Download 1 - Universidad de Magallanes

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
- 2009 -
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:
Pedro Lineros Contreras.
Supervisor Técnico Avanzado,
Movistar
Profesor guía:
Rubén Carvallo Barrientos.
CRISTIAN ALBERTO HERNÁNDEZ FLOWERS
- 2009 -
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.
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.
v
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN
1
1.1
Objetivos
2
1.2
Descripción del problema
2
1.3
Movistar
3
1.3.1 Magnitudes
4
1.3.1.1
Grupo Telefónica en Chile
4
1.3.1.2
Cifra negocio
4
1.4 Organización del trabajo de título
4
CAPÍTULO II CONCEPTOS DE TRANSMISIONES INALAMBRICAS Y
PROPAGACION RF
2.1
2.2
2.3
6
Características de la propagación de RF
7
2.1.1 Conceptos básicos para la propagación de RF
7
2.1.1.1
Refracción
8
2.1.1.2
Reflexión
8
2.1.1.3
Dispersión
8
2.1.1.4
Difracción
9
Comunicaciones inalámbricas
10
2.2.1 Propagación por onda directa
10
2.2.2 Propagación por onda terrestre
10
2.2.3 Propagación por onda refractada o ionosférica
11
2.2.4 Propagación por difracción ionosférica
12
2.2.5 Propagación por difracción meteórica
13
2.2.6 Propagación troposférica
13
2.2.7 Propagación por reflexión más allá de la atmósfera
14
Propagación de RF para comunicaciones satelitales
15
vi
2.3.1 Pérdidas en trayectoria por el espacio libre
15
2.3.3 La Luna como repetidor de radiación solar
16
2.3.4 Interferencia terrestre
18
2.3.5 Interferencia de satélites contiguos
18
2.3.6 Pérdidas por transmisión debido a un eclipse
18
CAPÍTULO III SATÉLITES.
3.1 Historia de los satélites
3.1.1 Reglamentación de organismos registrados
19
20
22
3.2 Órbitas de los satélites
24
3.3 Puesta en órbita de un satélite geoestacionario
27
3.4 Módulo de misión
29
3.5 Sistema de control y diseño de satélites
29
3.5.1 Sistema de propulsión
31
3.5.2 Sistema de energía eléctrica
32
3.5.3 Control térmico
33
3.6 Cobertura proporcionada por un satélite
33
3.7 Ángulo azimut, ángulo de elevación y distancia
34
3.7.1 Cálculo del ángulo azimut
34
3.7.2 Cálculo del ángulo de elevación
35
3.7.3 Cálculo del rango
35
CAPÍTULO IV MODELO DE ENLACE SATELITAL
4.1 Modelo del enlace satelital
36
37
4.1.1 Modelo de enlace de subida
37
4.1.2 Transpondedor
38
4.1.3 Modelo de enlace de bajada
39
4.2 Ganancia de la antena
39
4.3 Temperatura equivalente de ruido
40
4.3.1 Densidad de ruido
42
vii
4.4 Parámetros del sistema satelital
42
4.4.1 Pérdida por reducción
43
4.4.2 Potencia isotrópica radiada efectiva
43
4.4.3 Pérdidas por propagación
45
4.4.4 Densidad de potencia
45
4.4.5 Potencia en el receptor
46
4.4.6 Relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido 46
4.4.7 Relación de portadora a densidad de ruido
47
4.4.8 Relación de la portadora a señal a ruido.
47
4.4.9 Relación de energía de bit a densidad de ruido
48
4.5 Efectos atmosféricos en la propagación de señales
49
