TELEVISIÓN SATELITAL EXPUESTA A CONDICIONES CLIMÁTICAS Y GEOGRÁFICAS DE PUNTA ARENAS

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD PUNTA ARENAS TELEVISIÓN SATELITAL EXPUESTA A CONDICIONES CLIMÁTICAS Y GEOGRÁFICAS DE PUNTA ARENAS CRISTIAN ALBERTO HERNÁNDEZ FLOWERS

2 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD PUNTA ARENAS TELEVISIÓN SATELITAL EXPUESTA A CONDICIONES CLIMÁTICAS Y GEOGRÁFICAS DE PUNTA ARENAS Trabajo de Titulación presentado en conformidad a los requisitos para obtener el Título de Ingeniero Civil en Electricidad mención Electrónica Industrial. Patrocinador: Profesor guía: Pedro Lineros Contreras. Supervisor Técnico Avanzado, Movistar Rubén Carvallo Barrientos. CRISTIAN ALBERTO HERNÁNDEZ FLOWERS

3 AGRADECIMIENTOS Mi más grande agradecimiento y respeto a todas las personas que me apoyaron directa o indirectamente en el desarrollo de este trabajo de título. En primer lugar a don Pedro Lineros quien me dio la oportunidad de aportar con algo en la empresa de telecomunicaciones Movistar, A los profesores Rubén Carvallo Barrientos y Ricardo Monreal McMahon por su guía, disponibilidad y apoyo incondicional en la realización de este compromiso. Pero sobre todo a mis padres Raúl Hernández y Gladys Flowers, por estar siempre apoyándome y darme la mejor arma de todas; la educación.

4 iv RESUMEN El trabajo de titulo tiene como finalidad presentar posibles soluciones a los problemas que afecta a la televisión satelital, la que esta expuesta a condiciones climáticas adversas, como son las precipitaciones y los vientos que en la ciudad de Punta Arenas se manifiestan muy a menudo. Se presentan soluciones, así como también se muestran problemas en el diseño. Se describe también los elementos que componen un sistema de televisión satelital, partiendo de las transmisiones inalámbricas, propagación RF, satélite, transpondedor, enlace, estación terrena. Se puede apreciar que estos elementos no son exclusivos para sistema. Sino para cualquier tipo de servicio de comunicaciones electrónicas, ya sea telefonía, Internet, etc. Se analizan condiciones reales y se evalúan las medidas, indicando las mejores opciones dentro de las restricciones técnicas existentes en la actualidad en Punta Arenas.

5 v ÍNDICE GENERAL CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Objetivos Descripción del problema Movistar Magnitudes Grupo Telefónica en Chile Cifra negocio Organización del trabajo de título 4 CAPÍTULO II CONCEPTOS DE TRANSMISIONES INALAMBRICAS Y PROPAGACION RF Características de la propagación de RF Conceptos básicos para la propagación de RF Refracción Reflexión Dispersión Difracción Comunicaciones inalámbricas Propagación por onda directa Propagación por onda terrestre Propagación por onda refractada o ionosférica Propagación por difracción ionosférica Propagación por difracción meteórica Propagación troposférica Propagación por reflexión más allá de la atmósfera Propagación de RF para comunicaciones satelitales 15

6 vi Pérdidas en trayectoria por el espacio libre La Luna como repetidor de radiación solar Interferencia terrestre Interferencia de satélites contiguos Pérdidas por transmisión debido a un eclipse 18 CAPÍTULO III SATÉLITES Historia de los satélites Reglamentación de organismos registrados Órbitas de los satélites Puesta en órbita de un satélite geoestacionario Módulo de misión Sistema de control y diseño de satélites Sistema de propulsión Sistema de energía eléctrica Control térmico Cobertura proporcionada por un satélite Ángulo azimut, ángulo de elevación y distancia Cálculo del ángulo azimut Cálculo del ángulo de elevación Cálculo del rango 35 CAPÍTULO IV MODELO DE ENLACE SATELITAL Modelo del enlace satelital Modelo de enlace de subida Transpondedor Modelo de enlace de bajada Ganancia de la antena Temperatura equivalente de ruido Densidad de ruido 42

7 vii 4.4 Parámetros del sistema satelital Pérdida por reducción Potencia isotrópica radiada efectiva Pérdidas por propagación Densidad de potencia Potencia en el receptor Relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido Relación de portadora a densidad de ruido Relación de la portadora a señal a ruido Relación de energía de bit a densidad de ruido Efectos atmosféricos en la propagación de señales Atenuación por gases en la atmósfera Atenuación por hidrometeoros Cálculo de la relación ganancia a temperatura equivalente de ruido con lluvia Ecuaciones del enlace Enlace de subida Enlace de bajada Cálculo de la eficiencia total del sistema 60 CAPÍTULO V ANTENA Y SATÉLITE UTILIZADOS POR MOVISTAR satélite amazonas Plataforma Repetidor El proyecto amazonas Inversión total del proyecto Desarrollo comercial La más moderna tecnología satelital Tecnologías más relevantes 67

8 viii Cobertura del satélite Amazonas Audiovisuales y difusión de TV Para operadores y redes empresariales Banda ancha Sistema operativo Amerhis El lanzador El lanzamiento Características generales del satélite amazonas Descripción general Lanzamiento Posición orbital Control orbital Características de la carga útil en banda c Descripción general Definición de la cobertura Polarización Plan de frecuencias Características de la carga útil en banda ku Descripción general Definición de coberturas Plan de frecuencias Capacidad y modo de operaciones Interconectividad Polarización Reflector offset Especificaciones del reflector utilizado LNB LNB GK

9 ix CAPÍTULO V IDENTIFICACIÓN DE LOS PROBLEMAS A LOS QUE SE ENCUENTRA EXPUESTO EL SISTEMA Y PRESENTACIÓN DE LAS POSIBLES SOLUCIONES Viento Precipitación Lluvia Llovizna Nieve Granizo Neblina Virga Rocío Radiación solar Problemas causados y soluciones propuestas Definición de Interferencia Solar Interferencia solar y Servicio DTH Consecuencias Recomendaciones 98 CAPITULO VII CONCLUSIONES 101 REFERENCIAS 104 APÉNDICE A CAÍDA LIBRE 106 APÉNDICE B FUERZA EJERCIDA POR EL VIENTO 114 APÉNDICE C CAÍDA DE UNA GOTA DE LLUVIA 116 APÉNDICE D MOVIMIENTO RELATIVO 122 APÉNDICE E DATOS CLIMATICOS EN MAGALLNES 130 APÉNDICE F CÁLCULO APROXIMADO DE LA DISTANCIA DE UN SATÉLITE GEOSINCRÓNICO CON RESPECTO A UN PARALELO CUALQUIERA 137

10 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN

11 2 1.1 Objetivos Analizar teóricamente qué es un satélite? Analizar teóricamente un enlace satelital y cuales son los elementos principales que lo componen. Dar a conocer la propagación RF (radio frecuencia) y las formas posibles de realizarlas. Proponer posibles soluciones al problema que actualmente se vive en la empresa de telecomunicaciones Movistar. Conocer fenómenos meteorológicos y la forma en que estos pueden afectar a un sistema satelital. Conocer normativas que rigen internacionalmente para enlaces satelitales. Conocer al proveedor del servicio. Presentar soluciones para mantener el sistema funcionando en las mejores condiciones posibles. 1.2 Descripción del problema Las fallas que se presentan afectan al servicio de televisión satelital de Movistar, esta se ve afectada por variables climáticas, principalmente viento y precipitaciones. Las anomalías a las que esta expuesta la prestación del servicio de televisión satelital tiene un gran impacto en la compañía, dado que afecta su imagen corporativa significándole las pérdidas de clientes. Para esta empresa su principal misión es brindar a sus clientes una oferta flexible que les permite elegir sus productos en base a sus propios intereses y necesidades permitiendo a la Compañía aumentar su participación de mercado en servicios que no están sujetos a regulación tarifaria y a su vez entregar un servicio sólido.

12 3 Las fallas ocurren principalmente en días de lluvia y viento donde se degrada la señal de recepción, esto se puede apreciar en los televisores cuando la imagen se deteriora o en el caso mas extremo se da como información que no hay señal y se muestra en pantalla las posibles soluciones básicas, tales como: revise que el cable se encuentre bien conectado al decodificador o que este bien conectado a la red eléctrica. Otras pérdidas del nivel de la señal se producen cuando hay nieve y cuando hay interferencia solar. Cabe destacar que no todos los tipos de fallas son solucionables sólo algunos tipos lo son ya sea por métodos de seguir las instrucciones del fabricante ó bien por métodos caseros. Cual sea el procedimiento se tratara en lo posible de forma matemática y como corresponda, aplicando la ingeniería y se propone la solución mas simple y menos costosa. 1.3 Movistar Movistar, la Compañía de Telecomunicaciones de Chile S.A. y sus filiales, es una de las principales empresas de telecomunicaciones de Chile. Como operador multiproducto, proporciona una amplia gama de servicios, incluyendo Telefonía Local, Banda Ancha, Televisión de Pago, Telefonía de Larga Distancia nacional e internacional, Teléfonos Públicos, Transmisión de Datos, venta y arriendo de Equipos Terminales, Servicios de Valor Agregado, y Servicios de Interconexión, entre otros. En junio de 2006, la Compañía entró en el mercado de la televisión de pago con el lanzamiento en todo el país de su Servicio de televisión satelital. De forma complementaria, en junio de 2007, la Compañía lanzó su Servicio de Televisión Interactiva, o IPTV (Televisión Sobre Banda Ancha), convirtiéndose en la primera empresa latinoamericana en utilizar esta tecnología. Actualmente el grupo Telefónica cuenta con cerca de 10 millones de accesos de clientes, una facturación anual de alrededor de MMUS$ y empleados directos.

13 Magnitudes: Grupo Telefónica en Chile: Telefónica Móviles Chile S.A es la operación móvil del grupo, cuenta con más de 7 millones de clientes, lo que le da el liderazgo en el mercado nacional y una posición de vanguardia en el lanzamiento de productos y servicios innovadores en la telefonía móvil de Chile Cifra negocio: Fue la primera empresa nacional en recibir el Premio a la Innovación 2008 de la consultora Frost & Sullivan. Es la 5ª mejor empresa para trabajar en Chile y es una de las 100 mejores de Latinoamérica, según el ranking Great Place to Work. Recientemente además fue elegida como la mejor empresa para madres y padres que trabajan según un ranking realizado por la Fundación Chile Unido. Telefónica Chile S.A, es una de las principales empresas de telecomunicaciones del país. Como operador multiproducto cuenta con más de 3 millones de accesos en una amplia gama de servicios, incluyendo Banda Ancha, Televisión de Pago, Telefonía Local, Larga Distancia nacional e internacional, Transmisión de Datos, Venta y Arriendo de Terminales, Servicios de Valor Agregado y Servicios de Interconexión, entre otros. 1.4 Organización del trabajo de título. El presente trabajo se organiza como sigue: El capítulo 2 da a conocer los conceptos fundamentales de transmisiones inalámbricas y la propagación RF. El capítulo 3 se enfoca en lo que es un satélite propiamente tal. El capítulo 4 describe lo que es un enlace satelital en forma detallada incluyendo modelos y las respectivas ecuaciones de conexión. El

14 5 capítulo 5 describe los elementos que componen el servicio de televisión satelital proporcionada por la empresa de telecomunicaciones Movistar. El capítulo 6 analiza los problemas a los cuales se expone el sistema y presenta las posibles soluciones para evitar las dificultades expuestas. Finalmente el capítulo 7 presenta las conclusiones del presente trabajo.

15 CAPÍTULO II CONCEPTOS DE TRANSMISIONES INALAMBRICAS Y PROPAGACIÓN RF.

16 7 2.1 Características de la propagación de RF. Las ondas de radio son ondas electromagnéticas que poseen una componente eléctrica y una componente magnética y como tales, están expuestas a ciertos fenómenos que son capaces de modificar el patrón de propagación de las ondas. En condiciones especiales y con una atmósfera uniforme, las ondas de radio tienden a desplazarse en línea recta, esto quiere decir que siempre que haya una línea de vista entre el emisor y el receptor, este tipo de comunicación será bastante eficiente, pero si se requiere de una comunicación de un punto a otro, cuando se encuentra más allá del horizonte, se deberá tomar en cuenta las distintas condiciones de propagación y las adecuadas frecuencias para su correcta comunicación. Para realizar comunicaciones seguras entre dos puntos lejanos y sin salir de la atmósfera, se utilizan frecuencias denominadas altas frecuencias (High frequency) o HF que van de 3 MHz a los 30 MHz, ya que estas frecuencias son reflejadas en la atmósfera y regresan a la tierra a grandes distancias. Las frecuencias en el orden de VHF, UHF Y SHF no se reflejan en la atmósfera salvo en ciertas circunstancias, es por esto que solo son útiles en comunicaciones de punto a punto y satelitales. No se podría hablar de comunicación por medio de ondas de radio a grandes distancias si no se toman en cuenta los fenómenos físicos como lo son la refracción, reflexión, dispersión y difracción que hacen posible la comunicación entre dos puntos más allá del horizonte Conceptos básicos para la propagación de RF. Como se mencionó, los fenómenos de refracción, reflexión, dispersión y difracción son de gran importancia para las comunicaciones inalámbricas. Este tipo de ondas pueden viajar en el vacío a la velocidad de la luz ( m/s) y aproximadamente a un 95%

17 8 de esta velocidad en otros medios. En la atmósfera terrestre la velocidad se reduce muy poco ( m/s), por lo que esta disminución no se considera Refracción. Las ondas de radio están expuestas a sufrir una desviación en su trayectoria cuando atraviesan de un medio a otro con densidad distinta. En comunicaciones este efecto sucede cuando las ondas electromagnéticas atraviesan las distintas capas de la atmósfera variando su trayectoria en un cierto ángulo. La desviación de la trayectoria es proporcional al índice de refracción y está dado por: V p (2.1) V m : Índice de refracción. V p : Velocidad de propagación en el espacio libre. V m : Velocidad de propagación en el medio Reflexión. Las ondas de radio atraviesan las diversas capas de la atmósfera, desde la tropósfera hasta la ionósfera. Como los índices de refracción de cada una de estas capas son muy diferentes, se puede llegar a producir reflexión total, siendo las frecuencias de VHF y superiores las más propensas a esta desviación de trayectoria Dispersión. El efecto de la dispersión ocurre cuando las ondas de radio atraviesan alguna masa de electrones o pequeñas gotas de agua en áreas suficientemente grandes. En comunicaciones de radio es importante mencionar que la dispersión de la señal generada

18 9 por lluvia depende de la comparación del tamaño de la longitud de onda de la señal y el diámetro de la gota de lluvia. Si el diámetro de la gota de lluvia es menor a la longitud de onda, la atenuación será pequeña, pero ésta se acrecentará si el diámetro de la gota supera a la longitud de onda de la señal. La figura 2.1 así como la ecuación 2.2 muestra la relación entre la longitud de onda y el diámetro de la gota de lluvia. Generalmente la refracción se produce sólo a determinados ángulos. Este efecto es similar al que le ocurre a la luz intentando atravesar la niebla. c (2.2) f : Longitud de onda. f : Frecuencia. c : Velocidad de la luz. Figura 2.1 Relación diámetro de gota con longitud de onda Difracción. Se puede entender a la difracción como el esparcimiento de las ondas en los límites de una superficie, esto quiere decir que para que exista la difracción tiene que haber un obstáculo, así es como este fenómeno permite que parte de la señal llegue al otro lado del objeto. Este fenómeno es de gran utilidad para las zonas de sombra de señal que pueden ser producidas por grandes edificios o montañas.

