Televisión por satélite. Instalación de antenas parabólicas

 

Los satélites nos rodean y lo hacen con distintos propósitos. Unos para ver cómo se mueve las masas de aire, otros para espionaje, otros para GPS, otros para telecomunicaciones, etc. De ellos los que nos interesan son los relativos a las telecos.

Tenemos distintos tipos de satélites artificiales atendiendo a la distancia de la órbita a la tierra. Las siglas, como siempre , viene del Inglés, y nos fijamos en las dos ultimas , que son EO ( Earth Orbit , órbita de la tierra ). De esa manera,  y como se aplica en la mayor parte de los caso, L= Low, M = Medium, H = High, se puede obtener la clasificación de los satélites con la siguiente REGLA NEMOTÉCNICA

 1º MEO = Medium Earth Orbit , se suelen colocar los satélites GPS a unos 20000 km . Bajamos y tememos los

 2º LEO, ( Low Earth Orbit ) , a menos de 5000 Km de la tierra y donde se sitúan los satélites de telefonía móvil ( a unos 700 km de la tierra ) La televisión satélite utilizan platos en la tierra siempre orientados a las mismas coordenadas y, por tanto, necesitan que el satélite que les da servicio " no se mueva". Estos son los satélites

 3º GEO ( Geostationary Earth Orbit ). Está a una distancia igual que la el perímetro de la tierra por el ecuador, unos 36000 km . Este es el cinturón de Clarke. Ver desarrollo un poco mas abajo. Mostramos una imagen donde se representa un satélite y un punto fijo de la tierra .    Si ya está más lejos de esos 36000, se llama

 4º HEO de High Earth Orbit, y apenas tienen uso. Un aspecto importante de los tipos de satélite es lo que tardan en dar una vuelta a la tierra. Los GEO tiene el mismo periodo que la tierra ( por eso "no se mueven " ) pero si están más cerca, el periodo es menor ( van mas rápido ) y si está mas lejos, el periodo es mayor ( tardan mas tiempo de 24 horas en dar la vuelta a la tierra ) . Porqué ?

 

 

 

 

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Básicamente, la fuerza de la gravedad quiere caerlo. La fuerza centrífuga quiere que escape. Si logramos igualar las dos, conseguiremos una órbita estable. Mas info y juego interactivo en es WEB

La puesta en marcha ( en el lanzamiento ) es muy importante porque, entre otras cosas, se debe fijar la velocidad de desplazamiento.

Si el satélite se mueve muy rápido, se saldrá de la órbita hacia el  espacio.

Si  se mueve muy lento, la gravedad lo traerá directo hacia a la Tierra.

Como actividad, modificar la velocidad del satélite en el simulador, a ver qué pasa

 

Mostrar/Ocultar .Cómo calcular a qué distancia tenemos la órbita Geoestacionaria

 

En un satélite que trabaje, por ejemplo, en la banda Ku, tenemos que la frecuencia de subida está entre  12,75 a 14,50 GHz y la de bajada entre 10,7 y 12,75 GHz.
Se usan dos frecuencias para que las comunicaciones entre tierra y espacio no tengan interferencias
Utilizar las frecuencias altas para subida y bajas para bajada de datos tiene un explicación.
En la  ecuación de Friis , tenemos que la potencia recibida es función de la frecuencia empleada, por tanto, a mayor, para una misma potencia de emisión, interesa emplear una frecuencia más baja.


En el dibujo del satélite ( ver mas arriba ), tenemos un componente que se llama transpondedor, que es el dispositivo que recibe la señal a una frecuencia y la pasa a otra de bajada.
para cada uno de los canales ( con ancho de banda entre los 27 y 72 MHz, debe haber al menos un transpondedor
Tenemos un satélite español ( Hispasat ) . Estas son algunas de las características:

1. 28 transpondedores en banda Ku
2. Ancho de banda 33, 36, 46, 50, 54 y 72 MHz
3. Posición orbital 30º Oeste
4. Nº de antenas: 3 (2 desplegadas)
5. Peso 1345 kg
6. Potencia disponible:5,7 kW
7. Vida útil:15 años
   

En la tierra, tenemos las bases de emisión, llamadas telepuerto, que utilizando antenas parabólicas ( más directivas ). Una de las más conocidas es la que tiene Telefónica en Pozuelo de Alarcón ) donde gestionas los canales ( comerciales y de servicio ) en los satélites Astra , Hispasat, etc )
 

 Actividades.

