Antena parabólica La antena parabólica es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflector parabólico. Su nombre proviene de la similitud a la parábola generada al cortar un cono recto con un plano paralelo a la directriz. Las antenas parabólicas pueden ser usadas como antenas transmisoras o como antenas receptoras. Su principal función es la radiación o la recepción de ondas electromagnéticas, su elemento reflector parabólico concentra la energía en el punto focal, obteniendo así, su característica de transmisión o recepción unidireccional según sea su aplicación. De esta manera, en las antenas parabólicas transmisoras el reflector parabólico refleja la onda electromagnética generada por un dispositivo radiante que se encuentra ubicado en el foco del reflector parabólico, y los frentes de ondas que genera salen de este reflector en forma más coherente que otro tipo de antenas, mientras que en las antenas receptoras el reflector parabólico concentra la onda incidente en su foco donde también se encuentra un detector. Normalmente estas antenas en redes de microondas operan en forma full duplex, es decir, trasmiten y reciben simultáneamente. Por otra parte, también se pueden clasificar según su construcción en sólidas o de malla.cabe destacar que las antenas parabólicas suelen ser utilizadas a frecuencias altas y tienen una ganancia elevada; son en esencia una superficie metálica que sirve de reflector y un elemento radiante situado en su foco. El reflector puede estar construid de diferentes materiales: - Una superficie metálica, generalmente aluminio para aluminio para reducir peso. - Fibra con un baño de una sustancia metálica por su cara cóncava. Se suele utilizar en parábolas de gran tamaño para reducir peso. - Malla metálica que puede ser galvanizada o acerada.
Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de elementos múltiples para alcanzar muy alta ganancia y direccionalidad. Estas antenas usan un plato reflector con la forma de una parábola para enfocar enfoca r las ondas de radio recibidas por la antena a un punto focal. La parábola también funciona para capturar la energía radiada por la antena y enfocarla en un haz estrecho al transmitir. La antena parabólica es muy mu y direccional. direcciona l. Al concentrar toda la potencia p otencia que llega a la antena anten a y enfocarla en una sola dirección, este tipo de antena es capaz de proveer muy alta ganancia. Las mismas proporcionan una ganancia y una frecuencia extremadamente altas y son muy populares para los radios de microondas y el enlace de comunicaciones por comunicaciones por satélite. Una antena parabólica se compone de dos partes principales: un reflector parabólico y elemento activo llamado mecanismo de alimentación. En esencia, el mecanismo de alimentación aloja la antena principal (por lo general un dipolo o una tabla de dipolo), que irradia ondas electromagnéticas hacia el reflector. El reflector es un dispositivo pasivo que solo refleja la energía irradiada por el mecanismo de alimentación en una emisión concentrada altamente direccional donde las ondas individuales están todas en fase entre sí (un frente de ondas en fase).
Partes de una antena parabólica Ti r ante ant es o soport soport es
Sirven para sujetar a la base del LNB (Bloque Amplificador de Bajo Ruido) y mantener la distancia que existe entre el punto focal del LNB y el centro del plato de la antena parabólica, este punto focal es el punto de incidencia donde se concentra la señal recibida del satélite. Plato o r efl ector parabóli parabóli co
Es el elemento principal de una antena parabólica, si este se encuentra dañado o se excluye será imposible recibir la señal proveniente del satélite. Para facilitar el manejo del plato, éste se secciona en pétalos; (tanto en la antena de malla como en la sólida), aunque también existen las de fibra de vidrio de una sola pieza. Montura
Es uno de los elementos de gran precisión con los que cuenta la antena, permite realizar movimientos para la orientación horizontal (azimut) y vertical (elevación), necesarios para la recepción de la señal; además proporciona la unión entre el plato y la base. B ase o má m ásti l
Es la estructura que soporta y sujeta a la antena parabólica, la mantiene rígida y libre de movimientos que alteren su orientación correcta hacia el satélite. Aun expuesta a la lluvia o fuertes vientos, la base debe soportar el peso de todos los elementos de la antena ya orientada. Taquetes Ta quetes y tor ni l l ería
Estos accesorios son importantes, ya que permiten sujetar todos los elementos que componen la antena.