19 Comunicaciones inalámbricas. Por los fenómenos de reflexión, refracción, difracción y dispersión, se pueden realizar las comunicaciones inalámbricas a grandes distancias. A continuación se muestran las distintas formas de comunicación que existen Propagación por onda directa. Para realizar este tipo de propagación es necesario que exista una línea de vista entre el transmisor y el receptor. En este tipo de comunicación se utilizan frecuencias por encima de los 50 MHz. Esto se debe a que las frecuencias altas se ven menos afectadas por los fenómenos atmosféricos, además de que no requiere de antenas grandes para tener una transmisión efectiva de gran directividad, lo que asegura que la información llegue al receptor. Este tipo de propagación se utiliza para la televisión y la radio FM. La figura 2.2 muestra la propagación por onda directa. Figura 2.2 Propagación de RF con línea de vista Propagación por onda terrestre. Este tipo de propagación es posible por la difracción. Las ondas de radio siguen la curvatura de la tierra por lo que la señal de RF es capaz de alcanzar grandes distancias antes de que sea absorbida por la tierra. Gracias al fenómeno de difracción la señal puede sortear

20 11 edificios y montañas. La figura 2.3 muestra el efecto de la difracción sobre las ondas propagadas. La propagación por onda terrestre solo es útil para frecuencias inferiores a los MHz, siendo ésta una de las mejores formas de transmitir una señal de RF de baja frecuencia a largas distancias. Este tipo de propagación es comúnmente usada por las radiodifusoras de media onda y de onda larga. Figura 2.3 Propagación de RF sobre la superficie de la tierra Propagación por onda refractada o ionosférica. Ésta es una de los tipos de propagación más importantes. Aquí influirá la atmósfera como reflector y esto a su vez ocurre en la ionósfera. La ionósfera es una capa de la atmósfera que se encuentra entre los 40 Km. y 320 Km. y está formada por aire altamente ionizado por la radiación solar. Cuando esta capa se encuentra eléctricamente cargada hace que la señal comience a cambiar en un cierto ángulo. Esto lo hace sucesivamente hasta que se realiza una reflexión total y la señal regresa a tierra. La figura 2.4 muestra como la señal se refracta en la ionósfera para hacerla llegar al receptor. Este tipo de propagación puede ser capaz de conectar dos puntos, que no tienen línea de vista y se puede transmitir a una distancia de hasta 4000 Km. Si las condiciones de la atmósfera fueran adecuadas se podría conectar un punto a cualquier otro lado del planeta, esto es porque la señal refractada de la ionósfera también puede ser reflejada por la tierra y así sucesivamente. Es importante mencionar que la propagación ionosférica está

21 12 determinada por la frecuencia utilizada y por el nivel de ionización de la atmósfera. Se cuenta con una frecuencia establecida (alrededor de 10 MHz) a utilizar a distintas horas del día para realizar la comunicación ionosférica, esto se conoce como Frecuencia Útil Máxima, FUM. Esto es útil para las comunicaciones satelitales, ya que si se utiliza una frecuencia mayor a la FUM, no se reflejará en la atmósfera y se proyectará al espacio. Figura 2.4 Propagación de RF por medio de refracción en la ionósfera Propagación por difracción ionosférica. Este tipo de propagación se produce cuando las ondas emitidas son superiores a los 30 MHz, debido a su frecuencia la señal no será reflejada por la ionósfera, pero si será difractada, por lo que una pequeña parte de la señal llegará a tierra y solo podrá ser captada por un receptor especialmente sensible. Es por esto que este tipo de transmisión utiliza muy poco debido a su baja eficiencia. La figura 2.5 muestra el efecto de la difracción de una señal por la ionósfera. Figura 2.5 Efecto de la difracción de una señal de RF en la ionósfera.

22 Propagación por difracción meteórica. Para este caso ocurre el mismo efecto de propagación que con el fenómeno de difracción ionosférica, pero aquí la ionósfera se alimenta por el frotamiento de los meteoritos que vienen a gran velocidad del espacio exterior. Este tipo de transmisión se utiliza para comunicaciones a corta distancia y solo funciona a horas y condiciones precisas. La figura 2.6 muestra el efecto que tienen los meteoros en la ionósfera para que pueda existir la difracción de la señal. Figura 2.6 Efecto de la ionósfera cargada por los meteoros del espacio exterior Propagación troposférica. La capa troposférica se encuentra entre los 11 Km. y los 16 Km. En esta capa se forman las nubes y la temperatura desciende rápidamente debido a la altura. Cuando se produce la inversión del gradiente de temperatura, se generan los denominados canales de ionización, que son ideales para que las ondas de radio puedan viajar. Este tipo de propagación es útil para frecuencias de VHF y UHF. La figura 2.7 muestra el efecto que tiene la capa troposférica en la señales de RF a altas frecuencias. Figura 2.7 Propagación de RF en la tropósfera.

23 Propagación por reflexión más allá de la atmósfera. Existen dos tipos de reflexión, la primera es la propagación por reflexión en la luna, que utiliza al satélite natural como reflector. Para que este tipo de propagación funcione es necesario que la luna se pueda ver entre las dos estaciones tanto transmisora como receptora, además de que se utilizan frecuencias de VHF y UHF para cruzar la atmósfera. La segunda forma de propagación es la que utilizan los satélites artificiales como reflector y funciona bajo el mismo efecto que la primera. La figura 2.8 muestra el funcionamiento básico de una transmisión más allá de la atmósfera. Con este fin se han construido diversos artefactos que reciben el nombre común de satélites artificiales. Existen dos tipos de satélites artificiales: Satélites pasivos: Estos satélites se encuentran en órbita alrededor de la Tierra y sirven como espejos, reflejando la onda de radio y regresándola a la Tierra. Satélites activos: Estos satélites funcionan igual que los satélites pasivos, pero la diferencia es que estos reciben la señal y la amplifican enviándola de regreso a la Tierra. Figura 2.8 Propagación de RF por medio de un satélite artificial.

24 Propagación de RF para comunicaciones satelitales. Las frecuencias utilizadas en los sistemas satelitales se encuentran en el orden de 1GHz a 30GHz. la razón de utilizar este rango de frecuencias es para que las señales emitidas sean capaces de cruzar la atmósfera hacia el satélite y de regreso a la Tierra. Este tipo de enlaces no requieren de una línea de vista entre la estación transmisora y la estación receptora, para comunicar una estación con otra es necesario crear el enlace por medio de un satélite, de modo que el receptor sea capaz de recibir la señal del emisor. Existen muchos fenómenos que alteran fácilmente las ondas de RF en los sistemas satelitales, es por esto que para realizar comunicaciones, ya sean satélite tierra o tierra satélite, las señales tienen que sortear todos los fenómenos antes mencionados generados por la Tierra y la atmósfera en la propagación de señales de RF. Además existen otros efectos que dificultan las transmisiones satelitales y estos son: Pérdida de energía en trayectoria por el espacio libre. Ruido de precipitación atmosférica, producido por la lluvia intensa. La radiación solar, así como la Luna como repetidor solar Pérdidas en trayectoria por el espacio libre. Las pérdidas por trayectoria en el espacio libre Lp, se definen como las pérdidas que ocurren cuando una onda electromagnética es transmitida en el vacío. Pero en realidad no existe pérdida de energía al transmitir las ondas electromagnéticas, el efecto que ocurre realmente es una dispersión de la señal según se aleja del transmisor. Por eso es mejor llamar a este fenómeno pérdidas por dispersión. La ecuación 2.3 muestra las pérdidas por dispersión. L p 2 4D 4Df c 2 (2.3) Expresando en decibeles esta ecuación se obtiene

25 16 L p 4D λ 4Df c db 10Log 20Log 2 (2.4) Si la frecuencia se expresa en MHz, la ecuación queda de la siguiente manera. 4 db 20Log Lp Logf Mhz 20LogD(Km) Logf (MHz) 20LogD(Km) (2.5) Si la frecuencia se indica en GHz, la ecuación queda de la siguiente manera. Lp(dB) Logf (GHz) 20LogD(Km) (2.6) L p : Pérdidas por trayectoria en el espacio libre. D : Distancia que viaja la señal. f : Frecuencia de transmisión. c : Velocidad de la luz Ruido de precipitación atmosférica, producido por la lluvia intensa. La lluvia es un fenómeno capaz de afectar a las comunicaciones por satélite debido a que ésta actúa como una cortina entre el transmisor y el receptor. Esto sucede tanto en el enlace de subida, como en el enlace de bajada. Siempre que una señal atraviese una zona de lluvia, se generará un problema de atenuación. Esto es debido a la absorción de energía de las ondas electromagnéticas por parte de las gotas de agua, lo que puede reducir considerablemente la potencia de la señal. Las gotas de agua pueden llegar a convertirse en hielo o nieve, la atenuación debida a este fenómeno se llama atenuación por hidrometeoros y aumenta con la frecuencia. El hielo ubicado en las antenas terrenas también puede afectar la comunicación de las ondas de radio de los satélites, esto ocurre por el efecto de reflexión, ya que el hielo puede ser capaz de reflejar la señal en otra dirección que no sea el foco de la antena.

26 La Luna como repetidor de radiación solar. La radiación solar, es un gran problema en las trasmisiones satelitales, esto se debe a que el Sol es un gran productor de ondas de radio, que producen ruido en el enlace. Hay distintas formas en que el Sol afecta las comunicaciones de radio. En la figura 2.9 se muestra cómo la radiación emitida por el Sol afecta al enlace descendente, y ésta ocurre cuando el satélite se halla en línea recta entre el Sol y la estación terrestre. Figura 2.9 Enlace descendente afectado por la radiación solar. Otro efecto provocado por el Sol puede ser observado en la figura 2.10 que se muestra un satélite ubicado en medio de la línea imaginaria desde el sol hasta un satélite secundario. En este caso el enlace descendente se verá afectado si la antena receptora se encuentra en dirección al espacio y no a la Tierra. Figura 2.10 Enlace afectado por la posición de las antenas y la radiación solar. El último caso se muestra en la figura 2.11, indicando que cuando el haz de la antena sale fuera de la Tierra y se intercepta con la radiación solar, el enlace ascendente se verá afectado en gran cantidad por el Sol.

27 18 Figura 2.11 Enlace afectado por la dirección de la antena Interferencia terrestre. La interferencia terrestre ocurre a que otras antenas transmiten sobre la tierra pero si se eleva el ángulo de las antenas de las estaciones terrestres el riesgo de interferencia terrestre será menor Interferencia de satélites contiguos. La interferencia de satélites contiguos ocurre cuando la antena no está perfectamente alineada con el satélite del que pretendemos recibir la señal, lo cual trae como consecuencia que no se reciba la transmisión deseada Pérdidas por transmisión debido a un eclipse. Este tipo de fenómenos puede llegar a interrumpir la transmisión del satélite. Cuando el satélite entra en la sombra de la Tierra interrumpe la fuente de energía solar a sus celdas y esto provoca una pérdida en el servicio de transmisión. Esto significa que el satélite está activo gracias a las baterías de reserva que no son capaces de dar toda la potencia de salida. Los receptores que están en el extremo del área de cobertura pueden perder la señal. El eclipse solar únicamente se produce dos veces al año, y este efecto puede provocar el desplome de las comunicaciones por varios minutos al día.

28 CAPÍTULO III SATÉLITES.

29 Historia de los satélites. La idea de poner objetos en el espacio en órbitas alrededor de la tierra ocurrió después de finalizar la Segunda Guerra Mundial. En 1945 un oficial de radar de la RAF (Real Fuerza Aérea), llamado Arthur C. Clarke, escribió un artículo en la revista Wirelees World que hablaba de colocar tres repetidores separados 120 entre sí, a una distancia de Km de la Tierra. La figura 3.1 muestra la idea de Arthur C. Clarke con tres satélites geoestacionarios capaces de dar cobertura a todo el planeta Tierra y mantenerlo comunicado. Pero para esa época no existían los medios necesarios para colocar un satélite ni siquiera en la orbita más baja. Figura 3.1 Cinturón de Clarke. La idea de una repetidora en el espacio fue cada vez mas apetecida y es por esto que el ejército estadounidense comenzó a utilizar la Luna como reflector para así realizar la primera comunicación satelital en la historia de la humanidad, entre los años de 1951 y El primer satélite espacial artificial en ponerse en órbita fue el Sputnik, que llevaba consigo un radio faro que emitía señales en el orden de los 20 y 40 MHz. En el año de 1958 el presidente norteamericano Eisenhower grabó un mensaje de navidad que fue transmitido desde el espacio gracias al proyecto SCORE, para así lanzar el misil ICBM Atlas, siendo así la primera vez en que se retransmitiría la voz humana desde el espacio. Después en el año 1960 se lanzaría el satélite Courier 1B, aquel era un satélite militar capaz de transmitir hasta 68,000 palabras por minuto. Este satélite implementó un sistema de alimentación que se sigue utilizando hasta ahora, el de las celdas solares.