 1º Haz una tabla con los 4 tipos de sistemas orbitales, especificando uso, distancia y periodo ( cuanto tiempo tarda en completar un giro )

 2º Investiga cuantos satélites hay en cada órbita

 3º En algunas películas de espionaje se muestran algunos satélites de espionaje donde se obtienen fotografías e imágenes en tiempo real. Averigua quien los usa, de qué tipo son y porqué no tienen visión permanente del objetivo.

4º Un vecino está viendo un partido de Tv recibido desde la TDT. En nuestra casa, lo recibimos por un satélite Geoestacionario ( Astra ). Nos está fastidiando la fiesta . Porqué ?. Calcular el tiempo que tarda la señal en llegar a nuestro plato. La frecuencia utilizada para la banda Ku difieren a la subida y a la bajada. El motivo es el ahorro de energía que eso supone para el satélite. Como la información sube "montada" en una frecuencia y baja en otra, existe un dispositivo denominado transpondedor. Este dispositivo, recibe la señal , la limpia, la amplifica y traslada su frecuencia para bajarla al usuario.

 Actividad. La potencia de la señal que aparece en cada punto de la tierra viene determinada por factores tanto técnicos del satélite como los propios de la tierra. Al mapa que relaciona la potencia recibida del satélite con el área geográfica, se le denomina footprint ( huella de pie, que en el argot "sateliano" denominan huella del satélite. Como tarea se propone buscar la huella del satélite que utiliza Movistar y hacer las siguientes investigaciones utilizando las web de satbeams.com y distel

a) Qué satélite utiliza

b) Obtener la footprint de Europa y España

c) Que potencia de dbW tiene en España y diferencias apreciables de un extremo a otro

 d) Calcular el plato necesario para recibir bien la señal

 Tenemos una aplicación muy buena de la empresa distel donde podemos comprobar y calcular los conceptos que vamos a ver. Mirar en esta pagina http://www.diesl.com/2014/01/13/como-elegir-el-diametro-adecuado-de-la-parabolica/ y hacer los cálculos para el satélite, comprobando las diferencias que existe de instalar un plato en La Coruña a ponerlo en Málaga. En la terminología empleada, tenemos algunos términos importantes, como son:

 Azimut. Ángulo DE ORIENTACIÓN de la antena parabólica en el plano horizontal referido al norte geográfico. Para el Astra, tenemos un azimut de unos 150 grados. Ir a la web satbeams.com/footprints y buscar donde está el satélite. Comprobar que ese valor es coherente.

Elevación:  Es la inclinación que tenemos que dar a la antena parabólica con respecto al plano hotizontal para tener la orientación adecuada al satélite. ( Ver cómo se modifica este valor de pasar desde Cantabria a Málaga ) Y por último,

 El ángulo del plano de polarización viene determinado por la ubicación geográfica de la antena y se ajusta girando el LNB, respecto a la vertical en el sentido de las agujas del reloj. En la práctica, se suele poner con la salida del cable marcando las 7 de la tarde.

 Esto y mas curiosidades en www.diesl.com/azimut/

DVB-S

Digital Video Broadcasting by Satellite es el sistema empleado para la transmisión de ondas por satélite. Este sistema utiliza la modulación QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying ).

En la imagen superior tenemos el concepto de modulación por fase que da lugar a un sistema binario ( señal moduladora ). De abajo a arriba tenemos primero la onda portadora, a una frecuencia de GHz. Esa señal no lleva información y por ello se modula con la señal moduladora ( 2º señal ) dando lugar a la señal modulada que es la que sube al satélite. Para obtener la señal moduladora, se procede con un sistema parecido para obtener la información deseada.