B ase de con concr creto eto
Es una superficie sólida y estable para montar la antena, se tiene que construir totalmente de concreto y varilla (no de mortero, ladrillo o bobedilla). Se puede colocar en pisos o azoteas. I nstalación nstalación
La instalación de la antena generalmente está a cargo de alguna empresa instaladora; se presenta la siguiente información, para que usted pueda verificar que se haga correctamente; sin embargo, se pretende que con dicha información, el personal directamente involucrado en su operación, op eración, sea capaz de realizar esta e sta función. Orientación de la antena parabólica Las antenas tienen dos ejes para realizar los
movimientos de orientación: elevación (o movimiento vertical) y azimut (o movimiento horizontal). Tipos de bases Independientemente del tipo de montura que se utilice, es importante resaltar que la base es la estructura que la soporta; aun expuesta a la lluvia o fuertes vientos, tanto una base como una montura deben mantener a la antena bien orientada hacia el satélite, pues incluso movimientos de uno o dos centímetros pueden degradar mucho la calidad de la señal. Existe un gran número de bases empleadas para la fijación de las antenas parabólicas. Cabe destacar que las más empleadas son: Base tr ian gular gul ar
Este tipo de base no permite el movimiento en azimut de forma independiente a ésta, ya que se fijan una vez que se haya encontrado la señal. Se recomienda su instalación en azoteas planas, pero no se recomienda para techos de dos aguas, ya que no permiten el movimiento angular por el tipo de forma que tienen. B ase tr i pié pi é u ni ver ver sal
Es un elemento que permite adaptar la instalación de la antena parabólica sobre techos de dos aguas, techos planos o en paredes. Dada su facilidad de acomodo en estas superficies, hace fácil los movimientos de azimut y elevación sin obstruirlos. Características técnicas de las antenas Las características que más nos interesan en una antena son: Ganancia, Directividad, Relación Delante/Atrás (D/A), Frecuencia o banda de trabajo, Impedancia, Carga al viento. Ganancia: La ganancia de una antena es la relación entre la tensión máxima captada
por la antena y la tensión máxima captada por un dipolo
Directividad: Es la capacidad que tiene una antena para recibir señales solo en ciertas
direcciones y sentidos determinados. La directividad es una característica que nos indica el ángulo en que una antena puede recibir. El ángulo de apertura nos indica los puntos en los que la ganancia de la antena disminuye en 3 dB respecto al valor máximo ver fig. En este Ángulo la señal captada por la antena es adecuada. Cada parte en el diagrama de radiación se denomina "lóbulo". "lóbu lo". Relación delante/atrás (d/a): Por definición , es la relación, expresada en dB entre la
ganancia máxima del lóbulo principal de la antena y la ganancia máxima de cualquier lóbulo comprendido entre 90º y 270º respecto al lóbulo principal. Sin embargo, los fabricantes suelen suministrar el dato respecto a 180º (por detrás) del lóbulo principal. Frecuencia o banda de trabajo: El margen de frecuencias sobre el que una antena
puede trabajar se denomina "ancho de banda ban da pasante" o banda de trabajo.
Impedancia: Es la resistencia de la antena. Esta es de 300 W. Por lo tanto suelen
llevar un adaptador de impedancias para 75 W. Carga al viento: Es el efecto que tiene el viento sobre la antena. El fabricante la suele
dar para 120 Km/h y dicha carga se suele calcular en en Newton (N).
Funcionamiento de la antena parabólica Una antena es el elemento que se utiliza en la transmisión o recepción de las ondas electromagnéticas. Como dispositivo transmisor, la antena debe convertir los componentes de tensión y corriente de la señal en campos eléctricos y magnéticos para que combinados se propaguen a través del espacio. Inversamente, durante la recepción, la antena debe interceptar los campos eléctricos y magnéticos que constituyen la energía de la señal transmitida para reconvertirla en los valores de tensión y corriente para su amplificación y demodulación. La antena parabólica es una antena unidireccional, está compuesta de un elemento radiador o receptor y de un reflector en forma paraboloide que concentra la energía en un haz. Habitualmente se emplea en forma de reflector, por lo cual recibe el nombre de antena parabólica. Debido a su característica de reflexión se emplea generalmente para la recepción de señales vía satélite. s atélite. Su principal función es concentrar en el punto focal la mayor cantidad de ondas electromagnéticas que se reciben desde los equipos electrónicos ubicados en el satélite, para que este campo después sea amplificado a los niveles adecuados y permita su manejo en el sistema de recuperación de d e la señal (decodificador).