30 21 El primer satélite activo colocado en órbita fue el Telestar 1, en el año de 1962, también fue el primer satélite comercial a cargo de American Telephone and Telegraph. Un año después le seguiría el Telestar 2. Las estaciones terrestres estaban colocadas en Estados Unidos, Inglaterra y Francia. Un hecho histórico importante fue la primera transmisión a través del Atlántico, a este evento se le conoció como el nacimiento de la aldea mundial. Al Telestar 1 le seguirían satélites como el Relay 1, un satélite colocado en órbita baja en 1962 y luego el Relay 2 en Estos satélites fueron muy importantes ya que ayudaron a comprender las limitaciones que estos vehículos podían tener. En 1963 el Syncom 2 se colocó en órbita geosíncrona alrededor del Atlántico y el 13 de septiembre del mismo año junto con el Relay 1 hicieron el enlace de tres países: Brasil, Nigeria y Estados Unidos. En la década de los 60, los satélites comenzaron a dominar la vista exterior de la Tierra, en 1964 el mundo se sobrecogió al ver en vivo la ceremonia de apertura de los juegos olímpicos en Japón, gracias al satélite Syncom 3. En 1964 el presidente Kennedy invitó a los distintos países a conformar una asociación en pro de la paz, esto fue de gran interés para los países que formaron el consorcio llamado INTELSAT, y así en 1965 pusieron en órbita su primer satélite, el INTELSAT 1, mejor conocido como Early Bird, que contaba con 240 circuitos telefónicos y estuvo en servicio durante cuatro años, en la actualidad INTELSAT cuenta con 32 satélites en órbita. La red nacional más extensa de satélites fue desarrollada por la URSS en el año 1965 ya que pusieron en órbitas altamente elípticas a sus satélites Molniya (relámpago), este tipo de órbita duraba 12 horas y con esto podían mantener cubierto el territorio soviético en los horarios más convenientes. Las series Molniya 1 y 2 comprenden cuatro pares de cada tipo de satélite, colocados a intervalos de 90º alrededor de la órbita, le seguiría la serie Molniya 3. Los Molniya tuvieron un gran impacto social y político, y pusieron en contacto a Moscú con otros países del bloque socialista, esto fue gracias a la creación de la organización Intersputnik. La red soviética siguió creciendo con la llegada del Rafuga, cuya función era la misma que la de los Molniya, pero de órbita

31 22 geoestacionaria. Para el año de 1980 los rusos crearon la primera estación terrena móvil llamada Mars que, con los satélites Gorizont lanzados en 1978, trasmitieron a más de 2500 millones de personas los juegos olímpicos de Moscú Reglamentación de organismos registrados. Existen diversos organismos encargados de la normalización y la reglamentación de los sistemas de comunicaciones vía satélite. La normalización es el conjunto de reglas de no obligado cumplimiento, llamadas recomendaciones (por ejemplo, la norma GSM se aplica de forma distinta en EE.UU., Europa y Japón). Entre los organismos de normalización destacan: ETSIT (CEPT) en Europa. FCC (Federal Communications Commision) en EE.UU. La reglamentación, por otra parte, es el conjunto de reglas de obligado cumplimiento, como las autorizaciones de posiciones orbitales, frecuencias, coberturas, etc. De la reglamentación se encarga la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones o ITU), organismo internacional dependiente de la ONU. Dentro de la UIT se distinguen varios organismos: Secretaría General, con sede en Ginebra, que se encarga de la coordinación general. IFRB (International Frequency Registration Board), encargada del registro de las posiciones orbitales. CCIR (Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones), actualmente ITU-R, encargado de los estudios técnicos y recomendaciones relacionados con la radio.

32 23 CCITT (Comité Consultivo Internacional de Teléfonos y Telégrafos), actualmente ITU-T, encargado de la telefonía. Los reglamentos se aprueban en conferencias internacionales (WARC, World Administrative Radio Conferences). Por ejemplo, en la WARC 79 se asignaron las bandas de frecuencias a 17 servicios de telecomunicación dividiendo el mundo en 3 regiones: Región I: Europa, África, Rusia y Mongolia. Región II: Norteamérica, Suramérica y Groenlandia. Región III: Asia, Australia y el Pacífico Sur. Respecto a la utilización de las bandas, en la tabla 3.1 se refleja la división del espectro, la denominación de cada banda y los usuarios a los que va destinada: Tabla 3.1 Utilización de las bandas satelitales. Designación Rango Servicio Observaciones Banda L 1-2GHz Servicio móvil Baja atenuación en el espacio libre Banda 2 2-4GHz Subsistema telemedida y telecomando Banda C 6GHz (UL) 4GHz (DL) Servicio fijo Es el segmento más saturado Banda X 8GHz (UL) Uso militar 7GHz (DL) Banda Ku 14/12GHz 17/12GHz Servicio fijo DBS Ampliación de servicios banda C Enlaces entre satélites. 18GHz (UL) 27GHz (DL) Enlaces entre satélites (IRIDIUM). Banda Ka GHz Uso militar. Milimétricas 60 GHz Servicio móvil de Videoconferencias, banda ancha. etc.

33 Órbitas de los satélites. Todos los satélites artificiales están asignados a una órbita espacial ya definida, estas órbitas pueden ser de tipo circular o elíptica. La figura 3.2 muestra la diferencia entre una órbita circular y una órbita elíptica. Por lo general estas órbitas se mueven en el mismo sentido que la Tierra. Si un satélite recorre su órbita en el sentido de la Tierra se le llamará satélite asíncrono y su velocidad angular tendrá que ser mayor a la velocidad angular de la Tierra. En cambio, si su velocidad angular es menor o si la trayectoria que recorre el satélite es en sentido contrario se le llamará al satélite retrógrada. Debido a que los satélites nunca están fijos a un punto de la Tierra solo se pueden utilizar cuando están disponibles, esto por lo general es solo en un tiempo de 15 minutos. Figura 3.2 Formas de las trayectorias de las órbitas. Otro parámetro importante que ayuda a definir las trayectorias satelitales es la inclinación en grados con respecto al ecuador, éstas pueden ser ecuatoriales, inclinadas o polares. La figura 3.3 muestra las órbitas de inclinación con respecto al ecuador.

34 25 Figura 3.3 Órbitas con ángulo de inclinación respecto al ecuador Tipos de órbitas de los satélites. Existen tres órbitas satelitales distintas, que se definen por su altura con respecto a la Tierra así como su trayectoria. Estas trayectorias no podrían haberse diseñado si no se entendiera las leyes del movimiento planetario, mejor conocidas como Leyes de Kepler. Kepler comprendió el movimiento planetario después de extensos estudios y observaciones del planeta Marte. Gracias a estos estudios pudo realizar leyes del movimiento planetario con respecto al Sol. Debido a que el funcionamiento de un satélite es igual al de la Tierra con respecto al Sol las leyes de Kepler se aplican a las órbitas satelitales. Leyes de Kepler: La órbita de cada planeta (satélite) es una elipse con el Sol (Tierra) en uno de sus focos. El punto de la órbita en que el planeta está más cerca del Sol se denomina perigeo, y el punto donde está más lejos del Sol se le denomina apogeo. La línea que une al Sol (Tierra) con el planeta (satélite) barre áreas iguales en tiempos iguales. El cuadrado del período de revolución es proporcional al cubo de su eje mayor. Así como es importante para diseñar una órbita satelital conocer las leyes de Kepler, también es de gran importancia saber de la existencia de los cinturones de Van Allen, que tienen gran cantidad de partículas ionizadas con alto nivel de radiación, es por esto que deben ser evitados. El primer cinturón de Van Allen se encuentra entre los 1,500 y 3,000

35 26 Km., y el segundo entre los 13,000 y 20,000 Km. La figura 3.4 muestra la ubicación de las órbitas satelitales con respecto a las zonas de Van Allen. Figura 3.4 Ubicación de las órbitas satelitales y cinturones de Van Allen. Como se expresó antes, las órbitas de los satélites artificiales se definen según su distancia con respectó a la tierra, su plano orbital y la forma de órbita. Con estos parámetros junto con las leyes de Kepler se pueden definir las tres órbitas satelitales de la siguiente manera: Órbita LEO (Low Earth Orbit) órbita terrestre baja. Esta órbita tiene una altura constante de 500 a 900 Km., por lo que su órbita es de tipo circular. La ventaja de esta órbita es que debido a su altura las pérdidas generadas por trayectoria en el espacio libre son menores. El período de recorrido es aproximadamente de una hora y media y la órbita tiene una inclinación de 90. Órbita MEO (Medium Earth Orbit) órbita terrestre media, también conocida como órbita circular intermedia. La altitud de esta órbita es de 5,000 12,000 Km., con una inclinación de 50 y con un período aproximado de 6 horas en su recorrido. En esta órbita con solo 15 satélites se puede tener una perfecta cobertura de todo el planeta. Órbita GEO (Geosynchronous Earth Orbit) órbita terrestre geoestacionaria. La altitud de esta órbita es de 35,786 Km, es de tipo circular y su inclinación es de cero

36 27 grados con respecto al ecuador, el período de recorrido de trayectoria es el mismo que el de la Tierra. Un solo satélite GEO puede tener una cobertura del 43% de la superficie de la Tierra. La figura 3.5 muestra los tres tipos de orbitas que se encuentran alrededor de la tierra así como sus alturas. Figura 3.5 Órbitas satelitales. 3.3 Puesta en órbita de un satélite geoestacionario La colocación en órbita de un satélite geosíncrono consiste en poner primero el satélite en una órbita llamada órbita de transferencia, que tiene la característica de ser inclinada y elíptica, después se encenderán los motores para poner al satélite en la órbita deseada. La precisión en la colocación del satélite tiene que ser exacta ya que así se ahorrará combustible, este último dicta la vida útil de un satélite. La puesta en órbita se hace en cuatro pasos: 1. Lanzamiento y puesta en órbita de aparcamiento: llevar un satélite hasta la órbita geoestacionaria es muy difícil, es por esto que se ocupan otras dos órbitas para después enviarlo hacia la órbita geoestacionaria desde ahí. El satélite será situado en una órbita de baja altura, llamada órbita de aparcamiento, de entre 90 y 120 Km., esto es más seguro y económico. Entre la tierra y la órbita geoestacionaria se encuentran los cinturones de Van

37 28 Allen donde la radiación es muy elevada. Es por esto que el satélite ingresa en la órbita de aparcamiento, que está libre de radiación y puede encender y autocalibrar sus circuitos sin riesgo de que se dañen. 2. Órbita de transferencia: La segunda etapa consiste en pasar de la órbita de aparcamiento a la órbita de transferencia, que tiene un apogeo de 36,000 Km., coincidiendo así con la órbita geoestacionaria. En esta órbita los instrumentos del satélite se autocalibran nuevamente para obtener la estabilización giroscópica, esto puede llegar a requerir de varias vueltas en la órbita, pero este tiempo debe ser mínimo por las radiaciones generadas por el cinturón de Van Allen. 3. Encendido del motor de apogeo: el éxito de la misión recae prácticamente en este momento que es donde el motor de apogeo transformará la órbita elíptica en ecuatorial y casi circular. Estas maniobras requieren de tanto cuidado y presición que llegan a tardar hasta tres semanas, recordando que mientras menos combustible se use la vida útil del satélite será mayor. 4. Órbita geoestacionaria: en esta etapa el satélite ya llegó a la distancia requerida. Si el satélite es de estabilización por 3 ejes generará tres momentos de inercia perpendiculares para que ya no esté girando y quede orientado en dirección hacia un punto fijo ubicado en la Tierra, a esta maniobra se le conoce como adquisición del asiento, luego continúa la adquisición de la posición orbital definitiva que consiste en mover el satélite a la longitud deseada, aquí también se tiene que tener mucho cuidado debido a la gran cantidad de satélites que existen en la órbita. Por último, el satélite siempre presentará variaciones de posición debido a la forma irregular de la Tierra, así como las fuerzas de gravedad de la Luna y el Sol, estas variaciones tendrán que ser corregidas durante toda la vida útil del satélite. La figura 3.6 muestra las distintas órbitas que se utilizan para poner en órbita un satélite.

38 29 Figura 3.6 Puesta en órbita de un satélite. 3.4 Módulo de misión. Este sistema es el que se encarga de transmitir y recibir datos del satélite, así como de conocer el estado del mismo. Existen dos tipos de subsistemas: el subsistema de telemedida y telecomando, así como el subsistema de comunicación. El subsistema de telemedida y telecomando trabaja con frecuencias que están en el rango de 1 a 1.5 GHz. Este subsistema comienza a ser utilizado desde que el satélite es lanzado y utiliza antenas omnidireccionales ya que, en el momento del lanzamiento del satélite, no está en una posición fija apuntando a la tierra, es decir, se encuentra rotando. El subsistema de comunicación no transmite órdenes al satélite, sino que se encarga de transmitir las señales recibidas desde una estación terrestre, como televisión satelital, telefonía satelital, etc. El subsistema de comunicaciones, comienza a funcionar en el momento en que el satélite ya esta ubicado en su sitio. 3.5 Sistema de control y diseño de satélites. Como ya se mencionó antes la posición del satélite estará variando constantemente debido a efectos de gravedad del Sol y de la Luna, por lo que se requiere de correcciones cada 2 ó 4 semanas. Estos cambios se hacen desde el módulo de misión por medio del

39 30 subsistema de telemedida y telecomando. A estas correcciones se les conoce como control de posición orbital. La forma en la construcción del satélite incide directamente en el control del mismo. Existen dos tipos de satélites en la actualidad: los de estabilización por spin y los de estabilización por tres ejes. Los satélites de estabilización por spin son satélites que giran constantemente sobre su propio eje. Las celdas solares se encuentran alrededor de su cuerpo y tienen que estar perpendicularmente sobre el ecuador para así recibir la mayor cantidad de energía solar. La figura 3.7 muestra un satélite de estabilización por spin que gira completamente sobre su eje, es decir, la antena también se encuentra girando, por lo que requiere de una antena omnidireccional. Figura 3.7 Satélite antiguo con estabilización por spin. La figura 3.8 muestra un satélite de estabilización por spin que soluciona el problema de la antena omnidireccional, ya que la antena se encuentra fija en el centro del satélite y el cuerpo de éste es el que se encuentra girando. Con este cambio se logra obtener mayor directividad por parte del satélite.