En este caso, se obtiene dos valores, 0 y 1. En el sistema QPSK es posible desarrollar una técnica para que, por el código de Gray ( solo cambia un bit de un valor al siguiente ) se obtengan en total 4 valores posibles, ( en vez de 2 del anterior ). Esos valores son el 00, 01, 11, 10. La técnica es mas compleja pero permite obtener mas datos en la señal portadora.

 

Instalación de antenas parabólicas

Estamos rodeados de satélites y , como vimos en el capítulo Sistemas de radiocomunicaciones, los que posicionan en la órbita GEO son los que nos interesan para la recepción de señales de telecomunicaciones ( TV y radio principalmente ).

 Lo primero que vamos a ver es la diferencia que existe entre dos "platos" utilizados para estos menesteres.

Se llama antena parabólica porque la forma que tiene se asemeja a una parábola, con la propiedad geométrica que todo haz que incide perpendicularmente a su superficie, "rebota" a un punto focal, único, que es donde debemos tomar la muestra de la señal y es ese punto donde irá situado el LNB.

Actualmente esa forma del plato se ha modificado para que el foco esté algo mas desplazado hacia el inferior. Estamos hablando de antenas Offset, que son las que vamos a instalar.  Como siempre, en el punto marcado como Foco, deberemos colocar el dispositivo LNB (  veremos su función un poco mas adelante).

1º Qué satélite elegimos ?

 

En la mayoría de los caso vamos a orientar hacia el astra 19,2 Este. En ese punto se encuentran varios satélites de la empresa Astra.

Al estar situados en Málaga, y estar situados por encima del ecuador, la orientación del plato va a ser hacia el sur.En función de que estemos más al este o el oeste del país, tenemos que variar esa orientación. Cuando se dice que esta a 19.2 este, significa que desde el meridiano de Greenwich, el satélite está a 19,2 grados hacia el este. Lo vemos mejor en esta imagen

3º Montando una antena

¿ Qué antena compro ?. Antes de nada, tenemos que considerar a) la huella del satélite y b) la climatología del entorno. Para el satélite que nos ocupa, con 60 centímetros de plato es suficiente para toda España y 90 0 120 cm para Canarias .

 a) Mostramos un footprint donde se indica la recomendación del plato en base a la posición ( azul mas intenso, con señal mas fuerte y, consecuentemente , menor diámetro de plato.

En Canarias tenemos una señal más débil y la necesidad de usar un plato mayor.

b) Condiciones ambientales. Nos encargan un trabajo para poner una parabólica en una casa. Todo bien pero a los dos año nos llaman diciendo que eso no se ve. Revisamos la instalación y al subir a la terraza vemos que la antena está caída. El óxido se ha comido la chapa. Nosotros que estamos en zona costera, deberemos de tenerlo en cuenta.

El material de los platos de la serie económica suele ser de chapa de hierro con pintura. Luego podemos encontrar platos galvanizados, de aluminio o de acero inoxidable. En la empresa diesl.es tenemos una , cuyo valor es 4 o 5 veces superior a la normal , pero que nos garantiza un buen trabajo. En esta antena nos dice

Gran resistencia a la corrosión y con recubrimiento de pintura epoxi-poliester. Tornillería y todos los herrajes también en acero inoxidable.

4º Elegimos el lugar de la vivienda para montar la antena.

La situación de la antena dentro de la vivienda tiene que reunir una serie de requisitos:

1º Tenemos que elegir un lugar que esté protegido de ráfagas de viento. Veremos cuando montemos una parabólica, cómo se ve afectada por ligeros cambios de posición. Cuando hace mucho aire, podemos tener imágenes pixeladas como consecuencia de la variación en la orientación de la antena. Si hay terraza,  situarlo en parte  parte baja donde una pared sirva de barrera al aire.

