Unidad 2: Instalaciones de antenas

Transcripción

1 Unidad 2: Instalaciones de antenas Técnicas y procesos de instalaciones singulares en edificios Gregorio Morales Santiago Diciembre 2009

2 Unidad 2: Instalaciones de antenas Antenas para radio y TV terrestre

3 Antenas La función principal de una antena receptora es convertir la energía electromagnética procedente de la emisora de televisión en una energía eléctrica que se pueda usar en los receptores de TV. Características: - Buena captación de la señal. - Evitar ondas reflejadas. - Impedir reflexiones en el propio sistema. - Captar el mínimo posible de interferencias. - Ser válida para el mayor número posible de canales.

4 Antenas Reflectores Directores Dipolo Antena Yagi

5 Antenas Dipolo: es el elemento fundamental de la antena. Suele estar doblado a la mitad de la longitud de onda (λ/2) y tiene una impedancia característica de 300 Ω. Es el elemento de la antena al que está conectado el coaxial de bajada. Directores: Son elementos parásitos que se colocan delante del dipolo. Su función es dar mayor ganancia y directividad a la antean. Reflectores: son elementos parásitos que se colocan detrás del dipolo, aproximadamente a ¼ de la longitud de onda. Su función es reflejar las señales no deseadas y aumentar la ganancia de la antena.

6 Antenas PROBLEMA: Sabemos que la longitud del dipolo de una antena será la mitad de la longitud de onda para la que esté diseñado. Determina la longitud de un dipolo para una antena que funcione en la banda de 470 a 862 MHz.

7 Características de las antenas Las principales características de una antena son: - Diagrama de radiación. - Directividad - Ganancia - Ancho de banda - Impedancia - Relación de onda estacionaria (ROE, SWR) - Relación delante/atrás (D/A)

8 Diagrama de radiación Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena, en función de la dirección (coordenadas en azimut y elevación). Lo más habitual es representar la densidad de potencia radiada, aunque también se pueden encontrar diagramas de polarización o de fase. Atendiendo al diagrama de radiación, podemos hacer una clasificación general de los tipos de antena y podemos definir la directividad de la antena (antena isotrópica, antena directiva, antena bidireccional, antena omnidireccional, )

9 Diagrama de radiación

10 Diagrama de radiación Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son: * Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación. (Directividad y ganancia) * Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima radiación. * Lóbulos secundarios: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al principal. * Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiación de un haz toma el valor de la mitad del máximo. Es decir, la dirección en la que la - potencia radiada es 3 db menos. * Relación de lóbulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en db entre el valor máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulo secundario. * Relación delante-atrás (FBR): Es el cociente en db entre el valor de máxima radiación y el de la misma dirección y sentido opuesto.

11 Diagrama de radiación Ver hojas de características de distintos fabricantes: Por ejemplo:

12 Directividad Se refiere a la capacidad de una antena para recibir la señal de una dirección determinada con una intensidad superior a la que se obtiene en las demás direcciones. Se define como abertura angular o ángulo de recepción. El ángulo se mide entre los puntos en los que la ganancia de la antena disminuye en 3 db respecto al máximo.

13 Directividad Ventajas de directividad alta: Inconvenientes: - Mayor ganancia en ese ángulo. - Rechaza reflexiones e interferencias de otras direcciones. - Orientación más difícil. - Solo nos sirve para casos con un solo centro emisor.

14 Ganancia Es la relación entre la potencia recibida y la que recibiría la antena patrón que tomemos como referencia. -Ganancia respecto al dipolo de media onda: Es una de las más usadas. -Ganancia respecto a la antena isótropa: se expresa en dbi y será 2,1 db menor que si se expresa respecto al dipolo de media onda. Para antenas terrestres de televisión tendremos valores de ganancia típicos de entre 9 y 15 dbi.

15 Ancho de banda Es el margen de frecuencias para el que la antena ha sido diseñada. Los fabricantes nos indicarán el ancho de banda mediante curvas en las hojas de catálogo (en el ejemplo a continuación, son de Ikusi):

16 Impedancia La impedancia de la antena dependerá de las dimensiones, forma y disposición de los elementos de la antena. Para el dipolo de media onda simétrico y doblado, la impedancia es de 300 Ω. Como la impedancia característica del coaxial utilizado en las instalaciones es de 75 ohmios, es necesaria una adaptación de impedancia. El dispositivo encargado de realizarla es el balun (balanced-unbalanced lines transformer) que irá montado en la caja de conexiones de la antena o integrado junto al dipolo.