40 31 Figura 3.8 Satélite con estabilización por spin con antena fija. Los satélites de estabilización por tres ejes son lo más utilizados en la actualidad, los ejes de rotación se encuentran en el centro y dentro del satélite, haciendo que el cuerpo del mismo no esté girando, esto es una gran ventaja, ya que las celdas solares no rotan y se encuentran siempre apuntando directamente al Sol y así se aprovecha más la energía solar. La figura 3.9 muestra un satélite de estabilización de tres ejes. Figura 3.9 Satélite de estabilización de tres ejes Sistema de propulsión. El sistema de propulsión tiene tres objetivos: el primero es el paso a la órbita de transferencia y a la órbita geoestacionaria, el segundo es la posición orbital que consiste en mantener al satélite en la longitud exacta y el tercero es el control de asiento que, como ya se mencionó antes, es el control que se encarga de mantener al satélite apuntando hacia la

41 32 tierra. El combustible que utilizan los satélites es la Hidracina, que proporciona una gran potencia y tiene poco peso. Los satélites llevan un peso de combustible de 150 a 200 Kg. De esta cantidad de combustible dependerá el tiempo de vida útil del satélite Sistema de energía eléctrica. La energía con que trabajan los satélites es energía solar, que llega a ser en el espacio hasta de 1390 W/m2. En la actualidad la tecnología de silicio está trabajando en el límite a unos 1800 W/m2, diciendo que la energía solar en el espacio es más que suficiente y de avanzar más la tecnología podrá ser aprovechada mejor. El desgaste por la radiación solar genera pérdidas de hasta el 10%, este problema es más grave en los satélites de estabilización de tres ejes, ya que los paneles reciben constantemente radiación, en cambio los paneles solares de los satélites de estabilización de spin reciben radiación el 50% del tiempo, debido a que se mantienen girando constantemente. La figura 3.10 muestra que los satélites de estabilización de tres ejes tienen una rotación cada 24 horas con respecto al cuerpo del satélite, esto quiere decir que los paneles apuntan constantemente al Sol, a diferencia de los satélites de estabilización de spin. La energía suministrada por los paneles solares sufre cambios constantemente, esto es debido a los equinoccios y a los solsticios que generan desgaste en las celdas solares. Existe un umbral de energía necesaria para que el satélite funcione, este factor también ayuda a determinar la vida útil del satélite. Figura 3.10 Energía del satélite.

42 Control térmico. En la actualidad los equipos electrónicos de los satélites suelen funcionar a temperaturas de 0 C a 70 C, en el espacio las temperaturas pueden llegar a ser de -150 C cuando no recibe radiación solar y de +250 C cuando si la percibe. Es por esta razón que un control térmico es indispensable para el buen funcionamiento de los satélites, estos controles pueden ser mantas térmicas envueltas en el satélite, radiadores externos, resistencias calentadoras y pinturas negras con el fin de evitar la dilatación de la estructura. 3.6 Cobertura proporcionada por un satélite. La cobertura que puede ofrecer un satélite depende del tipo de radiación que emita la antena del satélite. Existen tres tipos de haz que pueden ofrecer los satélites. El primero es el haz global, que proporciona una cobertura de hasta 1/3 de la superficie terrestre en órbitas GEO. El siguiente tipo es el haz de pincel, teniendo una cobertura para órbitas GEO de 600 a 800 Km 2., ideal para comunicaciones móviles. Una característica muy importante es que este tipo de haz puede ser variado electrónicamente en función del área que se quiere cubrir. El tercer tipo es el haz de perfilados, en él se modifica el tipo de radiación de la antena para así cubrir un área deseada. La cobertura geométrica se refiere a aquellos puntos que ven al satélite, es decir, con línea de vista y con una elevación mayor a 0 de la antena. Es importante mencionar que a ángulos pequeños las ondas de radio cruzan mayor volumen de atmósfera, generando más pérdidas en la señal. La cobertura radioeléctrica está obligada a trabajar con ángulos mayores a 5, debido a que la cobertura radioeléctrica está limitada por la distancia, el ruido eléctrico y la atmósfera.

43 Ángulo azimut, ángulo de elevación y distancia. Para que exista un enlace satelital es necesario que exista una línea de vista entre la estación terrena y el satélite. Para que la línea de vista exista la antena tiene que apuntar hacia la latitud donde se encuentra el satélite. Existen dos movimientos que debe tener cualquier antena de enlace satelital, estos son el ángulo azimut y el ángulo de elevación. El ángulo azimut se define como el ángulo de apuntamiento horizontal de una antena terrestre, tomando como referencia al norte como 0. El ángulo de elevación se define como la apertura entre el plano horizontal y la señal electromagnética radiada por la antena. La figura 3.11 determina el ángulo azimut y el ángulo de elevación. Figura 3.11 Ángulo azimut respecto al norte y ángulo de elevación respecto al horizonte Cálculo del ángulo azimut Para realizar el cálculo del ángulo azimut es necesario conocer la latitud LAes de la estación terrestre, longitud LOes de la estación terrestre, así como la longitud LOsat del satélite. La ecuación 3.6 muestra el cálculo del ángulo azimut. 1 tan LO es LOsat Azm tan (3.6) senlaes

44 35 Para obtener el ángulo real del azimut se utiliza la tabla 3.2 Tabla 3.2 Cálculo real del ángulo azimut. Situación Ecuación Si el satélite se encuentra al sureste de la estación terrestre Az =180 + Azm Si el satélite se encuentra al suroeste del la estación terrestre Az = Azm Si el satélite se encuentra al noroeste del la estación terrestre Az = Azm Si el satélite se encuentra al noreste de la estación terrestre Az = Azm Cálculo del ángulo de elevación. Para el cálculo del ángulo de elevación también se necesita la ubicación de la estación terrestre tanto como la ubicación del satélite. La ecuación 3.7 muestra el cálculo del ángulo de elevación. 1 cos LAes cos LOes LOsat Elev tan cos LA (3.7) es cos LOes LOsat Cálculo del rango. Se conoce como rango a la distancia que existe entre el satélite y la estación terrena. Para efectuar este cálculo se requiere del ángulo de elevación, el radio de la tierra, R y la distancia de órbita geoestacionaria, h. La ecuación 3.8 muestra el cálculo de la distancia de un satélite con órbita geoestacionaria donde el radio de la Tierra es igual a 6378 Km., y la órbita GEO se encuentra a Km. 1 sen cos Elev 90º- - Elev 2 S R 2 R h 2RR h cos (3.8)

45 CAPÍTULO IV MODELO DE ENLACE SATELITAL

46 Modelo del enlace satelital. En esencia, un enlace satelital se conforma de tres etapas. Dos están ubicadas en las estaciones terrestres, a las que llamaremos modelos de enlace de subida y bajada y la tercera etapa estará ubicada en el espacio, donde la señal de subida cruzará por el transpondedor del satélite y será regresada a la tierra a una frecuencia distinta a la que fue transmitida Modelo de enlace de subida El principal componente de la sección de enlace de subida de un sistema satelital es la estación terrestre transmisora. Una estación transmisora terrestre suele consistir de un modulador de Fl, un convertidor elevador de frecuencia de FI a microondas RF, un amplificador de alta potencia (HPA. de high power amplifier) y algún medio de limitar la banda del espectro final de salida (es decir, un filtro pasabandas de salida). La figura 4.1 muestra el diagrama de bloques de un transmisor de estación terrestre. Figura 4.1 Modelo de enlace de subida al satélite El modulador de Fl convierte las señales de banda base que entran a una frecuencia intermedia modulada FM, PSK o QAM. El convertidor elevador, que es un mezclador y filtro pasabandas convierte la Fl a una RF adecuada de portadora. El HPA proporciona la

47 38 sensibilidad adecuada de entrada y la potencia de salida para propagar la señal hasta el satélite transpondedor. Los HPA que se suelen usar son klistrones y tubos de onda viajera Transpondedor Un transpondedor satelital típico consiste en un dispositivo limitador de banda de entrada (filtro pasabandas). Un amplificador de bajo ruido (LNA, de low noise amplifier) de entrada, un desplazador de frecuencia, un amplificador de potencia de bajo nivel y un filtro pasabandas de salida. La figura 4.2 muestra un diagrama de bloques simplificado de un transpondedor satelital. Figura 4.2 Transpondedor del satélite. Este transpondedor es una repetidora RF a RF. Otras configuraciones del transpondedor son repetidoras de Fl y de banda base, parecidas a las que se usan en las repetidoras de microondas. En la figura 4.2 el BPF de entrada limita el ruido total aplicado a la entrada del LNA. Un dispositivo que se usa con frecuencia como LNA es un diodo túnel. La salida del LNA se alimenta a un desplazador de frecuencias, que es un oscilador de desplazamiento y un BPF, que convierte la frecuencia de banda alta del enlace de subida, en frecuencia de banda baja del enlace de bajada. El amplificador de potencia de bajo nivel, que suele ser un tubo de onda viajera, amplifica la señal de RF para su

48 39 transmisión por el enlace de bajada, hacia las estaciones receptoras terrestres. Cada canal satelital de RF requiere un transpondedor por separado Modelo de enlace de bajada Un receptor en la estación terrestre comprende un BPF de entrada, un LNA y un convertidor descendente de RF a FI. La figura 4.3 muestra un diagrama de bloques de un receptor típico de estación terrestre. También aquí, el BPF- limita la potencia de entrada de ruido al LNA Este es un dispositivo de gran sensibilidad y bajo ruido, como un amplificador de diodo túnel o un amplificador paramétrico. El convertidor descendente de RF a FI es una combinación de mezclador y filtro pasabandas que convierte la señal de RF recibida a una Frecuencia FI. Figura 4.3 Modelo de enlace satelital de bajada. 4.2 Ganancia de la antena. La ganancia de la antena es un factor muy importante en cualquier tipo de comunicaciones de radio, e indispensable para el cálculo del enlace satelital. La definición de ganancia de la antena A t, se refiere a la relación que existe entre la potencia radiada por

49 40 una antena isotrópica, a una distancia y la densidad de potencia que radiaría la misma antena pero en una sola dirección, con igual cantidad de potencia entregada. La ecuación 4.1 muestra como se compone la ganancia de la antena. A t 2 Df (4.1) c Ganancia de la antena en decibeles 2 Df At db 10log (4.2) c A t : Ganancia de la antena (db) : Eficiencia de la antena (adimensional) D : Diámetro de la antena (m) f : Frecuencia de transmisión (GHz) c : Velocidad de la luz (m/s) 4.3 Temperatura equivalente de ruido. En los sistemas de comunicaciones existe un parámetro que se conoce como índice de ruido, éste es producido por todos los objetos cuya temperatura esté por encima del cero absoluto. El índice de ruido es útil para sistemas de microondas terrestres, pero para las comunicaciones satelitales tiene que ser más preciso al calcular las variaciones de ruido. Para efectuar el cálculo de la temperatura equivalente de ruido se requiere de otros parámetros como la temperatura ambiente T, así como el factor de ruido F. La ecuación 4.7 dice cómo obtener el factor de ruido, que es el índice que servirá para saber cuanto se

50 41 deteriora la relación señal a ruido que se genera cuando una esta pasa a través de un circuito electrónico. La figura 4.4 explica esta relación. Figura 4.4 Factor de ruido. La ecuación 4.3 muestra la potencia de ruido generada por el amplificador N. N KT B (4.3) e La ecuación 4.4 muestra la potencia de ruido en el amplificador de salida N e y se expresa de la siguiente manera. N e T e AKB T (4.4) N e : Potencia de ruido en el amplificador de salida N i : Potencia de ruido en el amplificador de entrada A : Ganancia de potencia del amplificador B : Ancho de banda (Hz) Considerando la figura 4.4 y sustituyendo la potencia de ruido en el amplificador de salida en la ecuación 4.5 se obtiene como resultado el factor de ruido. S S N ent Ni Ne AKBT Te Te F 1 (4.5) S AS ANi AKTB T N No sal

51 42 N : Potencia total de ruido (W) K : Constante de Boltzmann (JºK) A : Ganancia de potencia del amplificador (adimensional) T : Temperatura ambiente (ºK) T e : Temperatura equivalente de ruido (ºK) La ecuación 4.6 muestra la temperatura equivalente de ruido, T e. T e T F 1 (4.6) F : Factor de ruido (adimensional) Densidad de ruido. La densidad de ruido se conoce como la cantidad de potencia de ruido normalizado a un ancho de banda de 1Hz, siendo ésta la relación entre la potencia de ruido generada por un amplificador. La ecuación 4.7 muestra la densidad de ruido. N N kt B (4.7) B B e 0 KTe 4.4 Parámetros del sistema satelital. Los parámetros del sistema satelital son todos aquellos elementos que conforman al modelo del enlace. Estos parámetros se encuentran en todas las partes del mismo en las que se generen pérdidas de potencia, ya sean provocadas por la forma del terreno o por los aspectos que generan que las señales de radio se desgasten al cruzar el espacio libre, así como la atmósfera.

52 Pérdida por reducción. Los amplificadores de potencia que se utilizan en las estaciones terrestres, así como los tubos de onda viajera (TWT) que se usan en los satélites, son dispositivos no lineales; la ganancia de éstos depende de la potencia de entrada de la señal. La figura 4.5 muestra la gráfica característica de la potencia de salida en función de la potencia de entrada para un amplificador de potencia (HPA). Figura 4.5 Potencia de salida de un amplificador. Para reducir la cantidad de distorsión por intermodulación, es necesario reducir la potencia de entrada unos cuantos decibeles, para que el HPA trabaje en una región más lineal Potencia isotrópica radiada efectiva. La potencia isotrópica radiada efectiva PIRE, es una medida que indica la fuerza con que una señal es transmitida hacia un satélite o hacia una estación terrestre. La ecuación 4.8 muestra que la potencia isotrópica radiada efectiva es la combinación de la potencia del transmisor con la ganancia de la antena. La figura 4.6 muestra la ubicación donde se genera la potencia isotrópica radiada efectiva.