2º Que no haya obstáculos frente a la misma . Aunque la señal viene en un ángulo de 35 o mas, debemos tener cuidado que no existan objetos que interfieran en la señal. La regla es que :

 

5º Herramientas y materiales necesarios

La calidad de las herramientas es fundamental a la hora de hacer un trabajo rápido y con garantías. Y por supuesto, llevarlas. De nada nos vale tener lo mejor si luego las quedamos en la base de trabajo. Para ello, una buena caja, con departamentos adecuados es la mejor forma de llevar todo lo necesario. Pasamos a numerarlas.

1. Caja de herramientas profesional
2. Taladro de batería con batería de repuesto
3. Brocas para hormigón y acero
4. Llave inglesa y llaves fijas
5. Destornilladores de varias medidas ( planos y de estrella )
6. Tijeras o alicate de corte
7. Cinta aislante
8. Brújula y nivel
9. Tacos y tornillos barranqueros ( para apretar con llave fija )

 

Mostramos en estas imágenes las herramienta mencionadas

 

En cuanto a los materiales y equipos, necesitamos:

 1º Soporte para parabólica. Hay una gran diversidad de fabricantes y modelos. Suelen hacerse en hierro galvanizado.

2º LNB. Luego lo veremos con mas detalle

 3º Cable coaxial

4º localizador de satélite. Este aparato utiliza la alimentación del receptor para decirnos si está orientada bien la antena. Tiene una entrada del receptor y otra de la parabólica.

Además cuenta con una pequeña brújula. Cuando la antena está bien orientada suena un pitido y además nos muestra la potencia de la señal recibida. En la imagen nuestra un 79 %. En ese caso tenemos que mover levemente tanto en horizontal como en vertical hasta lograr la mayor potencia. Una vez que llega al 100%, debemos usar el atenuador que incorpora, de forma que pasemos a un porcentaje del 50%. Seguimos con el proceso antes descrito hasta que nos acerquemos a la mayor potencia posible.

5º Medidor de campo. Este instrumento de medida merece un apartado único, dada la versatilidad que ofrece. Se utiliza en el ajuste fino de la parabólica. En la mayoría de los casos no es necesario, pero si necesitamos hasta el último dB, lo tendremos que tener en cuenta. NO obstante, al final del manual explicaremos algunos pasos sencillos

6º Buscamos el satélite

Para ello podemos utilizar varias aplicaciones. Una de ellas es la de diels.es/azimut , o bien alguna aplicación como Satélite directo.

6º Colocamos el soporte.

 

Antes de seguir con el manual, os dejo una imagen de dos instalaciones. ¿ Qué se podría haber hecho en la primera instalación ?

 

 

Una vez en el lugar de instalación, tenemos que considerar aspectos del viento, zona   sin obstáculos, etc.

 Elegido el punto para poner el soporte, lo pondremos de forma que el posterior movimiento de la antena, no impacte con ningún elemento ( pared o suelo).

 En la imagen, el operario está colocando el soporte con la ayuda de un nivel. Una vez nivelado, se marca 4 puntos para hacer los taladros. Podemos usar tacos de hierro o tacos de nylon. Los tacos de hierro hacen una presión muy grande.  

7º Giros en la antena parabólica.

1º Cuando tenemos la antena sujeta al soporte ( sin apretar para permitir el movimiento en los dos sentidos ) y usando la brújula, hacemos una primera orientación de azimut, a la izquierda y derecha, hasta que tengamos algo de señal.

 2º Luego, con la aplicación del móvil, llevamos la inclinación de la antena hasta la que nos indique la APP.

Hay un pequeño medidor en el sistema de amarre de la antena.

Una vez que llegamos a tener intensidad de señal, repetimos con el movimiento de azimut.

El uso del localizador , como se ha indicado antes, nos va a permitir acercarnos poco a poco al punto de mayor señal.

Como siempre, la práctica nos va a dar las destrezas adecuadas. El tercer ajuste hace referencia a la posición del LNB.

Veremos un poco sobre qué hace el LNB

El LNB (low noise Block ) es un componente activo que incluye amplificadores, osciladores y convertidores de frecuencia , todo muy integrado y a muy bajo coste.

Para que todo funcione es necesario que se le suministre una tensión desde el decodificador. Según sea la tensión, el LNB recibe una polarización u otra de la señal del satélite.