4.5.1 Atenuación por gases en la atmósfera
50
4.5.2 Atenuación por hidrometeoros
51
4.6 Cálculo de la relación ganancia a temperatura equivalente de ruido
con lluvia
56
4.7 Ecuaciones del enlace
57
4.7.1 Enlace de subida
57
4.7.2 Enlace de bajada
59
4.8 Cálculo de la eficiencia total del sistema
60
CAPÍTULO V ANTENA Y SATÉLITE UTILIZADOS POR MOVISTAR
62
5.1 satélite amazonas
63
5.1.1 Plataforma
63
5.1.2 Repetidor
64
5.1.3 El proyecto amazonas 1
64
5.1.3.1 Inversión total del proyecto
65
5.1.3.2 Desarrollo comercial
66
5.1.3.3 La más moderna tecnología satelital
67
5.1.3.4 Tecnologías más relevantes
67
viii
5.1.3.5 Cobertura del satélite Amazonas 1
68
5.1.3.6 Audiovisuales y difusión de TV
69
5.1.3.7 Para operadores y redes empresariales
69
5.1.3.8 Banda ancha
70
5.1.3.9 Sistema operativo Amerhis
71
5.1.3.10 El lanzador
71
5.1.3.11 El lanzamiento
72
5.2 Características generales del satélite amazonas
72
5.2.1 Descripción general
72
5.2.2 Lanzamiento
73
5.2.3 Posición orbital
73
5.2.4 Control orbital
73
5.2.5. Características de la carga útil en banda c
73
5.2.5.1 Descripción general
73
5.2.5.2 Definición de la cobertura
73
5.2.5.3 Polarización
74
5.2.5.4 Plan de frecuencias
74
5.2.6 Características de la carga útil en banda ku
78
5.2.6.1 Descripción general
78
5.2.6.2 Definición de coberturas
78
5.2.6.3 Plan de frecuencias
81
5.2.6.4 Capacidad y modo de operaciones
81
5.2.6.5 Interconectividad
85
5.2.6.6 Polarización
85
5.3 Reflector offset
5.3.1 Especificaciones del reflector utilizado
85
88
5.4 LNB
89
5.5 LNB GK411-36
90
ix
CAPÍTULO V IDENTIFICACIÓN DE LOS PROBLEMAS A LOS QUE SE
ENCUENTRA EXPUESTO EL SISTEMA Y PRESENTACIÓN DE LAS POSIBLES
SOLUCIONES
91
6.1 Viento
92
6.2 Precipitación
92
6.2.1 Lluvia
93
6.2.2 Llovizna
93
6.2.3 Nieve
93
6.2.4 Granizo
94
6.2.5 Neblina
94
6.2.6 Virga
94
6.2.7 Rocío
94
6.3 Radiación solar
95
6.4 Problemas causados y soluciones propuestas
95
6.5 Definición de Interferencia Solar
96
6.6 Interferencia solar y Servicio DTH
97
6.6.1 Consecuencias
98
6.6.2 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
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
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.
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$ 2.000 y 6.000 empleados directos.
4
1.3.1 Magnitudes:
1.3.1.1 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.
1.3.1.2 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
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.
CAPÍTULO II
CONCEPTOS DE TRANSMISIONES INALAMBRICAS Y
PROPAGACIÓN RF.
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.
2.1.1 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 (299.792.458 m/s) y aproximadamente a un 95%
8
de esta velocidad en otros medios. En la atmósfera terrestre la velocidad se reduce muy
poco (299.705.543 m/s), por lo que esta disminución no se considera.
2.1.1.1 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:

Vp
Vm
(2.1)
 : Índice de refracción.
V p : Velocidad de propagación en el espacio libre.
Vm : Velocidad de propagación en el medio.
2.1.1.2 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.
2.1.1.3 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
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
f
(2.2)
 : Longitud de onda.
f : Frecuencia.
c : Velocidad de la luz.
Figura 2.1 Relación diámetro de gota con longitud de onda.
2.1.1.4 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.
10
2.2
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.
2.2.1 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.
2.2.2 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
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.
2.2.3 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
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.
2.2.4 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.
13
2.2.5 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.
2.2.6 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.
14
2.2.7 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.
15
2.3
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.
2.3.1 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.
 4D   4Df 
Lp  
 

    c 
2
2
Expresando en decibeles esta ecuación se obtiene
(2.3)
16
 4D 
 4Df 
L p dB   10Log 
  20Log 

 λ 
 c 
2
(2.4)
Si la frecuencia se expresa en MHz, la ecuación queda de la siguiente manera.
4  10   10 
L p dB   20Log
 20Logf Mhz   20LogD(Km)
8
3  10 
6
3
 32.4  20Logf (MHz)  20LogD(Km)
(2.5)
Si la frecuencia se indica en GHz, la ecuación queda de la siguiente manera.
Lp(dB)  92.4  20Logf (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.
2.3.2 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.
17
2.3.3 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.
18
Figura 2.11 Enlace afectado por la dirección de la antena.
2.3.4 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.
2.3.5 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.
2.3.6 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.
CAPÍTULO III
SATÉLITES.
20
3.1 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
36000 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
1955. 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.
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 1964. 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
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 1980.
3.1.1 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.
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)
Servicio fijo
Es el segmento más
4GHz (DL)
Banda X
8GHz (UL)
saturado
Uso militar
7GHz (DL)
Banda Ku
14/12GHz
Servicio fijo
Ampliación de
17/12GHz
DBS
servicios banda C
Enlaces entre
18GHz (UL)
Enlaces entre satélites
satélites.
27GHz (DL)
(IRIDIUM).
Banda Ka
27-40 GHz
Uso militar.
Milimétricas
60 GHz
Servicio
móvil
banda ancha.
de Videoconferencias,
etc.
24
3.2 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.
25
Figura 3.3 Órbitas con ángulo de inclinación respecto al ecuador.
3.2.1 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
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
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
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.
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
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.
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.
3.5.1 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
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.
3.5.2 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.
33
3.5.3 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 Km2., 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.
34
3.7 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.
3.7.1 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.
 tan LOes  LOsat  

Azm  tan 1 
senLAes


(3.6)
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 = 180° - Azm
Si el satélite se encuentra al noroeste del la estación terrestre Az = 360° - Azm
Si el satélite se encuentra al noreste de la estación terrestre
Az = Azm
3.7.2 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.
 cos LA cos LO  LO   0.151 
es
es
sat

Elev  tan 1 
 1  cos 2 LA cos 2 LO  LO  
es
es
sat 

(3.7)
3.7.3 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 36000 Km.
  sen 1 0.15126 cos Elev 



  90º- - Elev


S  R 2  R  h 2  2 RR  h  cos 

(3.8)
CAPÍTULO IV
MODELO DE ENLACE SATELITAL
37
4.1 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.
4.1.1 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
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.
4.1.2 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
39
transmisión por el enlace de bajada, hacia las estaciones receptoras terrestres. Cada canal
satelital de RF requiere un transpondedor por separado.
4.1.3 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 At , se refiere a la relación que existe entre la potencia radiada por
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.
 Df 
At   

 c 
2
(4.1)
Ganancia de la antena en decibeles
  Df 2 

At dB  10 log  
  c  


(4.2)
At : 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
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  KTe B
(4.3)
La ecuación 4.4 muestra la potencia de ruido en el amplificador de salida N e y se
expresa de la siguiente manera.
Ne  AKB T  Te 
(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
AKB T  Te 
T
N
N
F   ent  i  e 
 1 e
AS AN i
AKTB
T
S
 
 N  sal N o
(4.5)
42
N : Potencia total de ruido (W)
K : Constante de Boltzmann (JºK)
A : Ganancia de potencia del amplificador (adimensional)
T : Temperatura ambiente (ºK)
Te : Temperatura equivalente de ruido (ºK)
La ecuación 4.6 muestra la temperatura equivalente de ruido, Te .
Te  T F  1
(4.6)
F : Factor de ruido (adimensional)
4.3.1 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.
N0 
N kTe B

 KTe
B
B
(4.7)
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.
43
4.4.1 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.
4.4.2 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.
44
Figura 4.6 Factores que generan el PIRE.
PIRE  Pt At
(4.8)
Potencia isotrópica radiada efectiva en decibeles
PIRE dB   10 log Pt At 
(4.9)
PIRE : Potencia isotrópica radiada efectiva (dB)
Pt : Potencia de entrada a la antena (W)
At : 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.
Lc  10 log 
l
r 2
Lc : Pérdidas en el cable (dB)
l : Longitud del cable (m)
 : Resistividad del material ( m )
r : Radio del conductor (mm)
(4.10)
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.
4.4.3 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 L p 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.
 4Df 
 4Df 
Lp dB   10 log 
  20 log 

 c 
 c 
2
(4.11)
4.4.4 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.
P A 
C' dB   10 Log  tx tx2 
 4r 
(4.12)
46
C' : Densidad de flujo (dBW/m2 )
Ptx : Potencia de transmisión (dBW)
Atx : Ganancia de la antena transmisora (adimensional)
r : Rango del radio enlace (Km)
4.4.5 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 A A 
Prx dB   10 Log  tx tx 2 rx 
 4r 
(4.13)
Prx : Potencia en el receptor (dBW/m)
Ptx : Potencia de transmisión (dBW)
Atx : Ganancia de la antena transmisora
Arx : Ganancia de la antena receptora
r : Rango del radio enlace (Km)
4.4.6 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.
47
G Arx