17 Relación de Onda Estacionaria Es una medida que expresa el grado de adaptación entre la impedancia de la antena y la impedancia de la instalación. Indica la presencia e intensidad de las ondas estacionarias en el interior del cable. -ROE = 1 No existe onda estacionaria Adaptación perfecta. En instalaciones de UHF consideraremos normales ROE entre 1,5 y 2,5

18 Relación de Onda Estacionaria Cómo reducir el nivel de ROE? -Cuidar el montaje de conectores, el conexionado y las transiciones. -Evitar curvas bruscas y aplastamientos en el coaxial. -Cerrar con una carga de 75 ohmios todas las salidas de elementos que no se utilicen (repartidores, derivadores, )

19 Relación Delante Atrás Es la relación entre la ganancia de la antena en la dirección máxima de radiación (lóbulo principal) y la ganancia de la antena en cualquier otra dirección entre 90º y 270º de la dirección de apuntamiento. Los fabricantes suelen dar ese dato referido a 180º. Fuente: IKUSI

20 Tipos de antenas para TV terrestre Las antenas más utilizadas para TV son: - Antena Yagi. - Antena logarítmica. - Antena de panel.

21 Antena Yagi Es la antena más utilizada. Está formada por los siguientes elementos: -Dipolo activo. -Directores. -Reflectores.

22 Nuevas antenas para TDT Están basadas en el mismo concepto que las antenas Yagi, pero usan un apilamiento geométrico de los directores para conseguir ancho de banda y ganancia superiores a los diseños convencionales.

23 Nuevas antenas para TDT

24 Nuevas antenas para TDT

25 Antenas logarítmicas En estas antenas las varillas no son todos iguales, sino que van disminuyendo su longitud de forma logarítmica. La ventaja de la antena logarítmica sobre la Yagi es que ésta no tiene un elemento excitado, sino que recibe alimentación en todos sus elementos. Con esto se consigue un ancho de banda mayor y una impedancia estable dentro de todas las frecuencias de trabajo de esta antena.

26 Antenas de panel Estas antenas constan de dos o cuatro dipolos separados de tal forma que suman sus efectos, consiguiendo una antena de ganancia media y buen ancho de banda. Es una antena menos directiva que la Yagi. Principal aplicación: zonas en las que se reciben canales de varios centros emisores.

27 Antenas de FM Para FM se montara habitualmente el dipolo plegado circularmente, que recibe la señal de forma casi omnidireccional.

28 Antenas de radio digital Para DAB se suele montar una antena Yagi de UHF con 3 elementos. Banda III: 216 a 223 MHz

29 Unidad 2: Instalaciones de antenas Antenas para radio y TV por satélite

30 Los satélites Un satélite es cualquier cuerpo que orbita alrededor de otro, al que se llamará principal. Un satélite artificial es una nave espacial fabricada en la Tierra enviada al espacio usando una lanzadera.

31 Las órbitas Aunque hay multitud de tipos de órbitas, nos centraremos en la clasificación por altitud de las órbitas que rodean a la Tierra: Órbita baja terrestre (LEO): una órbita geocéntrica a una altitud de 0 a km. Por ejemplo: ENVISAT (790 km) Órbita media terrestre (MEO): una órbita geocéntrica con una altitud entre km y hasta el límite de la órbita geosíncrona de km. También se la conoce como órbita circular intermedia. Por ejemplo: GPS ( km) Órbita alta terrestre (HEO): una órbita geocéntrica por encima de la órbita geosíncrona de km; también conocida como órbita muy excéntrica u órbita muy elíptica. Por ejemplo: Archimedes (ESA), satélites para cartografías

32 Órbita geoestacionaria Una órbita geostacionaria o geosíncrona es aquélla situada sobre el ecuador, con una excentricidad nula. Un objeto que gira siguiendo la órbita estacionaria parecerá inmóvil desde la tierra. Está situada a una altura de km sobre la superficie de la Tierra. También se conoce como órbita de Clarke o cinturón de Clarke. Su periodo de rotación medio es de 23h 56min 04 s (día sideral).

33 Cinturón de Clarke

34 Cinturón de Clarke Cinturón de Clarke desde UK.

35 Cinturón de Clarke Cinturón de Clarke desde España

36 Frecuencias Las bandas utilizadas en Europa por los satélites de distribución de señales de TV son: -Banda DBS (SRS): 11,7 GHz a 12,5 GHz. -Banda FSS: -Semibanda alta: 12,5 GHz a 12,75 GHz. -Semibanda baja: 10,7 GHz a 11,7 GHz. Cada transpondedor ocupa 27 MHz

37 Polarización Para aumentar la capacidad de transmisión se utiliza el concepto de polarización que vimos anteriormente: -DBS: se utiliza polarización circular (a derechas o izquierdas). - FSS: se utiliza polarización lineal (horizontal o vertical).

