Estaciones terrenas
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El documento describe las partes principales de una estación terrena satelital. Incluye una definición de estación terrena, tipos de antenas parabólicas como foco primario y Cassegrain, y componentes clave como alimentadores, conversores LNB, transmisores que incluyen amplificadores de potencia, y receptores con amplificadores de bajo ruido y convertidores reductores. También cubre conceptos como polarización, montaje de antenas y parámetros como ganancia y ancho de banda.
Estaciones terrenas
- 1. Estaciones Terrenas Francisco A. Sandoval fralbe.com
- 3. Estación Terrena Algunas ETs sólo tienen capacidad de Tx o Rx. Al conjunto de estaciones terrenas que se comunican entre sí o controlan las comunicaciones a través de un determinado satélite se le denomina SegmentoTerreno del sistema satelital en que operan Definición: Equipo de telecomunicaciones que puede tener un extremo de entrada y salida de señales en banda de base o en frecuencia intermedia, y otro de transmisión y recepción de señales a radiofrecuencia a través del espacio hacia y desde uno o más satélites.fralbe.com
- 5. Partes de la Estación Estación Terrena Sistema de Antena Transmisores y Receptores Moduladores y Demoduladores Procesadores en banda base Interfaces con redes terrenales Sistema de Energía e infraestructura general Sistema de supervisión, control y comunicación del servicio fralbe.com
- 6. Estación Terrena - Diagrama Diagrama funcional de una estación terrena de alta capacidad Alimentadores Duplexor Amplificador de bajo ruido Divisor Combinador derf Amplificador de Potencia Convertidor elevador Convertidor reductor Control de antena y servo mecanismo Receptor de seguimiento Generación de frecuencias Módems Procesadoresenbandadebase Interfazconlaredterrenal Supervisión y mando Energía 𝑓2 𝑓2𝑓1 𝑓𝑛 𝑓1 fralbe.com
- 7. Partes de la Estación • Alimentador primario, reflector, arreglo de duplexor para la conexión de receptores y transmisores a la misma antena, y arreglo separado de alimentadores, controles y mecanismos para el seguimiento automático. Sistema de Antena: • Tx, amplificadores de potencia y convertidores elevadores. Rx, uno o más amplificadores de bajo ruido, y convertidores reductores o de bajada. Los transmisores y receptores: • Conversión de banda base a frecuencia intermedia y el proceso inverso. Los moduladores y demoduladores: fralbe.com
- 8. Partes de la Estación • Estaciones grandes, multiplexar y desmultiplexar. • Estaciones pequeñas, funciones adicionales como conversión análogo-digital y viceversa, y la codificación y decodificación de canal. Procesadores en banda de base: • Permite comunicar su extremo de frecuencias bajas con diversos puntos de origen y destino de las señales. Interfaces con redes terrenales: fralbe.com
- 9. Partes de la Estación • Realiza funciones de apoyo. • La infraestructura general comprende los edificios y obras exteriores, estructuras de soporte mecánico, e instalaciones de apoyo como los equipos de climatización. Sistema de energía y la infraestructura general: • Incluyen alarmas visuales y audibles, controles para conmutar equipos y dispositivos que son independientes de la conmutación automática de los de reserva, y controles generales de los subsistemas. Sistema de supervisión, control y comunicación del servicio: fralbe.com
- 11. Sistema de Antena De gran importancia para el diseño de una estación grande o mediana en capacidad y complejidad debido a que no puede modificarse y es muy costosa su sustitución.fralbe.com
- 13. Sistema de Antena – Parámetros • Ganancia de potencia en la dirección de máxima radiación. Ganancia y Eficiencia • Relación entre la intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma potencia total Directividad • Margen de frecuencias en el cual los parámetros de la antena cumplen unas determinadas características. Ancho de Banda Temperatura de ruido fralbe.com
- 14. Tipos de Antenas Parabólicas • La superficie de la antena es un paraboloide de revolución, todas las ondas inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar al Foco. • El Foco está centrado en el paraboloide. • Tiene un rendimiento máximo del 60% aproximadamente, es decir, de toda la energía que llega a la superficie de la antena, el 60% llega al foco y se aprovecha, el resto no llega al foco y se pierde, • Se suelen ver de tamaño grande, aproximadamente de 1,5 m de diámetro. Foco primario: fralbe.com