53 44 Figura 4.6 Factores que generan el PIRE. PIRE P t A t (4.8) Potencia isotrópica radiada efectiva en decibeles db 10log PIRE P t A t (4.9) PIRE : Potencia isotrópica radiada efectiva (db) P t : Potencia de entrada a la antena (W) A t : Ganancia de la antena de transmisión (db) Entre el amplificador y la antena se generan pérdidas causadas por los cables que unen a estos dos elementos. La ecuación 4.10 muestra cómo se calculan las pérdidas generadas por cables. L c l 10log (4.10) 2 r L c : Pérdidas en el cable (db) l : Longitud del cable (m) : Resistividad del material ( m ) r : Radio del conductor (mm)

54 45 Para el cálculo descendente de un enlace satelital es común utilizar las huellas de los satélites, para así obtener la potencia isotrópica radiada efectiva y de las cartas del satélite obtener la potencia del transpondedor, para así calcular la ganancia de la antena y continuar con los cálculos del enlace Pérdidas por propagación. El cálculo en el enlace de comunicaciones satelitales es necesario para determinar el balance de pérdidas y ganancias en potencia de la señal radiada. El diseño correcto de un enlace de radio asegura la recepción de una señal de buena calidad, evitando así el desperdicio de recursos. Es por esto que se necesita conocer todos los aspectos que afectan a las señales de radio, desde que se transmiten hasta que se reciben. Por este motivo las pérdidas de propagación juegan un papel muy importante en el diseño de un enlace satelital. Como se mencionó en el capítulo I, las pérdidas por propagación en el espacio libre Lp se refieren a que la energía se reparte mientras la señal se propaga alejándose de la fuente, por lo que se produce una menor densidad de potencia a mayor distancia. La ecuación 4.11 muestra las pérdidas por propagación en el espacio libre. L p 4Df c 4Df c db 10log 20log 2 (4.11) Densidad de potencia. Para determinar la densidad de flujo a la distancia del satélite se aplica la ecuación 4.12, tomando en cuenta que r representa el rango o la distancia del radio enlace. C' P A 4r tx tx db 10Log 2 (4.12)

55 46 C ' : Densidad de flujo (dbw/m 2 ) P tx : Potencia de transmisión (dbw) A tx : Ganancia de la antena transmisora (adimensional) r : Rango del radio enlace (Km) Potencia en el receptor. Para obtener la potencia en el receptor de un enlace de radio, se requiere de la ganancia de la antena receptora, esto es con el fin de que la densidad de flujo de la potencia se convierta en potencia eléctrica. La ecuación 4.13 expresa como se muestra la potencia en el receptor a la distancia del satélite. P rx P A A 4r tx tx rx db 10Log 2 (4.13) P rx : Potencia en el receptor (dbw/m) P tx : Potencia de transmisión (dbw) A tx : Ganancia de la antena transmisora A rx: Ganancia de la antena receptora r : Rango del radio enlace (Km) Relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido. La relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido G Te, es una cifra de mérito que sirve para demostrar la calidad de recepción de un satélite o una estación terrena. La ecuación 4.14 se considera como la relación entre la ganancia de la antena receptora y la temperatura equivalente de ruido.

56 47 G A rx (4.14) T e T e Relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido en decibeles G T e A rx db 10log Te (4.15) G T e : Ganancia a temperatura equivalente de ruido (dbk -1 ) A rx: Ganancia de la antena receptora (adimensional) T e : Temperatura equivalente de ruido ( K) Relación de portadora a densidad de ruido. La relación de portadora a densidad de ruido C N 0 es la relación de la potencia de portadora de banda ancha (potencia combinada de la portadora y sus bandas laterales asociadas) entre la densidad de ruido presente en un ancho de banda de 1Hz. La ecuación 4.16 muestra la relación de portador a densidad de ruido. C C (4.16) N 0 KT e Relación de la portadora a señal a ruido. Para realizar el diseño correcto de un enlace satelital se requiere de todos los factores antes mencionados y, para calcular la cantidad de potencia que se transmite en una comunicación satelital. Se utiliza la relación de la portadora a la señal de ruido C N. Esta relación se encarga de reunir todos los tipos de pérdidas y ganancias mostrando la

57 48 eficiencia de un enlace. La ecuación 4.17 sirve para saber la cantidad de potencia transmitida en el enlace. C N C BW (4.17) N Relación de energía de bit a densidad de ruido. La relación de energía de bit a densidad de ruido E b N0 sirve para comparar sistemas digitales que utilizan distintas frecuencias de transmisión, así como esquemas de modulación o técnicas de codificación. Es importante mencionar que para que un HPA trabaje adecuadamente tiene que estar al borde de la saturación. Para sistemas satelitales la potencia saturada de salida (Pt), se expresará generalmente en dbw. En la actualidad los satélites modernos utilizan los siguientes tipos de modulación: por conmutación de fase (PSK) y modulación de amplitud en cuadratura (QAM). Estos tipos de modulación pueden codificar varios bits en un solo elemento de señalización, por lo tanto este puede ser un parámetro más indicativo que la potencia de la portadora. A este elemento se le conoce como energía por bit E b. La ecuación 4.18 define la energía por bit. E PT b t b T b 1 f t Eb (4.18) b P f b E b : Energía por bit (Jbit) P t : Potencia total saturada de salida (W) T b : Tiempo de un solo bit (seg) f b : Frecuencia de bits (Hz)

58 49 La ecuación 4.19 muestra que la relación energía de bit a densidad de ruido esta dada de la siguiente manera. E N b 0 C f N B CB Nf b (4.19) b Esta relación es adecuada para sistemas digitales, pero con fines de facilitación es más útil medir la relación de potencia de portadora de banda ancha a densidad de ruido y convertirla a E b N0. De esto se obtiene la ecuación 4.20 Eb C B (4.20) N 0 N f b Se dice que la relación E b N0 es independiente de la técnica de codificación, del esquema de modulación y del ancho de banda, esto siempre y cuando no sea modificada la potencia total por portadora C y la velocidad, en bps, para no alterar la energía por bit al igual que se espera que la temperatura permanezca constante para que la densidad de ruido tampoco sea alterada. E b, 4.5 Efectos atmosféricos en la propagación de señales. Para un diseño más exacto es necesario conocer no solo los efectos básicos de propagación de las ondas de radio, sino también la ubicación en donde se efectuará el enlace para así definir cómo influyen los aspectos climáticos sobre el cálculo del enlace. La atenuación de ondas de radio en la atmósfera se debe principalmente a dos efectos: Atenuación por gases en la atmósfera L g. Atenuación por hidrometeoros L r.

59 Atenuación por gases en la atmósfera. La atenuación por gases atmosféricos L g se obtiene de calcular el índice de atenuación Abs de la curva que se muestra en la figura 4.7, indica el índice en (db/km) contra la frecuencia de transmisión. Nótese que en la curva a frecuencias aproximadas a los GHz, 53.5GHz y 65.2GHz generan una gran cantidad de pérdidas en potencia, por lo que las bandas de comunicaciones comerciales han decidido desecharlas y no tomarlas en cuenta para efectos de comunicaciones satelitales. El índice de atenuación será multiplicado por la distancia de la trayectoria atmosférica da. La ecuación 4.21 sirve para calcular la distancia de la trayectoria atmosférica, que depende del ángulo de elevación de la antena así como de la altura de la atmósfera, se pueden observar en la figura 4.8. La altura será considerada de 10 Km debido a que ésta es la altura de la atmósfera a nivel del mar. Figura 4.7 Grafica del índice de atenuación, db/km. Figura 4.8 Altura de la atmósfera a nivel del mar.

60 51 La atenuación atmosférica por cielo claro (sin lluvia) se debe principalmente a efectos de absorción de energía de la onda de radio por efectos de resonancia en las moléculas de vapor de agua H 2 O y de oxígeno O 2. La atenuación por cielo libre depende del ángulo de elevación de la antena, donde a ángulos bajos se generan mayores pérdidas y a ángulos altos menores pérdidas. 10Km da (4.21) sen Elevación La ecuación 4.22 muestra cómo se obtiene el cálculo de las pérdidas por gases atmosféricos y estas pérdidas son el producto de la curva del índice de atenuación por la trayectoria atmosférica. El resultado de las pérdidas por gases se obtendrá en decibeles. Abs da L g (4.22) Atenuación por hidrometeoros. La atenuación por lluvia es un factor que puede llegar a disminuir una señal de radio considerablemente. La figura 4.9 muestra el desgaste que sufre la señal al cruzar por una cortina de lluvia. Figura 4.9 Desgaste de la señal por efectos de lluvia.

61 52 Se le conoce como atenuación por hidrometeoros L r a cualquier meteoro compuesto de agua, ya sea lluvia, granizo o nieve. La lluvia empieza a causar disminución de potencia a partir de frecuencias mayores de 3GHz. Esto ocurre debido a efectos de refracción y dispersión. Dependiendo de la región geográfica donde se encuentre la estación terrena, la atenuación por lluvia puede ser menor o mayor. Esto se basa en las estadísticas de intensidad de lluvia, tamaño de gota y presión atmosférica. La figura 4.10 muestra los porcentajes de lluvia en el continente Americano, la figura 4.11 muestra los porcentajes de lluvia en el continente Europeo y la figura 4.12 los porcentajes de lluvia en Oceanía. La tabla 4.1 se muestra que cantidad de lluvia R en (mm/hr) que cae en cada zona de los distintos continentes. Al conocer la región de lluvia donde se encuentra las estaciones terrenas y se conocen las frecuencias de transmisión se podrán obtener los valores de la atenuación por lluvia de ese lugar. La ecuación 4.23 se utilizará para obtener la atenuación por lluvia a. Este parámetro indicará la atenuación específica en (db/km). La ecuación 4.24 calculará la atenuación por hidrometeoros. Esta se calcula como el producto del parámetro de atenuación por lluvia a por la distancia de trayectoria atmosférica da. b ar (4.23) L R B da ar da (4.24) Los valores de a y b son coeficientes relativos de la señal de radio y se obtienen gracias a los siguientes intervalos: Para a : a f f , f 2.9GHz,54GHz, f 2.9GHz,54GHz (4.25)

62 53 Para b : 1.41 f b 2.63 f , f 8.5GHz,25GHz, f 25GHz,164GHz (4.26) Figura 4.10 Regiones de lluvia en el continente Americano.

63 Figura 4.11 Regiones de lluvia en el continente Europeo. 54

64 55 Figura 4.12 Regiones de lluvia en Oceanía. Tabla 4.1 Regiones de lluvia en los continentes. Region de lluvia Intensidad mm/hr A 6 B 12 C 15 D 19 E 22 F 28 G 30 H 32 J 35 K 42 L 60 M 63 N 98 P 145

65 Cálculo de la relación ganancia a temperatura equivalente de ruido con lluvia. Como ya se mencionó anteriormente, las pérdidas por lluvia generan grandes pérdidas en las señales de radio. Otro factor que se ve afectado por la lluvia es la temperatura equivalente de ruido, por lo cual se verá afectado todo el presupuesto de enlace. La ecuación 4.27 servirá para cambiar la temperatura equivalente de ruido constante de un sistema, cuando el sistema esté siendo afectado por la lluvia. 1 T r T0 1 (4.27) Lr T 0 : Temperatura constante de 290 K L r : Pérdidas provocadas por lluvia (adimensional) con lluvia. La ecuación 4.28 muestra la relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido T e G T ll e T sis T r Arx lluvia (4.28) T e ll decibeles Relación ganancia a temperatura equivalente de ruido con lluvia expresada en G T e Arx lluvia db 10 log (4.29) T e ll

66 Ecuaciones del enlace. Para analizar un enlace satelital se utilizan las ecuaciones de enlace separándolas en dos secciones, subida y bajada. Estas ecuaciones consideran las ganancias y pérdidas por efectos de ruido tanto en la atmósfera como en las estaciones terrenas y el transpondedor del satélite Enlace de subida. Como ya se dijo en el enlace de subida se generan ganancias y pérdidas de una señal de radio. Todas estas pérdidas ya se han comentado antes y se denominan parámetros del enlace, estos parámetros ayudaran a definir la calidad de la señal que llega, en este caso de la estación terrena transmisora al satélite receptor. En la ecuación 4.30 se muestra la relación portadora a densidad de ruido. Para obtener esta relación será necesario transformar todos los parámetros de sus unidades naturales a decibeles para así saber de que calidad es el enlace. C N 0 10 log A P r ent 4D 20 log 10 log G 10 log Lu T e 10 log K C N 0 G T e 1 db PIRE dbw L db dbk L db KdBWK p g (4.30) A continuación la ecuación 4.31 muestra la relación portadora señal a ruido con el cielo claro, que se utilizará para conocer la cantidad de potencia y la calidad de nuestro sistema.

67 58 C N 0 10 log A P r ent 4D 20 log 10 log G 10 log Lu T e 10 log K 10 log B C N 0 G T e 1 db PIRE dbw L db dbk L db KdBWK BdB p g (4.31) Si se desea saber qué cantidad de potencia se está transmitiendo cuando la señal se ve afectada por hidrometeoros, se realiza el cálculo mencionado anteriormente para obtener la atenuación lluvia G Te L r y la relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido afectada por. Estos dos parámetros se utilizarán en el cálculo de la relación de portadora a ruido, como se ve en la ecuación C N 0 G T e 1 db PIRE dbw L db dbk L db KdBWK BdB L db p g r (4.32) Para obtener la potencia con la que se tiene que transmitir cuando está lloviendo, simplemente se realiza la diferencia entre la relación portadora señal a ruido con cielo claro y la relación portadora señal a ruido con lluvia, obteniendo así la potencia que se requiere aumentar cuando llueve para que así llegue al transmisor la misma potencia en los dos casos. La ecuación 4.33 sirve para obtener la relación de potencia de bit a densidad de ruido en decibeles. E N b 0 C B db db 10 log N Rb (4.33) PIRE : Potencia radiada isotrópicamente en el enlace de subida (dbw) L p : Pérdidas por trayectoria de subida (db) G T e : Relación ganancia a temperatura equivalente de ruido de subida (dbk -1 )

68 59 L g : Atenuación por gases atmosféricos de subida (db) K : Constante de Boltzman (dbwk) B : Ancho de Banda de subida (MHz) L r : Pérdidas por lluvia de subida (db) Enlace de bajada. Para el enlace de bajada se realizan los mismos pasos que para el enlace de subida, solamente que los parámetros que se utilizan son los que se encuentran en el modelo del enlace de bajada. De ahí se obtienen las siguientes ecuaciones: La ecuación 4.34 muestra la relación portadora a densidad de ruido en el enlace de bajada con el resultado en decibeles. C N 0 G T e 1 db PIRE dbw L db dbk L db KdBWK p g (4.34) La ecuación 4.35 muestra la relación portadora señal a ruido con el cielo claro en el enlace de bajada con el resultado en decibeles. C N 0 G T e 1 db PIRE dbw L db dbk L db KdBWK BdB p g (4.35) La ecuación 4.36 muestra la relación portadora señal a ruido con lluvia en el enlace de bajada con el resultado en decibeles. C N 0 db PIRE dbw L db p G Te dbk 1 L db KdBWK BdB L db g r ll (4.36)

69 60 La ecuación 4.37 muestra la relación de potencia de bit a densidad de ruido en el enlace de bajada con el resultado en decibeles. E N b 0 C B db db 10 log N Rb (4.37) G T e : Relación ganancia a temperatura equivalente de ruido de subida (dbk-1) L g : Atenuación por gases atmosféricos de subida (db) K : Constante de Boltzman (dbwk) B : Ancho de Banda de subida (MHz) L r : Pérdidas por lluvia de subida (db) PIRE : Potencia radiada isotrópica efectiva en el enlace de bajada (dbw) L p : Pérdidas por trayectoria en bajada (db) G T e : Relación ganancia a temperatura equivalente de ruido en bajada (dbk-1) L g : Atenuación por gases atmosféricos en bajada (db) K : Constante de Boltzman (dbwk) B : Ancho de Banda en bajada (MHz) L r : Pérdidas por lluvia en bajada (db) 4.8 Cálculo de la eficiencia total del sistema. Con el cálculo de la relación portadora señal a ruido, la relación portadora a densidad de ruido y la relación densidad de energía de bit a ruido, tanto como de subida y de bajada. Se puede calcular la eficiencia total del sistema mediante las siguientes ecuaciones. La ecuación 4.38 muestra la eficiencia total en el sistema de la relación portadora a densidad de ruido.