38 Antenas para recepción de emisiones por satélite Este tipo de antenas están compuestas por los siguientes elementos: -Reflector parabólico. - LNB - Elementos mecánicos para fijar y posicionar.

39 Reflector parabólico Es el elemento encargado de captar la señal procedente del satélite (señal muy débil), reflejarla y concentrarla en el foco, que es donde estará colocado el LNB.

40 Ganancia de una antena parabólica La ganancia de una antena se define como la ganancia de potencia en la dirección de máxima recepción. En una antena parabólica vendrá dada por: G 10 log 4 A 2 A = Superficie de la antena η = Eficiencia de la antena λ = Longitud de onda

41 Relación F/D Es la relación entre el diámetro y la distancia focal de una antena. Son valores normales 0,3 < F/D < 0,5 D F F = Distancia focal. 16 C D = Diámetro de la antena. C = Profundidad del centro de la antena. 2

42 Antenas de foco centrado El LNB se coloca en el foco de la parábola, que estará situado sobre el centro del reflector parabólico. El LNB y sus soportes crean una sombra que hace disminuir su rendimiento. Se usa en instalaciones colectivas y diámetros superiores a 1 m.

43 Antenas offset El reflector es un corte transversal de una parábola. El LNB se sujeta con un brazo que sale por debajo del reflector, evitando así las sombras y aumentando el rendimiento. A igual ganancia pueden tener menos diámetro que las de foco centrado.

44 Antenas Cassegrain y Gregorian Son antenas que, además, tienen un subreflector que será: -hiperbólico, en las antenas Cassegrain. -Elíptico, en las antenas Gregorian. Cassegrain Gregorian

45 Antenas planas Ocupan menos espacio. No son parabólicas, sino que están formadas por un array de pequeñas antenas.

46 Antenas multihaz Son antenas parabólicas que permiten recibir la señal de varios satélites usando un solo reflector. Necesitan un LNB por cada uno de los satélites que deseemos recibir.

47 Antenas multihaz Son antenas parabólicas que permiten recibir la señal de varios satélites usando un solo reflector. Necesitan un LNB por cada uno de los satélites que deseemos recibir.

48 Conjunto LNB LNB= Low Noise Block, bloque de bajo ruido Su función es recibir la señal procedente del satélite y convertirla a una frecuencia que pueda ser distribuida por el cableado de la instalación. A esa frecuencia la llamaremos frecuencia intermedia (FI). La FI se divide en dos subbandas: Banda baja: 950 MHz 1950 MHz Banda alta: 1100 MHz 2150 MHz

49 Conjunto LNB LNB= Low Noise Block, bloque de bajo ruido Su función es recibir la señal procedente del satélite y convertirla a una frecuencia que pueda ser distribuida por el cableado de la instalación. A esa frecuencia la llamaremos frecuencia intermedia (FI). La FI se divide en dos subbandas: Banda baja: 950 MHz 1950 MHz Banda alta: 1100 MHz 2150 MHz

50 Conjunto LNB

51 LNB LNC LNA Filtro Filtro FI Amplificador Salida Oscilador local

52 LNB universal Se trata de un LNB con una sola salida. Está destinado a un solo usuario. La selección de bandas y subbandas se hace a través de la alimentación y de tonos de 22 khz superpuestos en la alimentación. Banda BAJA ALTA Enlace descendente LNB Banda FI Polariz Frec (GHz) Selección señal V (DC) Tono khz V 0 10,7-11, H 22 V 0 11,7-12, H 22 Frec MHz

53 LNB TWIN Se trata de un LNB con dos salidas. Funciona como si se tratara de dos LNB en un mismo bloque. Se usa para dos usuarios distintos o dos receptores en una misma vivienda.

54 LNB QUAD Se trata de un LNB con cuatro salidas. Funciona como si se tratara de cuatro LNB en un mismo bloque. Se usa para cuatro usuarios distintos o hasta 4 receptores en una misma vivienda. No confundir con el LNB quatro

55 LNB QUATTRO Se trata de un LNB con cuatro salidas. En cada una de las salidas tendremos una de las subbandas y una de las polarizaciones. Es el idóneo para instalaciones comunitarias.

56 Ver presentación Orientación de antenas parabólicas San Fernando: N 6.11 W Declinación magnética: 4,5