 

 A la banda de FI de bajada del LNB se la denomina banda "L" y comprende las frecuencias entre 950 MHz y 2.150 MHz. Nos encontramos con un problema. Por un lado, el ancho de banda de la banda Ku tiene 2.05 GHz (desde los 10,7 a 12,75 GHz),  que no puede pasarse a otras frecuencias inferiores L dado que esta banda tiene una ancho de banda menor ( 1,2 GHz, que es la diferencia entre 950 a 2.150 MHZ).

 Por tanto, es necesaria una subdivisión de aquella en dos sub-bandas, que se llaman banda Baja ( desde los 10,7 a 11,7 GHz) y otra banda Alta (comprendida entre los 11,7 a 12,75 GHz).

 Debido a las grandes pérdidas de señal que tiene la downlink, es necesario trabajar con sistemas de bajo nivel de ruido, que suele oscilar entre 0,1 dB y 1 dB. Las señales que nos viene de los satélites usan 2 tipos de polarización a la vez.

La primera es la polarización LINEAL VERTICAL / HORIZONTAL y la segunda , la CIRCULAR DERECHA / IZQUIERDA y eso será función del tipo de antena de tenga instalado el satélite en downlink.

En general y para evitar interferencias con otras señales, las frecuencias utilizadas para una polarización están libres en la polarización cruzada y viceversa.

La gran mayoría de los LNB universales de hoy día, utilizan polarización lineal, con la capacidad de seleccionar la polarización ( dependiendo de la tensión de entrada ) y de la banda ( alta o baja ) según de una señal de 22 Kz superpuesta a la anterior ( conocida como tono de conmutación ). Como resultado de lo anterior, tenemos estas combinaciones

Por nuestro LNB vamos a obtener los diferentes transpondedores de satélites según la tensión y frecuencia que utilicemos para alimentarlo.

 

Los LNB universales tienen 2 osciladores locales. Uno de ellos selecciona la banda baja y el otro selecciona la banda baja.

 Su función es, como vimos antes, bajar la frecuencia para que el deco la pueda interpretar, dentro del rango que va desde los 950 Mz hasta los 2150 MHz.

 Cuando vemos en alguna página de internet  la frecuencia del transpondedor y su polarización, obtener la Fi es sencillo. Tan sólo hay que restar la frecuencia del transpondedor y la frecuencia del oscilador de la siguiente forma en banda KU10700

 a) Para la banda baja ( desde los 10700 hasta los 11700 ) tenemos que usar el oscilador bajo ( 9750 ). Al valor mínimo 10700, le quitamos el valor del oscilador 9750 y nos da una frecuencia intermedia baja de 950 Mz.  Si hacemos igual con el valor alto de la banda KU, tenemos 11700- 9750 = 1950MHz

b) Para la banda alta, que va desde los 11700 hasta los 12750, procedemos de igual forma, obteniendo el rango ( 11700 - 10600) y ( 12750 - 10600 ) = 1100 Mhz hasta 2150 MHz

Ejemplo. Para la CNBC tenemos un transpondedor 11597 V. Estamos en banda baja y para seleccionar ese canal, el deco tiene que alimentar el LNB con 13 voltios . Para calcular la FI restamos 11597 y 9750 , dando lugar a 1847 Mhz.

 

 Vamos al  ajuste del LNB.

 Este componente se puede girar sobre su soporte, y es necesario para tomar la polarización adecuada. Si miramos en la aplicación de diels, nos indica que este ajuste es de unos 27 grados negativos. Esto se hace referente al sur. Tenemos que girar el LNB hasta que la salida del cable esté sobre las 7 del reloj. Mas preciso se puede hacer con el Transportador.

En la imagen se puede apreciar el ajuste que se hace, tomando en cuenta que si el programa nos dice - 27º el giro del LNB tiene que ser mirando al sur y girando a la derecha.

Y  ¿ después de todo, qué ?