- 15. Tipos de Antenas Parabólicas • Es similar a la de Foco Primario, sólo que tiene dos reflectores; • El reflector mayor apunta al lugar de recepción, y las ondas al chocar, se reflejan y van al foco donde está el reflector menor; al chocar las ondas, van al último foco, donde estará colocado el detector. • Se suelen utilizar en antenas muy grandes, donde es difícil llegar al foco para el mantenimiento de la antena. Cassegrain: fralbe.com
- 16. Tipos de Antenas Parabólicas • No requiere apuntar tan precisamente al satélite, aunque lógicamente hay que orientarlas hacia el satélite determinado. • Su rendimiento es de hasta un 85%, • El foco no está situado en el centro de la antena, sino en la parte baja de ésta, se consigue, que la inclinación necesaria para la antena sea menor, pudiéndose instalar en una pared. • La "relación de offset" mide la diferencia entre la inclinación real de la antena y la inclinación de la señal que se está captando. Planas ó de "Offset": fralbe.com
- 19. Sistema de Antena Configuración de las Antenas Alimentadores Polarización Montaje, orientación y seguimiento fralbe.com
- 20. Alimentador El alimentador o iluminador se encarga de recoger las microondas concentradas en el foco de la parábola y pasarlas al elemento siguiente. El alimentador nos permite recibir todas las polaridades que llegan a la antena, las cuales serán separadas más adelante. Para separar las dos polaridades más usuales (polarización lineal, vertical y horizontal) hay dos tipos de dispositivos, uno para instalaciones de vecinos: ortomodo, y otro para instalaciones unifamiliares: polarrotor fralbe.com
- 21. Alimentador Polarrotor: permite la recepción de las dos polaridades utilizando un solo conversor LNB. Su funcionamiento se basa en el giro de 90º de una sonda situada en su interior. Como se pierde los canales de la otra polaridad no puede utilizarse en instalaciones colectivas. Ortomodo: permite la recepción simultánea de señales con polarización vertical y horizontal mediante la utilización de un repartidor de guías de onda en el que una de las guías se gira 90º. A él se tendrá que conectar dos conversores LNB (Low Noise Block), uno para cada polarización. fralbe.com
- 23. Conversores La señal captada por la antena es muy débil, por la gran atenuación que sufre en el espacio desde el satélite hasta el punto de recepción; además, por tener una frecuencia muy elevada, debe ser cambiada para que llegue al receptor (sintonizador de satélite) a una frecuencia mucho más baja, con lo que se logra que se propague por el cable coaxial con una atenuación menor. El dispositivo encargado de ello se denomina Conversor y al ser de bajo nivel de ruido se denomina conversor de bajo nivel de ruido o LNC, que unido a un amplificador de bajo nivel de ruido o LNA y a un oscilador local, forma lo que se llama LNB (Low Noise Block) o bloque de Bajo nivel de ruido, que comúnmente se denomina Conversor LNB. LNB = LNA + Up / DownConverter fralbe.com
- 24. LNB fralbe.com
- 25. BUC fralbe.com
- 29. Transmisores Sección transmisora: Convertidores elevadores (C/E) Amplificadores de potencia (AP) A veces se incluye los moduladores La PIRE del enlace ascendente, parámetro más importante de una ET en Tx. PIRE = potencia del amplificador + ganancia de la antena. = Resultado con diversas combinaciones. fralbe.com
- 30. Transmisores Potencia necesaria del amplificador final de radiofrecuencia de la ET puede variar desde una fracción de watt hasta varios kilowatts. Depende Gant, # canales a Tx,AB de c/u. Amp. Pot. de 3 tipos: (diferencias: intervalos de potencia y f en las que operan). De estado sólido (SSPA) Tubos de ondas progresivas (TOP) Tubos Klistrón. fralbe.com
- 31. Amplificadores de Potencia • Convenientes y económicos para ET con poca anchura total de su o sus portadoras. • Gama de potencia de hasta 20 Watts. • Mejor linealidad • Mejor factor de ruido (Ej: 10 dB) • Menos eficientes De estado sólido (SSPA): fralbe.com
