia de su antena • Las pérdidas introducidas en la propagación de la onda en su recorrido desde el satélite a la estación receptora • La ganancia de la antena de recepción y el ruido introducido por antena y conversor. Veamos los dos primeros factores a tener en cuenta, la potencia emitida y la ganancia de la antena transmisora: Pt y Gt Ambos términos se engloban en la PIRE o potencia isotrópica radiada efectiva. La PIRE representa la potencia que debería radiar la antena isotrópica para obtener en un punto determinado del espacio, la misma excitación que conseguimos con la antena del satélite. El valor de la PIRE será el producto de la potencia transmitida por la ganancia de la antena: PlRE = Pt x Gt Una vez que la onda es emitida por la antena del satélite, debe recorrer un largo camino hasta llegar a la antena receptora. A lo largo del mismo aparecen atenuaciones debidas tanto a la enorme distancia que debe atravesar como a los agentes atmosféricos. Estas pérdidas debidas al espacio libre, se calculan en función de la distancia y de la frecuencia: Perdidas = 20 log [4pDf / l] dBA Siendo: D la distancia entre la estación receptora de tierra y el satélite.

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l = es la longitud de onda, que puede calcularse fácilmente a partir de la frecuencia de la señal l=30/F; l en cm y F en GHz La antena transmisora es una fuente puntual de ondas electromagnéticas que emite con gran intensidad (dependiendo de su ganancia) en una dirección que corresponderá a la dirección de su zona de cobertura

La empresa que gestiona las comunicaciones del satélite nos facilitan diagramas de radiación de su zona o zonas de cobertura, en el nos indica el nivel de señal que se recibe (PIRE). Este diagrama nos permite conocer: • Si es posible la recepción de dicho satélite • Nos permite calcular el tamaño de nuestra estación receptora. En la figura 8 podemos observar el diagrama de radiación del satélite Hispasat (30º W) en la zona de cobertura correspondiente a América. Los valores de PIRE están indicados en dBW. Al ser una zona muy extensa, no se recibe el mismo nivel de señal en todos los puntos de la zona de cobertura. PROGRAMACIÓN Y CODIFICACIÓN. Es conveniente recordar que los programas de radio y televisión están modulados en función del tipo de información a transmitir, recordar que existen modulaciones utilizadas para transmisiones analógicas y otras para transmisiones digitales. Una gran parte de los programas transmitidos por los satélites también utilizan un sistema de codificación y para poder recibirlos es necesario pagar una cuota mensual y poseer el decodificador alquilado a la empresa operadora. Los sistemas de codificación más habituales utilizados en transmisión por satélite son: • Nagravisión • Irdeto • Mediaguard • Viaccess • Cryptoworks • Videoguard • Betacrypt

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Figura 8

ESTACION EMISORALa información que se desea transmitir se genera en los estudios de radio y televisión en forma de sonido e imágenes sincronizadas. Esta información, pasará a un transmisor y de este a una antena de emisión que la envía al satélite. El enlace entre los estudios y el transmisor puede efectuarse por cable, en caso de que los primeros estén en la misma estación transmisora, o bien se utiliza un radio enlace si la estación está situada en un lugar alejado. Una vez en el transmisor, la señal en banda base (vídeo/audio) se modula en una portadora de 70 ó 140 MHz y la resultante se convierte, por medio de un oscilador de microondas, a una frecuencia del canal de satélite de 14GHz, con un ancho de banda por canal entre 20 y 40 MHz. Hay ahora una etapa de amplificación final antes de que la señal sea emitida mediante una antena parabólica, constituyendo el haz ascendente del enlace. Los motivos que han llevado a emplear microondas en las comunicaciones vía satélite‚ son varios: por una parte la capacidad de transmitir mayor cantidad de información; una segunda razón deriva de la utilización de antenas ascendentes muy directivas, que en frecuencias más bajas tendrían gran tamaño. Asimismo esta banda de microondas no es utilizada en comunicaciones terrestres y por tanto está menos contaminada que las transmisiones de baja frecuencia. Este último motivo ha hecho que la Conferencia Administrativa Mundial de Radiofrecuencia asigne estas frecuencias para la distribución de Televisión vía satélite.

ESTACION RECEPTORALa estación receptora es la encargada de recibir el haz descendente procedente de la transmisión del satélite. Esquemáticamente se pueden distinguir las siguientes partes fundamentales: • Reflector parabólico ó Antena, que capta la señal procedente del satélite. • Unidad externa, que recibe la señal procedente de la antena y la convierte en una frecuencia inferior para enviarla, vía cable coaxial, a la unidad interior. • Unidad interior, que recibe la señal y la procesa para enviarla el receptor de TV. En esta unidad trataremos de los elementos instalados en el exterior. Para dimensionar estos elementos es necesario conocer los diagramas de radiación del satélite en la zona geográfica donde se produce la recepción y las bandas de frecuencia utilizadas.