Vamos a comprobar el resultado que tenemos en el medidor del receptor. Tenemos que ir a la sección de ajustes y fijarnos en el apartado de Cantidad y calidad de señal.  Mostramos dos resultados indicando que en uno se recibe algo de señal con calidad nula y en otro el ajuste es aceptable.

Tenemos que tener la calidad adecuada para una correcta recepción.    

Ajuste fino con el medidor de Campo

 

Una vez que tenemos todo lo mejor posible, y si disponemos de un medidor de campo, vamos a proceder con el ajuste fino, con la idea de obtener la mejor instalación posible.

El medidor nos va a permitir dos ajustes importantes

1º Ajuste de la intensidad de señal. Esto lo conseguimos visualizando el espectro con el span adecuado ( sobre 200 Mhz) y observando cómo varia los db recibidos. El ajuste fino de azimut y elevación tiene la finalidad de aumentar este valor

2º Evitar la polarización cruzada, que aunque se suele evitar, la podemos tener en algunos transpondedores. Para esto, tenemos que girar el LNB sobre el valor de antes ( los -17 º ) un poco a derecha e izquierda y ver cómo varia el valor de la señal

Prácticas con antenas parabólicas

Ya hemos visto mucha teoría y hay que tomar algo de agilidad en el arte de montar una antena. Tenemos que tener en cuenta que cada fabricante utiliza un sistema de amarre diferente. Si compramos siempre la misma, nos será muy familiar la instalación.

 Práctica 1 En grupo de dos, montar una antena sobre mástil con todos los elementos ( soporte, barra del LNB, ajuste de LNB, cable coaxial y conector F. Una vez que se monte, se desmonta para que el compañero la vuelva a montar.

Práctica de campo. Bajarse la aplicación para localizar el satélite y buscar las coordenadas ( azimut e inclinación ) del satélite Astra 19,2.

Práctica 3. Haremos 3 latiguillos con cable coaxial y conectores F. La longitud del cable debe ser aproximadamente 40 cm. Una vez terminado lo enseñaremos al profesor y haremos una foto de los dos latiguillos para subirlo a la memoria.

Práctica 4. En grupo de 2, montar una antena sobre mástil y orientar al Astra 19,2. Antes de salir del aula, considerar las herramientas que necesitamos. Una vez que se halla logrado, volver a repetirla , siendo el compañero el responsable del ajuste.  

 Práctica 5. Utilizando el medidor de campo, hacer un ajuste fino de la parabólica. Añadir en memoria las fotos de cómo varia el espectro según se modifique la orientación y el LNB ( un par de fotos para cada una ). Pd. Se puede ver estos pasos en http://www.promax.es/esp/noticias/120/Instalacion-de-una-antena-parabolica-utilizando-un-TV-Explorer

 

  Curiosidades

 Ondas Geoestacionarias:

Las perturbaciones orbitales causan cambios lentos y constantes que hacen a un satélite alejarse de su  localización geoestacionaria.

Por ejemplo,  sabemos  que el ecuador de la tierra no es  perfectamente circular sino ligeramente elíptico. Esto hace que se pierda algo de la  longitud de la órbita de los satélites que se corrige aumentando su velocidad en unos 2 m/s por año.

Mediante las maniobras que se hacen en el satélite por medio de varios propulsores, se corrigen estos efectos. El consumo de éste combustible  determina la vida útil del satélite.

Son pequeñas maniobras que se deben de hacer en el satélite, quemando un componente químico llamado  hidrazina o hidracina y cuya fórmula  química  es N2H4, auque no es usado de forma directa sino con algunas modificaciones como  la  metilhidrazina o la dimetilhidrazina asimétrica.

La hidrazina  está en forma  líquida incoloro, con olor  similar al del amoníaco y que libera vapores cuando está expuesto al aire. La llama es parecida a la del alcohol ( apenas visible ), se puede almacenar  a temperatura ambiente y entrar en combustión cuando  se ponen en contacto con el comburente.

 Es muy tóxico y apenas tiene uso en la tierra.

Reacciona con el oxígeno de la siguiente manera: N2H4 + O2 → N2 + 2 H2O, reduciendo la posibilidad de corrosión por oxidación en los metales.