- 32. Amplificadores de Potencia • Variantes de tubos de haces lineales de microondas = Klistrón. • Amplia gama de opciones de potencia: hasta 3kW. • Gran AB, hasta 500 MHz. • Mayor versatilidad: enfriamiento por conducción (bajas potencias), ventilación forzada (potencias medias) y enfriamiento por agua (altas) • Ganancias típicas: 30 a 50 dB • Bandas: C, Ku, Ka. Tubos de ondas progresivas (TOP) fralbe.com
- 33. Amplificadores de Potencia • Se usan cuando AB necesario no excede la de un transponedor de satélite. • Potencias desde: 700W hasta 3kW o más. • Refrigeración, ventilación forzada de aire hasta potencias de 3kW. • Ganancias típicas de 35 a 50 dB. • Los tubos Klistrón, son robustos, vida prevista hasta 40 000 horas. • Precio mucho más bajo que TOP Klistrón fralbe.com
- 34. Receptores Cadena de Rx: Amplificador de bajo ruido (ABR) Divisor de canalización Convertidor reductor (C/R) Demodulador Alimentadores Duplexor Amplificador de bajo ruido Divisor Combinador derf Amplificador de Potencia Convertidor elevador Convertidor reductor Control de antena y servo mecanismo Receptor de seguimiento Generación de frecuencias Módems Procesadoresenbandadebase Interfazconlaredterrenal Supervisión y mando Energía 𝑓2 𝑓2𝑓1 𝑓𝑛 𝑓1 fralbe.com
- 35. Receptores Calidad del enlace descendente: Debido a que las señales recibidas en la antena son muy débiles es necesario que la cadena de Rx tenga un ruido térmico muy bajo, en el cual predominen la temperatura de ruido de la antena y del 1er preamplificador. Temperatura de ruido total del sistema referida a la antena: 𝑇𝑠 = 𝑇𝑎 + 𝑇0 𝑙 − 1 + 𝑇𝑟𝑒 𝑙𝐾 donde todos los parámetros están en forma directa (no en dB) 𝑇𝑎 es la temperatura de ruido de la antena 𝑇0 = 290 K 𝑙 es la relación de pérdidas 𝑇𝑟𝑒 es la temperatura de ruido del receptor con todas sus etapas fralbe.com
- 36. Receptores En detalle, 𝑇𝑟𝑒 puede calcularse 𝑇𝑟𝑒 = 𝑇0 𝐹𝐿𝑁𝐴 − 1 + 𝑇 𝐷𝐶 𝐺 𝐿𝑁𝐴 𝐾 donde 𝐹𝐿𝑁𝐴 es el factor de ruido (no en dB) del amplificador de bajo ruido. 𝑇 𝐷𝐶 es la temperatura de ruido del convertidor reductor y 𝐺 𝐿𝑁𝐴 es la ganancia del amplificador de bajo ruido (no en dB) fralbe.com
- 37. Receptores Concepto Valor Anchura de banda, Mhz 500 a 800 Ganancia a señales pequeñas, dB 40 mín Variación de la ganancia en 500 MHz, dB pico a pico 0.4 máx Pendiente de ganancia dB/MHz 0.015 máx. Intervalo de temperaturas tolerables, ºC 0 - 50 Características de amplificadores de bajo ruido fralbe.com
- 38. Receptores Para canalizar las señales después del ABR se emplea un divisor de salida en forma de encaminarlas a uno o más convertidores reductores (C/R), para pasar de radiofrecuencia a la f intermedia (70 o de 140 MHz). Existen C/R de uno y dos pasos fralbe.com
- 39. Receptores – C/R Diagrama funcional de convertidor reductor con 36 MHz de anchura de banda de un solo paso, OL = cadena del oscilador local. El convertidor de un solo paso • Simple y eficiente. • No permite agilidad en frecuencia • No se usa en ET modernas. fralbe.com
- 40. Receptores – C/R Diagrama funcional de convertidor reductor con 36 MHz de anchura de banda. de dos pasos. OL = cadena del oscilador local. El convertidor de dos pasos: • Un C/R proporciona completa agilidad en f • 1er oscilador local - > sintetizador, realizar cambios rápidos de f. • 2do Filtro separa porción de 36 MHz. • 2do oscilador local de f fija hace la conversión de la f central de las señales seleccionadas a 70 0 140 MHz. fralbe.com
- 42. Configuraciones de Estaciones Configuración: Debe adecuarse a fin de lograr su funcionamiento más eficiente. Depende de la cantidad de tráfico inicial y final previstos para la red, por el dimensionamiento y costo de los amp de potencia y otros elementos. Telepuertos: ET de gran capacidad de tráfico con múltiples servicios de transmisión de señales de vídeo, voz y datos abiertas al servicio público. fralbe.com
- 43. Configuraciones de Estaciones La configuración básica de telepuertos, similar a figura de Rx. Para casos de enlace con más satélites o bandas, se requiere varias antenas, con su correspondiente cadenas de Tx y Rx, teniendo en común algunos elementos como: interfaces con redes terrenales, sistemas de monitoreo y supervisión. fralbe.com
- 44. Configuraciones de Estaciones Diagrama funcional de una estación terrena receptora de un sistema de TV por cable. Las unidades alimentadas por el LNB superior son idénticas en número y configuración a las alimentadas por el inferior. fralbe.com