70 61 C N C N u 0.1C N C N u 0.1C N d d 0 (4.38) La ecuación 4.39 muestra la eficiencia total en el sistema de la relación densidad de energía de bit a ruido. E N b E N u 0.1E N 0 d E N u 0.1E N d b b b b 0 (4.39) La ecuación 4.40 muestra la eficiencia total en el sistema de la relación de portadora a señal a ruido, debido a que en el modelo no existen otro tipo de interferencias. C N 1 C N u 1 1 C N d (4.40) La relación C N total depende no solo de las relaciones de portadora a ruido de subida y bajada, también dependen de otros factores como la relación por intermodulación C y la interferencia de otros sistemas cercanos I N im queda de la siguiente manera: C. Por lo que la ecuación 4.41 C N 1 C N u 1 C N d 1 1 C N im 1 C I (4.41)

71 CAPÍTULO V ANTENA Y SATÉLITE UTILIZADOS POR MOVISTAR.

72 Satélite amazonas hispasat cuenta entre su flota de satélites con el mejor satélite de comunicaciones para América. A través de su filial brasileña hispamar, puso en órbita en agosto de 2004 el satélite iberoamericano Amazonas 1, en la posición 61º Oeste. Da cobertura, con capacidades transatlántica y panamericana, a todo el continente americano, Europa y Norte de África. Asimismo, permite complementar la cobertura del sistema hispasat en el Oeste de Estados Unidos, incluyendo California. El satélite Amazonas 1 tiene una capacidad de 63 transpondedores equivalentes de 36 MHz que operan en frecuencias en banda Ku y en banda C Plataforma La plataforma o módulo de servicios, es la encargada de mantener operativo el satélite en su posición orbital durante su vida útil. Las características más destacadas de la plataforma del satélite Amazonas 1 se muestran en la tabla 5.1. Tabla 5.1 Características más destacadas del satélite Plataforma Amazonas Tipo Eurostar 3.000s Fabricante Astrium Dimensiones de la estructura Altura: 5.88 m. principal Longitud: 2.4 m. Ancho: 2.9 m. Potencia de los amplificadores 50 W(banda C) 100 W(banda KU) Longitud 36.1 m. Masa kg. Potencia eléctrica 7000 W

73 Repetidor Los datos más relevantes del repetidor del satélite Amazonas 1 se muestran en la tabla 5.2. Tabla 5.2 Datos mas importantes del repetidor del satélite Carga útil Nº de transpondedores Físicos: 51 (32 banda KU y 19 banda C) Equivalentes de 36 MHz: 63 (36 banda KU y 27 banda C) Polarización Horizontal y vertical Frecuencias Banda C y banda KU Máxima PIRE 52dBW(Brasil) Procesado a bordo Sistema Amerhis Nº de antenas El proyecto amazonas 1 El grupo hispasat lanzó al espacio el "Amazonas 1", un satélite de comunicaciones que, situado en la posición orbital 61º Oeste, da cobertura, con capacidad transatlántica y panamericana, a todo el continente americano, Europa y norte de África. HISPAMAR SATÉLITES, compañía brasileña filial de hispasat, y con sede en Río de Janeiro, es la encargada de llevar a cabo la explotación comercial del satélite. El Amazonas 1 aporta un valor estratégico esencial al grupo hispasat para su implantación en América, dando un impulso definitivo a su internacionalización y apertura a nuevos mercados. Su comercialización, complementada con la alta capacidad de los satélites de hispasat en 30º Oeste, permite a ambas compañías suministrar con la máxima garantía tecnológica todo tipo de servicios de telecomunicaciones en toda la extensión del continente americano. Amazonas 1 aporta: Más capacidad: Duplica la capacidad espacial en órbita de hispasat.

74 65 Más frecuencias: Además de Banda Ku añade una nueva banda de frecuencia: Banda C. Más cobertura: Cobertura sobre todo el continente americano. Más tecnología: Implementa su novedoso sistema de procesado a bordo: Amerhis. Mayor flexibilidad: permite acomodar requisitos de comunicaciones muy dispares. Mayor Fiabilidad: con una mayor red de redundancias que contribuye a incrementar la seguridad y fiabilidad de las comunicaciones. La cronología del Proyecto se muestra en la tabla 5.3. Tabla 5.3 Cronología del proyecto. Hitos mas importantes Acuerdo de objetivos Junio 2001 Contrato del satélite Enero 2002 Revisión preliminar de diseño Abril 2002 Revisión critica de diseño Febrero 2003 Integración sistema Septiembre 2003 Ensayos vacío térmico Diciembre 2003 Ensayos mecánicos Marzo 2004 Medida diagramas de radiación Abril 2004 Revisión aceptación de vuelo Junio 2004 Lanzamiento Agosto Inversión total del proyecto Las inversiones para la puesta en órbita y explotación del satélite de comunicaciones Amazonas 1, han alcanzado los 325 millones de Euros. Esta cifra incluye la construcción del satélite, el lanzamiento, las pólizas de seguros y las inversiones en segmento terreno y su puesta en explotación.

75 66 El satélite Amazonas 1, quinto satélite del grupo hispasat, ha sido fabricado por la compañía europea EADS-Astrium, sobre su plataforma Eurostar 3000s. La empresa International Launch Services (ILS) fue la encargada de llevar a cabo su lanzamiento a bordo de un vehículo lanzador Proton/Breeze M desde el Cosmódromo de Baikonour en Kazajstán. hispasat CANARIAS, filial del grupo hispasat, ejecuta las inversiones destinadas al desarrollo del satélite Amazonas 1 y gestiona activos de hispasat destinados a dar servicios en el área geográfica americana Desarrollo comercial En los próximos años habrá alrededor de 700 transpondedores en utilización en Iberoamérica. El grupo hispasat, a través de HISPAMAR SATÉLITES, tiene como objetivo, en este contexto, convertirse en uno de los líderes en términos de calidad y de referencia del mercado, y obtener a medio plazo entre un 6 y 7% del mercado, cuota cuya expectativa se ajusta a los 63 transpondedores que tiene disponibles el Amazonas 1. A cierre de 2006, la tasa de ocupación del satélite Amazonas 1, era del 88%. El principal mercado del Amazonas 1 es ser Brasil, donde se concentra el 50% del negocio. Además de Brasil, siguiendo un orden geográfico de norte a sur, aparecen como mercados muy importantes Estados Unidos, México, los cinco países andinos y el Cono Sur, con Argentina y Chile. Hay otros países centroamericanos y de la zona del Caribe en los que Amazonas 1 suministrará también servicios. El mercado potencial incluye: - Operadores de servicios de telecomunicaciones que requieren infraestructuras complementarias. - Operadores nacionales de telecomunicaciones. - Grandes corporaciones con filiales distribuidas que precisan redes de comunicación privadas.

76 67 - Proveedores de contenido multimedia y servicios de banda ancha, educación a distancia, telemedicina, videoconferencia, etc. - Nuevos agentes que necesiten la rápida implementación y mejora de las redes a precios razonables. - Servicios de comunicación interna para gobiernos y administraciones públicas regionales de todo el continente americano. - Organismos públicos para promover la inclusión digital en áreas menos favorecidas La más moderna tecnología satelital. Con una masa de 4,5 toneladas, el satélite Amazonas 1, basado en la plataforma estabilizada en tres ejes Eurostar 3000s de Astrium, está equipado con un total de 63 transpondedores equivalentes, de los que 36 operan en banda Ku y 27 en banda C. Una gran capacidad que le convierte en el satélite más grande y con mayor número de transpondedores de Iberoamérica. El satélite Amazonas 1 destaca por la capacidad de ofrecer dentro y fuera de Brasil servicios de comunicaciones tanto en banda C como en banda Ku. En Iberoamérica la banda Ku se circunscribe en la actualidad básicamente a la prestación de servicios de distribución y difusión de televisión (DTH). Su utilización en servicios empresariales y en banda ancha supone un salto cualitativo y tecnológico muy importante en las comunicaciones satelitales del continente. El Amazonas 1 además incorpora los últimos avances tecnológicos, probados en vuelo, en el área de antenas, repetidores y plataforma Tecnologías más relevantes Amazonas 1 incorpora también tecnologías modernas probadas en el espacio, entre los que cabe destacar:

77 68 - Baterías de ión de litio. - Paneles de arseniuro de galio (GaAs) de triple unión. - Motor de apogeo de alto impulso específico. - Multiplexor de salida de resonadores dieléctricos en Banda C. - Alimentación de tubos de onda progresiva mediante fuentes (EPCs) duales. - Amplificadores de canal linealizados. Respecto del Hispasat 1D lanzado en 2002 Amazonas 1 tiene: 1. 80% más de transpondedores % más de masa seca % más de masa de lanzamiento % más de potencia Cobertura del satélite Amazonas 1 El Amazonas 1 ha sido diseñado con coberturas y potencias perfectamente adecuadas a las necesidades específicas de comunicación satelital del mercado americano. Su configuración técnica le permite prestar servicios en condiciones óptimas en los distintos mercados del continente americano y muy especialmente en Brasil. Además, el Amazonas 1 dispone de capacidad transatlántica lo que le permite ampliar su huella de cobertura a Europa y el norte de África y complementar la cobertura de la actual flota de satélites hispasat, incluyendo la costa Oeste de los Estados Unidos. El Amazonas 1 es además el primer satélite con coberturas que cubren en su totalidad el continente americano, utilizando frecuencias tanto en banda C como en banda Ku. Este hecho le convierte en un satélite muy atractivo para los potenciales operadores y empresas que demandan y necesitan disponer de servicios de comunicaciones por satélite a lo largo y ancho de todo el continente en ambas bandas de frecuencias.

78 69 Hay que tener en cuenta que hoy día la gran mayoría de los satélites que están operando en América en banda Ku no tienen una cobertura total sobre todo el territorio americano. Estos satélites disponen tan sólo de coberturas parciales o haces reapuntables que, o bien abarcan el este del continente o bien la parte oeste, pero no ambas zonas. Cobertura: Brasil. Desde Canadá hasta Panamá, incluyendo México, y el Caribe. Sudamérica desde Venezuela y Colombia hasta el sur de Argentina y Chile. Suroeste Europeo (Sólo banda Ku) Audiovisuales y difusión de TV El Amazonas 1 ofrece a las cadenas de televisión en abierto, plataformas de TV digital, operadores de cable, corresponsalías internacionales, productores y empresas de medios de comunicación, el mejor vehículo para la distribución de su contenidos en cualquier rincón del continente americano. El Amazonas 1 dispone de soluciones de enlaces de subida y bajada en Brasil, resto de América y Europa occidental para sus señales de estudio o unidades móviles (SNG) en distribución y contribución, eventos, coberturas deportivas y reportajes en vivo, incluso con servicios de edición y play-out Para operadores y redes empresariales Los operadores de telefonía fija y móvil, los integradores de redes y operadores de servicios de comunicación multimedia (SCM), pueden contar también con una infraestructura tecnológica avanzada que le suministra soluciones flexibles para la ampliación de redes de comunicaciones en cualquier punto del continente americano a través del Amazonas.

79 70 La flexibilidad del Amazonas constituye por tanto un soporte óptimo para la provisión de redes y servicios avanzados de telecomunicación en Brasil y el resto de América. Algunos ejemplos de las soluciones y aplicaciones que ofrece el satélite son: - Redes VSAT, en aplicaciones institucionales y empresariales. - Sistemas unidireccionales de datos. - Sistemas bidireccionales o interactivos. - Redes corporativas. - Acceso a Internet de banda ancha. - Enlaces punto a punto mediante satélite. - Redes de difusión y distribución de datos Banda ancha Sobre Amazonas 1 opera la primera plataforma de Iberoamérica para servicios multimedia en banda ancha vía satélite, basada en la norma técnica internacional DVB- RCS. Esta plataforma es ideal para aplicaciones corporativas y para atender la demanda de acceso a Internet en regiones carentes de infraestructura de telecomunicaciones. La plataforma provee el acceso a Internet a alta velocidad con transmisión bidireccional de datos, voz y vídeo en Brasil y el resto del continente americano a través de conexión segura. Esta plataforma, con velocidades de transmisión de hasta 2 Mbps en el enlace de retorno y de 6 Mbps en la descarga, da soporte a prácticamente todas las aplicaciones IP, incluyendo Web Browsing, , VoIP, Videoconferencia, Transferencia de Archivos, Distribución de Contenidos, entre otros.