Reflector Parabólico o Antena. Es el elemento encargado de captar la débil señal procedente del satélite‚. La antena es un elemento clave en la cadena de recepción de la estación terrena y de su bondad de diseño depende la calidad de la señal recibida. La calidad de una antena para satélite está determinada por lo bien que dicha antena logra apuntar hacia un satélite‚ captar la señal, amplificarla y enviarla a la unidad exterior (LNB). Así pues a la hora de elegir una antena, hemos de tener en cuenta su ganancia. La ganancia expresa que nivel de señal es captado y transmitido al elemento siguiente de la cadena de recepción. Depende fundamentalmente del tamaño de la antena, su eficiencia y la longitud de onda de la señal recibida.La mayoría de las antenas que se usan actualmente en las estaciones receptoras de satélite‚ están diseñadas en base a superficies parabólicas. En teoría esta geometría concentra todas las señales recibidas según una dirección

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paralela a su eje en un solo punto llamado foco. En dicho foco se coloca el LNB, que es el elemento encargado de recibir la señal reflejada en el disco parabólico. La ganancia de esta antena viene dada por la expresión: G=10·log(4πAη/λ2) Siendo: Como se deduce de la anterior ecuación, no es solamente el diámetro lo que influye en la ganancia de la antena. También la frecuencia incide directamente en ella, de forma tal que dada una antena de un diámetro determinado, ésta ganará más cuanto mayor sea la frecuencia que recibe. Esto equivale a decir que los satélites de frecuencias bajas (4-6 GHz) llevan asociadas parábolas mayores que los de frecuencias altas ( 11-12GHz). Por último, existe otro parámetro que afecta directamente en la ganancia de la antena que es la eficiencia, es decir, el porcentaje de la energía que incide en la parábola y es dirigido al foco de la misma. Hay configuraciones de antenas que rinden más que otras, uno de los tipos de más elevada eficiencia es la antena offset. A modo de ejemplo, la parábola offset de 0,75 m. rinde como una convencional de 0,9 m. Los tipos de antenas más usuales son las siguientes (Figura 9):

• Antenas de foco centrado. La unidad exterior (LNB) está situada en el foco central de la parábola. Esta unidad externa crea una zona de sombra en el centro del reflector, que implica una ligera perdida de eficiencia de la antena. Este tipo de antena es el comúnmente usado en las instalaciones colectivas y, en general, cuando el diámetro sea superior a 1 m • Antenas Offset. Es un reflector constituido por una sección transversal de una parábola. La unidad exterior (LNB) está situada en el punto focal, sostenida por un brazo que sale de debajo del reflector, de esta manera la unidad exterior no proyecta sombra sobre el reflector porque queda fuera de la línea de visión del satélite. Por esta razón el tamaño del reflector offset puede ser, a igualdad de ganancia, menor que el de una antena de foco centrado. Se utilizan mayoritariamente en las instalaciones individuales donde el diámetro utilizado es inferior a 1 m. Unidad exterior (LNB). Tradicionalmente esta terminología se ha usado para referirse a un elemento que está constituido por un alimentador, también llamado iluminador, por un polarizador y por un convertidor de microondas

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(convertidor de frecuencia) denominado LNB. Actualmente se utiliza la expresión “Unidad exterior” o “LNB” (Figura 10) para designar el conjunto de dispositivos situados en el foco de la antena parabólica

ALIMENTADOR O ILUMINADOR. Dispositivo, colocado en el foco de la parábola es el encargado de recibir la radiación electromagnética una vez reflejada en el reflector de la parábola. Prácticamente consiste en una guía de ondas que canaliza el flujo de señal hacia el interior del LNB. POLARIZADOR. Es la etapa encargada de seleccionar la polaridad con la que queremos trabajar, se sitúa a la salida del alimentador y antes del conversor. La selección de polaridad se realiza mediante la variación de la tensión aplicada en el Terminal de salida. CONVERSOR (LNB). Es uno de los elementos más importantes y complejos del sistema de captación. Su misión es recoger una señal muy débil, y convertirla a una señal de frecuencia más baja (950 MHz a 2.150 MHz) para su transmisión a través del cable coaxial. Este dispositivo está constituido, por un amplificador de entrada que introduzca poco ruido (muy baja figura de ruido), un mezclador, uno o dos osciladores locales (generalmente dos) y una etapa de amplificación de salida. El rango de frecuencias que cubren estos conversores varía en función de la frecuencia utilizada por el satélite a recibir. • Para satélites banda DBS (SRS) margen frecuencia: 11,7-12,5 GHz. • Satélites banda baja de FSS margen frecuencia. 10, 7 -11, 7 GHz. • Satélites banda alta de FSS margen frecuencia: 12,5-12,75 GHz. No obstante aunque el rango de frecuencia de entrada varía en función de la emisión del satélite la frecuencia de salida estará comprendida entre unos valores de 950 MHz a 2.150 MHz, se denomina FI y responde a la primera frecuencia Intermedia de satélite.