- 45. Configuraciones de Estaciones ET de Rx para distribuir señales de TV por cable: Deben recibir un # alto de señales análogas moduladas en frecuencia provenientes del mismo # de transponderes. Se combina el amplificador de bajo ruido con el convertidor de reducción de banda ancha en una sola unidad (LNB) fralbe.com
- 46. Configuraciones de Estaciones Ej: 2 LNB sin redundancia, uno para cada polarización. -> Rx de 12 canales de 36 MHz c/u LNB actuales, G de 60 a 70 dB.Temperaturas de ruido de 45 a 150 K en banda Ku y desde 20 K en banda C, a 20 ªC. Luego de demodular las señales a banda base y procesarlas en Rx, se remodula cada una convirtiéndola a uno de los canales específicos deTV por cable y se combinan todas en una unidad sumadora para distribuirlas en la red. fralbe.com
- 47. Interfaz y Enlace con Redes Terrenales fralbe.com
- 48. Interfaz y Enlace con Redes Terrenales Se requieren cuando las señales en banda base no se originan o no tienen como destino final la propia ET. Las interfaces permiten adaptar y sincronizar las señales entrantes desde una red terrenal a las requeridas en la estación terrena y viceversa en cuanto a voltajes, polarización, señalización, tiempo, etc. Convergencia de tecnologías fralbe.com
- 49. Infraestructura General y Sistema de Energía fralbe.com
- 50. Infraestructura General Incluye edificios con locales para equipos, para oficinas y habitaciones y demás obras de ingeniería civil (equivale a plataforma del satélite). Por las diferencias entre capacidades y servicios entre Ets, la infraestructura puede ser importante o insignificante o hasta inexistente. La infraestructura más completa en telepuertos de gran capacidad que utilizan varias antenas. fralbe.com
- 51. Infraestructura General Entre los subsistemas de apoyo: Instalaciones y equipos de climatización. Edificios, instalaciones exteriores y antenas con adecuada ubicación en el terreno. Vías de acceso y estacionamientos. Subsistemas de alarma y protección contra incendios. Sistema de alimentación de energía. fralbe.com
- 52. Infraestructura General Plano de distribución de áreas y equipos en un telepuerto fralbe.com
- 53. Sistema de Energía Equipos con capacidades típicas de cientos de KVA Ubicación: sección separada, cercana a las salas de Tx y Rx (poca longitud de cables de alimentación) Asegurar continuidad del suministro de energía (99.9 a 99.95 % o mayor) fralbe.com
- 54. Sistema de Energía Asegurar continuidad, utilizar energía eléctrica de alta calidad. Disponer de: Acometida de alta tensión con alimentador doble Dos transformadores de alta a baja tensión Conmutadores de energía Circuitos para las cargas críticas y esenciales separados de las no esenciales. Sistema de suministro de energía ininterrumpible, independencia de interrupciones breves de la energía comercial externa. Generadores d emergencia de arranque rápido y con capacidad por lo menos para cargas críticas. Banco de baterías para el sistema ininterrumpible como para los circuitos alimentados por corriente continua. fralbe.com
- 55. Sistema de Energía Requieren consideración especial: la tierra general de la ET y los pararrayos. En ET más simples, se simplifica el suministro de energía, pero deberían contar por lo menos, con un sistema ininterrumpible compacto de poca autonomía. fralbe.com
- 56. Sistema de Supervisión y Control fralbe.com
- 57. Sistema de Supervisión y Control Incluyen funciones de comprobación , alarma y mando remoto, Hacer más eficiente la operación de una red reduciendo la duración y el número de fallas Reconfigurar sus enlaces manual o automáticamente Determinar otras características de su operación. fralbe.com
- 58. Control Realizar en forma remota la conexión y desconexión de los equipos que no lo hacen en forma automática y determinar sus combinaciones. Conmutar los trayectos de Tx o establecer la conectividad entre las estaciones de la red y establecer las restricciones de cada una de ellas, así como las prioridades en una secuencia automática. fralbe.com
- 60. Referencias Nota: La información subscrita en estas diapositivas, no es más que un resumen del una parte del texto: 1. Rosado Rodríguez , Carlos. Comunicación por Satélite. México : Limusa, S.A. de C.V., 2001.fralbe.com