Tipos de antenas parabólicas Los tipos de antenas parabólicas más importantes son: An tena tena Parabóli Parabóli ca De Foco Pri Pri mari o
La superficie de la antena es un paraboloide de revolución, y el fabricante la calcula y fabrica para tener un rendimiento alto, el mayor posible. Todas las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar al foco. El foco está centrado en el paraboloide. Este tipo de antena tiene un rendimiento máximo del 60%. Suelen ser de tamaño grande, ( 1.5m de diámetro). An tena tena Par abóli abóli ca Off set
Se obtiene recortando de grandes antenas parabólicas de forma esférica, según se muestra en la fig. estas antenas tienen el Foco desplazado hacia abajo, de tal forma que queda fuera de la superficie de la antena. El rendimiento llega a ser de un 70% o algo más. Las ondas que llegan a la antena, se reflejan, algunas se dirigen al foco, y el resto se pierde. A nte nt ena Parabó Par abóll ica Cass Cassegrain gr ain
Es similar a la de foco primario, tiene dos reflectores; el mayor apunta al lugar de recepción, y las ondas al chocar, se reflejan y van al foco donde esta el reflector menor; al chocar las ondas van al foco ultimo, donde estará colocado el detector. An tenas tenas Plan Planas as
Este tipo de antena no requiere un apuntamiento al satélite tan preciso como las estudiadas anteriormente aunque lógicamente hay que orientarlas hacia el satélite determinado. Se utilizan para satélites de alta potencia como el HISPASAT.
Tipos de antenas parabólicas según su construcción An tenas só sól i das
Características principales: • Para su fabricación se puede emplear la hoja
de lámina o la fibra de vidrio, lo que permite reducir los costos de manufactura. • Proporciona una mayor reflexión de energía hacia el punto focal desde la superficie
de la misma. • La energía concentrada o reflejada es mayor que en una antena de malla, debido a
que su superficie es completamente cerrada, mejorando en forma directa la calidad de recepción de la señal. • Este tipo de antena requiere de un mayor cuidado, ya que el material empleado
tiende a corroerse (dependiendo del clima en el lugar donde se instala) de forma más rápida. An tenas tenas de de mall a
Características principales: • Básicamente el plato está hecho de aluminio y las bases y soportes se hacen con
herrería. • La reflexión de señales en las antenas de malla es menor que las de tipo sólidas,
debido a la consistencia que posee la malla al permitir el paso de las ondas electromagnéticas; sin embargo, este problema se compensa al aumentar el diámetro del plato reflector. • La calidad de recepción de la antena de malla se basa en los diámetros. A mayor
diámetro empleado, mejor calidad. Programa de formación integral para el conocimiento, instalación, uso y mantenimiento de la Red Edusat • Presenta una mayor resistencia a la intemperie, sin embargo hay que dar
mantenimiento principalmente a la herrería y tornillería empleada.
Tipos de Antena según su posicionamiento Se utilizan dos tipos de montura dependiendo de los movimientos que permiten para la orientación de la antena, entre ellas estan: estan : Montura azimut-elevación
Este tipo de montura tiene su eje primario vertical, es decir, proporciona movimiento en dirección horizontal, mismo que llamaremos azimut y su eje secundario horizontal, el cual proporciona movimiento en dirección vertical, que llamaremos elevación. Se recomienda utilizar la herramienta necesaria para hacer girar las tuercas que fijan los movimientos de elevación o azimut para evitar deformaciones geométricas en el plato, debido a que al realizar estos movimientos desde el borde del plato concentramos la combinación de fuerzas que proporcionan tanto el peso de la antena como el que ejercemos para orientarla. Montura ecuatorial-polar
Este tipo de montura agrega un movimiento adicional a los de la montura azimutelevación, a este movimiento se le llama polar; le permite a la antena seguir a un objeto celeste con sólo realizar este movimiento, sin alterar la elevación y el azimut de la antena, por ello, este tipo de montura se emplea generalmente en telescopios.
Orientación de una Antena Parabólica Se necesitan tres datos para lograrlo: azimut, elevación y polarización del LNB. Azimut: Es la posición del plato en plano horizontal respecto del norte. Se mide en
grados.
Elevación: Es la inclinación en la que llega el haz de señal del satélite hasta nuestra
parabólica. Se mide en grados y valiéndonos valiéndono s de lo que venga marcado en el soporte del plato.
Polarización: Es la rotación que debe tener el LNB respecto a la vertical del suelo. Se
mide en grados.