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Diagrama de bloques de un LNB. En la Figura 11 podemos observar el diagrama de bloques de un LNB, en el que podemos apreciar su funcionamiento

Una unidad LNB consta de: • Etapa amplificadora de entrada de bajo ruido • Filtro de entrada que elimina los márgenes de frecuencia no deseados. • Etapa mezcladora de la señal de entrada con la señal procedente del oscilador local interno seleccionado. • Oscilador local, si el LNB es de banda ancha utiliza dos osciladores locales. • Filtro pasa bajos permite el paso de la frecuencia resultante de restar a la entrada la frecuencia del oscilador local. • Etapa amplificadora de salida. Del diagrama de bloques se deduce que la frecuencia de salida de la unidad LNB (frecuencia intermedia) es: Siendo: = Frecuencia de la señal de salida del LNB = Frecuencia del oscilador local seleccionado. La selección del oscilador alto se realiza enviando una señal de 22KHz a través del cable coaxial. LNB de Banda Ancha (LNB Universal). El LNB universal dispone de una salida, que consiste en un conector de tipo “F”. La señal recibida desde el satélite será de una frecuencia comprendida entre 10,750 GHz y 12,750 GHz que subdividiremos en dos sub- bandas. En el mercado hay conversores para instalaciones individuales que cubren todo el rango de frecuencias y por lo tanto permiten la recepción de todas las frecuencias de difusión.. Estos LNB’s utilizan dos osciladores locales y permiten que el usuario seleccione la frecuencia y la polaridad deseada.

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Un receptor de satélite, convenientemente configurado, realiza la búsqueda automática de emisoras y se encarga de enviar la tensión correspondiente al LNB. Un instalador debe utilizar el medidor de campo para realizar los ajustes y comprobaciones necesarias y ha de conocer como realizar la selección del oscilador local y de la polaridad. • Banda baja (Low). Oscilador local de 9,75 GHzPolaridad Vertical (VL)Polaridad Horizontal (HL)Aplicar al LNB una Alimentación de: 13 Volts18 VoltsMargen de frecuencias de entrada10,750GHz11,750 GHz

• Banda alta (High). Oscilador local de 10,6 GHzPolaridad Vertical (VH)Polaridad Horizontal (VH)Aplicar al LNB una Alimentación de: 13 Volts + 22 KHz18 Volts + 22 KHzMargen de frecuencias de entrada11,750GHz12,750 GHz

LNB “quatro”. El LNB quatro dispone (Figura 12) de dos osciladores locales y de cuatro salidas con conector tipo “F”, cada salida indica la polaridad y la banda de frecuencias que podemos recibir (VH, VL, HH y HL).

Para recibir señal basta con alimentar el LNB a través del cable coaxial (entre 13V y 18 Volts) y conectarlo en la salida correspondiente a la polarización y banda de frecuencia deseada. Otros LNBs.

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El reflector parabólico es la parte mas visible de la estación receptora, existen en el mercado una serie de LNBs (Figura 13) que acoplados en el punto focal de la misma antena nos permite la recepción del mismo satélite en mas de un receptor.

Sirvan como ejemplo los siguientes: • LNB con 2 salidas / 2 usuarios independientes, también llamado “twin”, es el equivalente a dos LNBs universales fabricados en una misma carcasa. • LNB 4 salidas / 4 usuarios independientes, también llamado “quad”, no debemos confundirlo con un LNB quatro, es el equivalente a cuatro LNBs universales fabricados en una misma carcasa. • LNB 8 salidas /8 usuarios independientes es el equivalente a ocho LNBs universales fabricados en una misma carcasa. Dimensión del reflector parabólico. El lugar donde esté ubicada la estación receptora y la PIRE correspondiente a la zona, condicionará el tamaño del reflector parabólico a utilizar. Para conocer las dimensiones de la estación receptora podemos: • Calcularla teniendo en cuenta entre otros, los siguientes los parámetros: PIRE, la C/N deseada, la distancia entre el satélite y la estación receptora, el ruido de la instalación, etc. • Seguir las recomendaciones de la empresa que gestiona el satélite a recibir. Generalmente nos indica el nivel de la PIRE (dBW) y la dimensión de la parábola necesaria para recibir las transmisiones. En nuestro caso seguiremos las indicaciones del gestor del satélite. Antena multisatélite. Las antenas multisatélite (Figura 15) (multihaz) son antenas que presentan múltiples haces de recepción utilizando un reflector común y varios LNBs. La dirección de los haces se determina por la colocación de los LNBs, de esta forma cada uno de ellos recibirá las emisiones del satélite al que tenga orientado su correspondiente haz. Se utilizan para recibir satélites que se encuentran próximos, deben disponer de un soporte adecuado para la colocación de los LNBs (un LNB por satélite) y respetar los requisitos marcados por el fabricante (dimensión de la parabólica etc). Hay otro sistema para recibir múltiples satélite y es el empleo de antenas motorizadas, este tipo de antenas y su control se estudiaran mas adelante

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resumen

En esta unidad formativa hemos visto: Los conceptos generales en los que se basan las transmisiones de señal mediante satélites. Que la posición de un satélite se mide con respecto al meridiano de Greenwich. Que es la zona de cobertura de un satélite. Que bandas de transmisión utilizan. Que los satélites pueden emitir utilizando más de una polaridad. Como se comporta un reflector parabólico y un LNB. Como dimensionar una estación receptora. Como controlar un LNB.

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