80 Sistema operativo Amerhis Como gran novedad, el satélite Amazonas 1 incorpora el sistema Amerhis de procesado a bordo. El sistema operativo Amerhis es un sistema de comunicaciones multimedia que permite la interconexión entre usuarios con un único salto realizándose el multiplexado de la señal a bordo del satélite, lo que reduce el costo de los equipos en tierra, y optimiza las bandas de frecuencia con mejor aprovechamiento de los recursos de potencia a bordo del satélite. Está disponible en 4 transpondedores en banda Ku en las cuatro conectividades: Brasil, América del Sur, América del Norte y Europa. El sistema Amerhis supone un salto cualitativo en el uso convencional de los satélites de comunicaciones en Iberoamérica. Su comercialización permite a los usuarios que utilizan capacidad satelital en sus transmisiones subir las señales directamente desde sus instalaciones al satélite, sin necesidad de utilizar una infraestructura terrena común (telepuerto) como se hace en la actualidad, y por tanto, reduciendo costes de transporte de señales hasta el telepuerto. Además, facilita la conexión de una a varias zonas de cobertura usando una sola transmisión, así como la combinación de varias señales en una sola a bordo del satélite, incluso si provienen de diferentes coberturas El lanzador El vehículo lanzador Proton M Breeze M, comercializado por ILS (International Launch Services) fue el encargado de poner en órbita el satélite Amazonas 1 desde las instalaciones del cosmódromo de Baikonour en Kazajstán. El objetivo del lanzamiento fue situar al satélite en la posición orbital 61º Oeste sobre la Amazonía, a kilómetros de altura, desde donde ofrece sus servicios de comunicaciones. Para ello, el cohete lanzador debe alcanzar la suficiente potencia y velocidad que le permita salvar la fuerza de atracción de la Tierra.

81 72 Proton M Breeze M es una de las lanzaderas con mayor capacidad de carga lo que le permite ser el vehículo ideal para enviar satélites de tamaño medio y muy pesados con la máxima garantía de éxito. La considerable capacidad de carga del vehículo lanzador Proton, combinada con la capacidad de encendido múltiple de la etapa superior Breeze M, ofrece a los operadores de satélites la máxima flexibilidad y capacidad de carga a colocar en órbita El lanzamiento El vehículo de lanzamiento Proton M Breeze M, con un motor Breeze M de 5 encendidos diseñado para la misión, parte de la plataforma 39 del cosmódromo de Baikonour, Kazajstán, con el satélite Amazonas 1 a bordo. La duración completa de la misión de lanzamiento es de unas 10 horas aproximadamente. 5.2 Características generales del satélite amazonas Descripción general El satélite AMAZONAS es geoestacionario y tiene dos diferentes misiones: Banda Ku Banda C A continuación se describen las misiones Ku y C, en términos de cobertura, bandas de frecuencia, polarización, transpondedores, amplitud de banda, densidad de flujo de saturación, y valores de G/T y PIRE.

82 Lanzamiento El lanzador PROTON lanzó el satélite Amazonas en agosto de Posición orbital La posición orbital del satélite (geoestacionario) es 61º oeste Control orbital El satélite está controlado en su posición orbital final, de modo que la inclinación de órbita no exceda de ±0.07 en lo que concierne al eje ecuatorial y el flujo de longitud no exceda de ±0.1 en lo que concierne a la longitud nominal en cualquier momento durante su vida orbital Características de la carga útil en banda c Descripción general El número total de transpondedores operacionales en el satélite AMAZONAS es de 19, que pueden ser seleccionados por comandos específicos enviados al satélite Definición de la cobertura La antena permite ofrecer las coberturas que se especifican a continuación para la posición orbital 61 Oeste, siendo capaz de simultanear dentro de la cobertura dividiendo en zonas de LATINOAMERICA que incluye todo Brasil, América Central y América del Sur, así como México, EE. UU y Canadá.

83 74 Con el objetivo de especificar los parámetros siguientes La densidad de flujo de saturación (SFD). El valor mínimo nominal de G/T. el valor mínimo nominal de PIRE Polarización La polarización es lineal. Se utilizará tanto polarización horizontal como vertical. La polarización horizontal es paralela al plano ecuatorial. La Figura 5.1 muestra las áreas geográficas correspondientes a la cobertura latinoamericana con sus respectivas huellas (valor PIRE). Figura 5.1 Cobertura de Amazonas en banda C Plan de frecuencias Las bandas de frecuencias del enlace ascendente son GHz.

84 75 Las bandas de frecuencias del enlace descendente son GHz. El plan de frecuencias de la carga útil de AMAZONAS queda definido en la tabla 5.3 y se ilustra en la figura 5.2. La frecuencia referida en la tabla corresponde a la frecuencia central del transpondedor. Los transpondedores tiene un ancho de banda utilizable de 54 MHz y de 36 MHz (LA9 & LA10). Se define el ancho de banda utilizable de un transpondedor como las bandas de frecuencias en las que satisfacen características definidas anteriormente, a menos que se indique explícitamente de otra forma. Las frecuencias corresponden al transpondedor con frecuencias centrales. La banda de frecuencia útil de un transpondedor es definida como la banda de frecuencias en que el funcionamiento definido en este documento es correcto. La frecuencia de baliza para la misión de banda C se define con polarización horizontal de MHz. El plan de frecuencias detallado de AMAZONAS se define en la figura 5.2 y en la tabla 5.4.

85 76 Tabla 5.4 Plan de frecuencias en banda C. Banda Uplink Downlink Nombre Polarización Frec. Nombre Polarización Frec. C del canal central del canal central LAH01 H 5586 LAV01 V 3661 LAH02 H 5947 LAV02 V 3722 LAH03 H 6008 LAV03 V 3783 LAH04 H 6069 LAV04 V 3844 LAH05 H 6130 LAV05 V LAH06 H 6191 LAV06 V 3966 LAH07 H 6252 LAV07 V 4027 LAH08 H 6313 LAV08 V 4088 LAH09 H 6365 LAV09 V 4140 LAH10 H 6405 LAV10 V 4180 C LAV11 V 5877 LAH11 H 3652 LAV12 V 5938 LAH12 H 3713 LAV13 V 5999 LAH13 H 3774 LAV14 V 6060 LAH14 H 3835 LAV15 V 6121 LAH15 H 3896 LAV16 V 6195 LAH16 H 3970 LAV17 V 6256 LAH17 H 4031 LAV18 V 6317 LAH18 H 4092 LAV19 V 6378 LAH19 H 4153

86 Figura 5.2 Definición del plan de frecuencias (en MHZ) 77

87 Características de la carga útil en banda ku Descripción general El satélite AMAZONAS proporciona capacidad de segmento espacial para ofrecer servicios de telecomunicaciones vía satélite, incluyendo la contribución de TV analógica y digital, la distribución y difusión de servicios, servicios de gestión, incluyendo redes VSAT. El número total de transpondedores simultáneos operacionales en el satélite AMAZONAS es de 32, que pueden ser seleccionados por comandos específicos enviados al satélite Definición de coberturas Las antenas permiten ofrecer las coberturas que se especifican a continuación para la posición orbital 61 Oeste, siendo capaz de simultanear dentro de las zonas de cobertura diferentes, que se definen así: La Cobertura de BRASIL, que incluye todo Brasil. La Cobertura de AMÉRICA DEL NORTE, que abarca del Norte de EEUU a Panamá, incluyendo México y las Islas del caribe. La COBERTURA DE SUDAMÉRICA, que incluye desde Venezuela y Colombia al sur de Argentina y Chile, excluyendo Brasil. La cobertura de EUROPA, que incluye la Península ibérica y Baleares, Canarias y Madeira y las Islas Azores, así como Sur del Reino Unido y una gran parte de Francia, Marruecos y Argelia. Con el objetivo que especifican los parámetros siguientes: La densidad de flujo de saturación (SFD) El valor Mínimo nominal de G/T

88 79 El valor Mínimo nominal de PIRE contornos diferentes se definen en cada cobertura el área. La figura 5.3 muestra las áreas geográficas correspondientes a la cobertura de BRASIL. La figura 5.4 muestra las áreas geográficas correspondientes a la cobertura de AMÉRICA DEL NORTE. La figura 5.5 muestra las áreas geográficas correspondientes a la cobertura de SUDAMÉRICA. La figura 5.6 muestra las áreas geográficas correspondientes a la cobertura de EUROPA. Figura 5.3 Cobertura de BRASIL Figura 5.4 Cobertura de AMERICA DEL NORTE

89 80 Figura 5.5 Cobertura en AMERICA DEL SUR Figura 5.6 Cobertura en EUROPA

90 Plan de frecuencias Las bandas de frecuencias del enlace ascendente son: 13,75 14,50 GHz desde América 13,75 14,00 desde Europa. Las bandas de frecuencias de los enlaces descendentes son: 10,95 11,20 GHz 11,70-12,20 GHz en América 12,50 12,75 GHz en Europa. El plan de frecuencias de la carga útil de AMAZONAS queda definido en la tabla 5.5 y se ilustra en la figura 5.7 y en las tablas 5.4 y 5.5. La frecuencia referida en la tabla corresponde a la frecuencia central del transpondedor. Los transpondedores tienen un ancho de banda utilizable de 54 MHz y de 36 MHz. Se define el ancho de banda utilizable de un transpondedor como las bandas de frecuencias en las que satisfacen características definidas anteriormente, a menos que se indique explícitamente de otra forma Capacidad y modo de operaciones El satélite AMAZONAS proporciona la capacidad de segmento espacial para ofrecer servicios de telecomunicación vía satélite, incluyendo la contribución de TV analógica y digital, distribución y difusión de servicios, y servicios de gestión, incluyendo redes VSAT. El número total de transpondedores de operaciones en el satélite AMAZONAS es de 32 simultáneos operacionales en la banda Ku.

91 82 Tabla 5.5 Plan de frecuencias en banda Ku en Europa. Banda Uplink 1 Downlink Nombre del canal Polarización Frec. central Nombre del canal Polarización Frec. central Europa EUH1 H EUV1 V EUH2 H EUV2 V EUH3 H EUV3 V EUH4 H EUV4 V EUH5 H EUV5 V EUH6 H EUV6 V Europa EUV7 V EUH7 H EUV8 V EUH8 H EUV9 V EUH9 H EUV10 V EUH10 H EUV11 V EUH11 H EUV12 V EUH12 H

92 83 Tabla 5.6 Plan de frecuencias en banda Ku para Brasil, Sudamérica y Norteamérica. Banda Uplink 1 Uplink 2 Downlink Nombre del canal Polarización Frec. central Nombre del canal Polarización Frec. central Nombre del canal Polarización Frec. central Brasil BRH17 H BRV17 V BRH18 H BRV18 V Brasil BRV19 V BRH19 H BRV20 V BRH20 H Brasil BRH21 H BRV21 V BRH22 H BRV22 V BRH23 H BRV23 V BRH24 H BRV24 V BRH25 H BRV25 V BRH26 H BRV26 V Brasil BRV27 V BRH27 H BRV28 V BRH28 H BRV29 V BRH29 H BRV30 V BRH30 H BRV31 V BRH31 H BRV32 V BRH32 H S.A./ SAH13 H BRH BRV13 V Brasil SAH14 H BRH BRV14 V S.A./ SAV15 V BRV BRH15 H Brasil SAV16 V BRV BRH16 H S.A./ SAH01 H SAV01 V Brasil SAH02 H SAV02 V SAH03 H SAV03 V SAH04 H SAV04 V SAH05 H SAV05 V SAH06 H SAV06 V S.A./ SAV07 V SAH07 H Brasil SAV08 V SAH08 H SAV09 V SAH09 H SAV10 V SAH10 H SAV11 V SAH11 H SAV12 V SAH12 H S.A./ BRH13 H SAH13 H SAV13 V Brasil BRH14 H SAH14 H SAV14 V S.A./ BRV15 V SAV15 V SAH15 H Brasil BRV16 V SAV16 V SAH16 H N.A. NAH13 H NAV13 V NAH14 H NAV14 V N.A. NAV15 V NAH15 H NAV16 V NAH16 H N.A NAH01 H NAV01 V NAH02 H NAV02 V NAH03 H NAV03 V NAH04 H NAV04 V NAH05 H NAV05 V NAH06 H NAV06 V N.A. NAV07 V NAH07 H NAV08 V NAH08 H NAV09 V NAH09 H NAV10 V NAH10 H NAV11 V NAH11 H NAV12 V NAH12 H 12173

93 Figura 5.7 Plan de frecuencias (en MHZ) 84

94 85 Las frecuencias de baliza para la misión en la banda Ku son: - Frecuencia 1: Polarización vertical de MHz - Frecuencia 2: Polarización vertical de 12746,75 MHz Interconectividad Una característica del satélite AMAZONAS es la posibilidad de interconectar los transpondedores entre las coberturas de EUROPA y AMÉRICA Y Dentro de la propia América, como se refleja en la tabla 5.5 del plan de frecuencias, mediante comandos enviados desde tierra, será posible establecer cualquier configuración de interconectividad entre transpondedores Polarización La polarización es lineal. Se utilizará tanto polarización horizontal como vertical. La polarización horizontal es paralela al plano ecuatorial. 5.3 Reflector offset El tipo de antena que se utiliza es el reflector tipo Offset, este a diferencia del reflector parabólico normal con foco centrado y de eficiencia aproximada a 0.54, tiene el foco descentrado con eficiencia de 0.7 y se construye de acuerdo a una fracción del parabólico normal. Los reflectores parabólicos perfilados, iluminados con una sola apertura, son utilizados actualmente en satélites de comunicaciones para obtener huellas conformadas de radiación. Su uso ha suplantado progresivamente a los alimentadores hechos con arreglos de decenas de aperturas, que implicaban antenas muy costosas y voluminosas. Muchas de las antenas de los satélites geoestacionarios no tienen una radiación simétrica alrededor de

95 86 su eje, sino que el patrón de radiación de sus ganancias en dirección hacia la superficie de la Tierra está conformado de tal manera que cubra eficientemente su zona de servicio. Para dichas antenas, su directividad se representa en los mapas de la zona de servicio como proyecciones de contornos de igual ganancia (Neri, 2003). Las antenas utilizadas para este tipo de cobertura se denominan de haz conformado. En la figura 5.1 se muestra la huella de radiación de un satélite europeo. Las antenas reflectoras son ideales para obtener haces con huellas de iluminación conformadas. Generalmente, se utiliza la configuración de reflector con alimentación descentrada (Offset, en inglés). Este arreglo elimina la desventaja del bloqueo por alimentador y está constituido por una sección descentrada de un paraboloide cuyo foco queda fuera de la trayectoria de las ondas reflejadas. En la figura 5.2, se muestra un reflector parabólico visto de frente y la zona sombreada corresponde a lo que sería una antena tipo Offset, que no emplea todo el plato, sino sólo una porción de éste. Para sostener el alimentador en la antena Offset, se utiliza un brazo que sale por debajo del reflector (Figura 5.3), de manera que ni la unidad exterior ni el brazo que la sustenta proyectan sombra alguna sobre el plato, es decir, ninguna interferencia por bloqueo. El rendimiento de las antenas Offset alcanza el 70%, con lo cual, para igual ganancia, el diámetro del reflector es menor que el de las antenas de foco primario, mismas que sí sufren de bloqueo. Existen varias formas para crear patrones de radiación asimétricos. La manera convencional del siglo XX usaba arreglos de antenas de apertura, cada una de ellas alimentada con una amplitud y fase de señal determinada, que al sumarse vectorialmente modificaban el patrón de radiación para formar la huella deseada (Figura 5.4a). La última y más reciente técnica para obtener patrones de radiación asimétricos emplea un reflector parabólico perfilado con una sola apertura como alimentador (Figura 5.4b).