Se pueden determinar básicamente de tres formas:
Mediante cálculo matemático:
Presenta la ventaja de poder calcular cualquier punto para cualquier satélite, conociendo
sólo
las
coordenadas
del
lugar
de
recepción
y
satélite que se desea recibir. Su inconveniente, es utilizar las fórmulas adecuadas:
el
Donde:
α: Ángulo del acimut contado desde el polo Norte terrestre α’: Ángulo del acimut contado desde el polo Sur terrestre : Ángulo de elevación desde el horizonte : Diferencia entre la longitud del lugar de colocación de la antena de recepción y la
longitud del satélite. : Latitud del lugar de colocación de la antena receptora. ’: Desplazamiento de la polarización.
Los ángulos se consideran positivos al Norte y/o al Este y negativos al Sur y/o al Oeste.
Utilizando los mapas realizados para cada satélite:
En estos mapas llamados de Iso-Elevación, Iso-Acimut e Iso-Polarización realizados en nuestro caso para España y para cada satélite se obtienen directamente los valores de elevación, acimut y desplazamiento de polarización.
Mediante Ábaco.
Se trata de utilizar un arco como el mostrado en la fig. en el cual aparecen los ejes de coordenada en latitud y diferencia de longitud y se obtiene como resultado el acimut y la Elevación. Este ábaco esta realizado para estaciones receptores en el hemisferio norte y partiendo de la antena orientada hacia el polo Sur.
Cálculo de ganancia de una antena parabólica Un ejemplo de cálculo de ganancia para una antena HyperLink Wireless brand 5.8 GHz con las siguientes características es:
Se tiene que la ganancia de una antena parabólica viene dada por:
• G = ganancia de potencia ( no en dB) • n = eficiencia global
• D = diámetro del plato • L = longitud de onda de espacio libre
1. A 5,8 Ghz la longitud de onda está dada por: Longitud de onda = C/f = 300*10exp6 m/s/ 5,8*10exp9 Hz = 5,17 cm Para el dato de la eficiencia, se tiene en cuenta que la representación de la eficiencia global de iluminación del reflector (g) en función del ángulo de apertura máximo 0, indica que para que dicha eficiencia sea máxima se produce para un ángulo en el que el pedestal del campo en la apertura C está 10 dB por debajo del máximo. Asi:
2. Considerando que hay una eficiencia del 80 % entonces: G= 0.8 * 9,86 * 0,36 / 0,00267 = 1062,4 (ganancia en potencia) G= 10* log 1062,4 = 30,26 dB Como se puede ver, el valor es muy cercano al proporcionado en la hoja de características de la antena. 3. También se calcula su apertura del haz, para ello se utiliza la siguiente ecuación: Ancho de Haz = 70 * L / D = 70 * 0,0517 / 0,6 = 6.031 grados, como indica en su hoja de características. Instalación de elementos de protección para la antena parabólica Como se sabe, las ráfagas de viento son capaces de mover objetos pesados, incluso pueden desorientar la antena, por lo cual es necesario contar con alguna estructura (muro de contención) que permita protegerla de estas ráfagas de viento y desviarlas para que no la afecten directamente. Generalmente se construye un muro alrededor de la antena, el cual se edificará a partir de que se determine la dirección frecuente del viento (éste se determinará por medio de un estudio anticipado para poder planificar y realizar la construcción). La altura del muro de contención está dada por la altura máxima de la antena. Este muro debe permitir debe permitir el libre movimiento de la antena y el fácil acceso a la misma; además de no obstruir la línea de vista directa hacia el satélite.
La manera más sencilla y económica de evitar que la antena pierda su orientación consiste en colocar como mínimo un par de tensores que logren soportar las ráfagas de viento; para colocar éstos se necesita: alambre galvanizado calibre 10 o 12 y taquetes de expansión 3/8" o de 1/2”. Los tensores deben sujetarse de los tornillos que
sostienen a los pétalos y nunca de los orificios con los que cuenta el borde del mismo.
Principio de un reflector parabólico Un reflector es una superficie que refleja la luz o cualquier otro tipo de onda. En muchos casos, como el de las antenas parabólicas o algunos espejos concentradores de luz, las superficies reflectoras tienen la forma de una parábola, o más precisamente de un paraboloide de revolución; y por ello cumplen con su principal propiedad: que todos los haces que chocan en ellas se reflejan en un punto en común, llamado foco. Sistemas que utilizan antenas parabólicas Entre los sistemas que utilizan antenas parabólicas destacan los siguientes: Saté Sat é l i tes de comu com u n i caci ones on es
Los satélites artificiales de comunicaciones son un medio muy apto para emitir señales de radio en zonas amplias o poco desarrolladas, ya que pueden utilizarse como enormes antenas suspendidas del cielo. Se suelen utilizar frecuencias elevadas en el rango de los GHz; además, la elevada direccionalidad de antenas utilizadas permite "alumbrar" zonas concretas de la Tierra. El primer satélite de comunicaciones, el Telstar 1, se puso en órbita en 1962. La primera transmisión de televisión vía satélite se llevó a cabo en 1964.
Mantenimiento preventivo para la antena parabólica Se debe realizar una revisión periódica de la antena parabólica y de los diferentes accesorios para ampliar el tiempo de vida útil de éstos. A continuación se describen algunas recomendaciones de mantenimiento preventivo. Al momento que una antena se fija y orienta al satélite correspondiente, se recomienda a los responsables del equipo de recepción realicen las marcas indicativas de la posición de la antena, para asegurarse de que si llegara a moverse, con sólo hacer coincidir las marcas, se restablezca la señal. Forma en que la antena parabólica receptora concentra la señal M arcas de de or or ientación ientación en azim azimut ut
Para el movimiento de azimut se recomienda marcar en la unión que hacen el mástil de la base y la montura con una línea que abarque ambos elementos. En lo que respecta a la elevación, se recomienda marcarla de igual forma pero sin estropear la cuerda del tornillo de elevación, ya que si se llega a estropear dicho tornillo ya no podría ajustarse de forma normal y se requeriría cambios de piezas. Limpieza
Es muy importante mantener limpia de polvo, agua u hojas la superficie de la antena, pues de no ser así, la cantidad de energía que se reflejará ya no será la misma. La limpieza tiene que hacerse con un trapo o con un cepillo de plástico. Cuando se le haga limpieza se debe evitar recargarse en ella para no desorientarla o deformarla. No debemos permitir que le arrojen objetos, para evitar el daño a los pétalos que la conforman; y lo más importante, no moverla hasta estar seguros de cuál es la causa por la que no se tiene señal. Revisión de tor n i l l ería
Es necesario verificar que todos los tornillos que sujetan los pétalos de la antena, montura y base se encuentren perfectamente apretados para evitar las pérdidas de señal y conservar el apuntamiento hacia el satélite. Si se llega a encontrar algún
tornillo flojo en el plato, se deberá ajustar. Si los tornillos se encuentran oxidados o flojos, no nos permitirá realizar la reorientación de la antena en caso de ser necesario. Pr evenci venci ón de cor corrr osi osi ón
La corrosión puede ocasionar muchos problemas para mantener la durabilidad de la antena. Es capaz de inmovilizar todos los tornillos (dependiendo del grado de avance de la misma) o dañarlos en forma definitiva. Todo este proceso es fácil de prevenir si se aplican ciertas sustancias que permitan mantener a los tornillos en buenas condiciones de operación; para ello, se pueden utilizar las siguientes sustancias aplicándolas directamente a las partes expuestas a la corrosión. Sistema Sistema de tierr a
La antena debe estar aterrizada para proveer cierta protección contra cargas estáticas, descargas eléctricas y picos de voltaje, esto nunca ponga silicón del que se emplea para ventanas a ningún tornillo, dado que éste conserva la humedad del medio ambiente y propicia que la oxidación se lleve a cabo más rápida. La rápida. La antena no debe instalarse debajo o cerca de líneas de alto voltaje, alumbrado u otros circuitos eléctricos que puedan provocar interferencia permite proteger al LNB y al
decodificador. Para construir el sistema de tierra de la antena parabólica, se requiere de un cable desnudo calibre 8 de cobre del cual una de sus puntas va sujeta a la base de la antena y la otra a una varilla copper well de 1.5 m de largo y 1/2” o 5/8" de grosor. Esta varilla va enterrada en el piso a una distancia de 2 m aproximadamente de la construcción del plantel. Es recomendable que el cable desnudo no esté cerca de tuberías de agua, ductos eléctricos, ductos gaseosos, entre otros servicios, ya que esto implicaría un peligro. No combine el sistema de tierra de la antena con el sistema de suministro de energía
Anexos
Antena Parabólica
Recepción de Señal
Antena Parabólica De Foco Primario
Antena Parabólica Offset
Antena Parabólica Cassegrain
Antenas Planas