96 87 Figura 5.1 Huella de radiación para Europa en la banda Ka (Satélite Hotbird). Los valores indicados de PIRE (Potencia Isotrópica Radiada Efectiva) para cada contorno están en dbw e incluyen la ganancia de la antena y la potencia del transpondedor en dirección hacia los puntos de dicho contorno Figura 5.2 Vista frontal y lateral de un reflector parabólico tipo Offset y su relación con un reflector parabólico de alimentación central Figura 5.3 Zonas de iluminación y radiación de un reflector Offset

97 88 Figura 5.4 Técnicas para producir huellas de radiación conformadas: a) Arreglo de antenas de apertura con amplitud y fase variables y un reflector parabólico perfecto; b) Reflector parabólico perfilado con una sola apertura como alimentador Especificaciones del reflector utilizado Largo: 104 cms. Ancho: 91cms. Profundidad: 10cms. Eficiencia: 0.7

98 LNB El Bloque de Bajo Ruido o LNB (Low Noise Block), por sus siglas inglesas, es un dispositivo utilizado en la recepción de señales procedentes de satélites. Dado que las frecuencias de transmisión del enlace descendente del satélite son imposibles de distribuir por los cables coaxiales, se hace necesario un dispositivo, situado en el foco de la antena parabólica, que convierta la señal de microondas (Banda KU), en una señal de menor frecuencia, para que sea posible su distribución a través del cableado coaxial. A esta banda se le denomina Frecuencia Intermedia (FI). La banda de FI elegida para el reparto está comprendida entre 950 MHz y MHz. Dado que la banda KU tiene 2.05 GHz de ancho de banda (10,7 a 12,75 GHz) es evidente que no se puede convertir a la banda de 950 a MHZ (1,2 GHz), por lo que existe una subdivisión de esta en dos sub-bandas, denominadas Banda Baja (10,7 a 11,7 GHz) y Banda Alta (11,7 a 12,75 GHz). El enlace descendente del satélite tiene unas pérdidas muy elevadas mayores de 200 db y aunque las modulaciones elegidas para este servicio necesitan una C/N muy baja, los niveles de señal recibidos por las antenas con dimensiones de consumo necesitan de dispositivos con figuras de ruido muy bajas, de ahí LNB (Low Noise Block downconverter). Normalmente los rangos de figura de ruido que se manejan están comprendidos entre 0,1 db y 1 db que es el que determina el valor de la figura de ruido, es especial y del tipo GaAs HEMT (High Electron Mobility Field Effect Transistor, transistor tipo FET de Arseniuro de Galio de alta movilidad). El LNB consta de los siguientes bloques; en primer lugar, junto con el amplificador HEMT de muy baja figura de ruido dispone de un resonador discriminador de polaridad, un segundo bloque de filtrado de banda que limita el ruido de entrada al mezclador, un tercer bloque mezclador para convertir la señal de microondas en frecuencia intermedia y un último bloque que es el amplificador de frecuencia intermedia a la salida del mezclador.

99 90 Para la selección de polaridad se estandarizó para el cambio de discriminación de polaridad un cambio en la tensión de alimentación (10 a 15 V para la vertical y de 16 a 25 V para la horizontal). Las dos sub-bandas que obtenemos van desde 950 hasta MHz para la banda baja y desde 1100 hasta 2150 MHz para la banda alta. Para realizar la conversión se mezcla la banda de entrada seleccionada, mediante la elección del resonador y amplificador, con un oscilador local cuyo valor se ha elegido previamente. En la mezcla se producen batidos entre las dos señales (sumas y restas de frecuencias), de estas, mediante filtrado elegimos la que se encuentra en la banda de FI. 5.5 LNB GK Rango de frecuencia de entrada: GHz. Rango de frecuencia de salida: 950 ~ 1450 MHz. Rango de frecuencia de oscilador local (L.O): GHz. Figura de ruido: 0.6 db (Typ.). Tensión de polarización vertical: 11.5 ~ 14 V. Tensión de polarización horizontal: 16 ~ 24 V. Temperatura de operación: -30 C ~ 60 C.

100 CAPÍTULO VI IDENTIFICACIÓN DE LOS PROBLEMAS A LOS QUE SE ENCUENTRA EXPUESTO EL SISTEMA Y PRESENTACIÓN DE LAS POSIBLES SOLUCIONES.

101 92 propuestas. En el presente capítulo se darán a conocer las anomalías estudiadas y las soluciones Los problemas a los que esta afectado el sistema son: 6.1 Viento. Movimiento del aire que está presente en la atmósfera, especialmente, en la tropósfera, producido por causas naturales. Se trata de un fenómeno meteorológico. La causa de los vientos está en los movimientos de rotación y de traslación terrestres que dan origen, a su vez, a diferencias considerables en la radiación solar o (insolación), principalmente de onda larga (infrarroja o térmica), que es absorbida de manera indirecta por la atmósfera, de acuerdo con la propiedad diatérmica del aire, la radiación solar sólo calienta indirectamente a la atmósfera ya que los rayos solares pueden atravesar la atmósfera sin calentarla. Son los rayos de calor (infrarrojos) reflejados por la superficie terrestre y acuática de la Tierra los que sí logran calentar el aire. La insolación es casi la única fuente de calor que puede dar origen al movimiento del aire, es decir, a los vientos. A su vez, el desigual calentamiento del aire da origen a las diferencias de presión y esas diferencias de presión dan origen a los vientos. 6.2 Precipitación. En meteorología, la precipitación es un hidrometeoro o cualquier forma metereológica que cae del cielo y llega a la superficie terrestre. Esto incluye lluvia, llovizna, nieve, granizo, pero no la virga, neblina ni rocío.

102 Lluvia. La lluvia (del latino pluvia) es un fenómeno atmosférico de tipo acuático que se inicia con la condensación del vapor de agua contenido en las nubes. Según la definición oficial de la Organización Meteorológica Mundial, la lluvia es la precipitación de partículas líquidas de agua de diámetro mayor de 0.5 mm, pero muy dispersas. Si no alcanza la superficie terrestre, no sería lluvia sino virga y si el diámetro es menor sería llovizna. La lluvia depende de tres factores: la presión, la temperatura y, especialmente, la radiación solar Llovizna. Es un tipo de precipitación que se caracteriza por tener un tamaño de gota pequeño (usualmente menos de 0,5 mm de diámetro) dando la impresión de que las gotas flotan en vez de caer Nieve. Fenómeno meteorológico que consiste en la precipitación de pequeños cristales de hielo. Los cristales de nieve adoptan formas geométricas con características fractales y se agrupan en copos. Ya que está compuesta por pequeñas partículas ásperas es un material granular. Normalmente tiene una estructura abierta y suave, excepto cuando es comprimida por la presión externa. La nieve se forma comúnmente cuando el vapor de agua experimenta una alta expulsión en la atmósfera a una temperatura menor de 0 C, y posteriormente cae sobre la tierra.

103 Granizo. El granizo o pedrisco es un tipo de precipitación que consiste en partículas irregulares de hielo. El granizo se produce en tormentas intensas en las que se producen gotas de agua sobre enfriadas, es decir, aún líquidas pero a temperaturas por debajo de su punto normal de congelación (0 C), y ocurre tanto en verano como en invierno Neblina. Hidrometeoro, que consiste en la suspensión de muy pequeñas gotas de agua en la atmósfera, de un tamaño entre 50 y 200 micrómetros de diámetro, o de partículas higroscópicas húmedas, que reducen la visibilidad horizontal a una distancia de un kilómetro o más. La única diferencia entre neblina y niebla es la intensidad de las partículas, que se expresa en términos de visibilidad: Si el fenómeno meteorológico da una visión de 1 km o menos, es considerado como niebla; y si permite ver a más de 1 km, el fenómeno es considerado como neblina Virga. Es el hidrometeoro que cae de una nube pero se evapora antes de alcanzar el suelo Rocío. Es un fenómeno físico meteorológico en el que gotas de agua se depositan en la superficie del suelo y de las plantas, procedente de la condensación del vapor de agua de la atmósfera. El rocío se forma por la noche y en tiempo tranquilo y claro, cuando el frío del

104 95 suelo se transmite al aire que está en contacto con él y causa la condensación del vapor de su capa interior. 6.3 Radiación solar: Radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. 6.4 Problemas causados y soluciones propuestas. El viento de acuerdo al diseño de la antena no tiene que ser un problema, ya que fue diseñada para soportar 120 km/hr, el punto es que se tiene que afirmar el soporte del LNB, y además se debe reforzar por las rachas de viento que ocurren en esta zona. Solucionar esta falencia no solo esta en manos de la compañía y homologar con argumentos de que no todas las construcciones son iguales, esto depende también del lugar donde se instalará el reflector, es decir que tan directo le llega el viento y el tipo de material donde va a ser soportado, o sea que el instalador debe estar capacitado para prever cualquier detalle o falla en la recepción de la señal de este servicio. Las precipitaciones de acuerdo al diseño original tampoco debería ser un problema pero lo que ocurre es en la zona donde nos ubicamos geográficamente la inclinación de la antena es lo suficiente para producir un alto porcentaje de pérdida de señal, llegando a recibir menos del 12 % del total de la señal que es lo mínimo para que funcione el sistema. La longitud de onda de la señal es tal que las precipitaciones en cualquiera de sus tipos no se debería afectar al sistema, entonces la pregunta es, por que esta afectado el sistema por este fenómeno? La respuesta es simple se produce el efecto vaso de agua en el LNB, como ya se menciono la antena se diseña de acuerdo a fracciones de la longitud de onda, la receptora que se ubica en el dispositivo mencionado tiene un ancho de 1.3 mm, la frecuencia de downlink es de 11 GHz eso implica una longitud de onda de 27 mm, por lo tanto basta que se acumulen unas cuantas gotas en la boca del mecanismo receptor para que

105 96 tengamos una pérdida total de señal, para esto se hace una sombra a este último para evitar la acumulación de agua, en el caso de la nieve lo que se puede hacer aplicar calefacción al reflector pero significa un costo muy alto debido a que en este evento hay que considerar derretir la nieve y superar la temperatura ambiente que se registre en ese momento significando una mal utilización de la energía. Cabe destacar que la nieve se pega en el reflector. Para el caso de radiación solar no se puede hacer absolutamente nada, a no ser que se fabrique un satélite que emita más radiación que el sol. 6.5 Definición de Interferencia Solar Las interferencias solares ocurren cuando el sol cruza el plano ecuatorial de la Tierra y queda alineado con el satélite y el haz de la antena de una estación terrena, generando ruido e impidiendo el correcto funcionamiento del enlace (figura 6.1). Figura 6.1 Definición grafica de la interferencia solar Se trata de un fenómeno predecible cuya fecha y hora de inicio y fin depende de la ubicación geográfica de la estación terrena (latitud y longitud) y de la posición del satélite (longitud). Tiene una duración aproximada de 10 minutos y es mayor mientras más pequeño es el diámetro de una antena, ya que tiene un haz con mayor apertura.

106 97 El fenómeno se presenta dos veces al año, durante los equinoccios de primavera (marzo) y otoño (septiembre). Visto desde la tierra el sol parece que pasa detrás del satélite al que se esta apuntando la antena. Esto ocurre una vez al día durante el periodo del equinoccio. Durante el tiempo en que ambos, el Sol y el satélite están en el campo de visión de la antena, la energía de Radio Frecuencia del Sol supera la RF (Radio Frecuencia) del satélite. A esta degradación o pérdida total de la señal se le denomina interferencia solar. La duración de esta interferencia depende de muchos factores: el ancho del haz de la antena, la energía de RF emanada del sol, la potencia de transmisión del satélite, la ganancia y relación señal-ruido y el desempeño de los equipos utilizados en el sistema de recepción. 6.6 Interferencia solar y Servicio DTH Para brindar el Servicio DTH se cuenta con una Cabecera digital ubicada en Lurín, a 40 Km. al sur de Lima - Perú, la misma que posee antenas parabólicas orientadas a diferentes satélites desde donde se reciben las señales que forman parte de la programación. Luego de codificarlas, comprimirlas y agruparlas estas señales son moduladas y subidas al satélite Amazonas 61 W para su distribución en Perú, Chile, Brasil, Colombia y Venezuela. De estos 2 puntos se deduce que el Servicio DTH se verá afectado cuando la interferencia solar se presente sobre un satélite se toman ciertas señales de TV y también cuando se presente sobre el satélite Amazonas 61ºW que se encarga de retransmitir hacia los clientes todo el paquete de señales (figura 6.2).

107 98 Figura 6.2 Definición gráfica del servicio DTH Consecuencias Produce alteraciones en las comunicaciones satelitales que se reflejan en el corte de los enlaces o degradaciones de la señal de televisión. Cabe la posibilidad de que pasada la interferencia solar algunos receptores satelitales no capten la señal adecuada para lo cual se deberá reconfigurar nuevamente el equipo verificando los parámetros de calidad como B.E.R., Level y Eb/N Recomendaciones Recordar que la interferencia no ocurre bruscamente, sino de forma gradual, de modo que el día anterior y posterior al período previsto se puede experimentar alguna perturbación, más aún si son varios los factores los que determinan la duración de la interferencia. Es difícil también determinar si habrá caída completa de la señal o apenas un aumento del nivel del ruido, por lo que es conveniente tener a la mano el plan de seguimiento de fechas y horas de las interferencias solares para identificar si la anomalía registrada es consecuencia del fenómeno natural.