Te Te
(4.14)
Relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido en decibeles


G
dB   10 log  Arx 
Te
 Te 
(4.15)
G Te : Ganancia a temperatura equivalente de ruido (dBk-1)
Arx : Ganancia de la antena receptora (adimensional)
Te : Temperatura equivalente de ruido (°K)
4.4.7 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

N 0 KTe
(4.16)
4.4.8 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
48
eficiencia de un enlace. La ecuación 4.17 sirve para saber la cantidad de potencia
transmitida en el enlace.
C
C

 BW
N N0
(4.17)
4.4.9 Relación de energía de bit a densidad de ruido.
La relación de energía de bit a densidad de ruido Eb N 0 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 Eb . La ecuación 4.18 define la energía por bit.
Eb  Pt Tb
Tb 
P
1
 Eb  t
fb
fb
Eb : Energía por bit (Jbit)
Pt : Potencia total saturada de salida (W)
Tb : Tiempo de un solo bit (seg)
f b : Frecuencia de bits (Hz)
(4.18)
49
La ecuación 4.19 muestra que la relación energía de bit a densidad de ruido esta
dada de la siguiente manera.
Eb C f b CB


N 0 N B Nf b
(4.19)
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 Eb N 0 . De esto se obtiene la ecuación 4.20
Eb C B

N0 N fb
(4.20)
Se dice que la relación Eb N 0 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 Eb ,
al igual que se espera que la temperatura permanezca constante para que la densidad de
ruido tampoco sea alterada.
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 Lg .

Atenuación por hidrometeoros Lr .
50
4.5.1 Atenuación por gases en la atmósfera.
La atenuación por gases atmosféricos Lg 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
22.235GHz, 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.
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 O2 . 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.
da 
10 Km
senElevación 
(4.21)
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.
Lg   Abs da 
(4.22)
4.5.2 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.
52
Se le conoce como atenuación por hidrometeoros Lr 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 .
  aR b
(4.23)


LR   da   aR B 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 :
5
2.42

4.21  10  f , f  2.9GHz,54GHz
a
2
0.699

, f  2.9GHz,54GHz
4.09  10  f
(4.25)
53
Para b :
0.0779

, f  8.5GHz,25GHz
1.41  f
b
0.272

, f  25GHz,164GHz
2.63  f
Figura 4.10 Regiones de lluvia en el continente Americano.
(4.26)
54
Figura 4.11 Regiones de lluvia en el continente Europeo.
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
56
4.6 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
Tr  T0  1  
Lr 

(4.27)
T0 : Temperatura constante de 290 °K
Lr : Pérdidas provocadas por lluvia (adimensional)
La ecuación 4.28 muestra la relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido
con lluvia.
Te ll   Tsis  Tr
A
G
lluvia  rx
Te
Te ll 
(4.28)
Relación ganancia a temperatura equivalente de ruido con lluvia expresada en
decibeles
A
G
lluvia dB   10 log rx
Te
Te ll 
(4.29)
57
4.7 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.
4.7.1 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.
G
C
 4D 
 10 log Ar Pent  20 log 
  10 log    10 log Lu  10 log K
N0
  
 Te 
 C 
G

dB   PIRE dBW   L p dB     dBK 1  Lg dB   K dBWK  (4.30)
 N0 
 Te 


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.
58
G
C
 4D 
 10 log Ar Pent  20 log 
  10 log    10 log Lu  10 log K  10 log B 
N0
  
 Te 
 C 
G

dB   PIRE dBW   L p dB     dBK 1  Lg dB   K dBWK   BdB 
 N0 
 Te 


(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 Lr y la relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido afectada por
lluvia G Te . Estos dos parámetros se utilizarán en el cálculo de la relación de portadora a
ruido, como se ve en la ecuación 4.32.
 C 
G

dB   PIRE dBW   L p dB     dBK 1  Lg dB   K dBWK   BdB   Lr dB 
 N0 
 Te 


(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.
 
Eb
dB   C dB   10 log  B 
N0
N
 Rb 
PIRE : Potencia radiada isotrópicamente en el enlace de subida (dBW)
L p : Pérdidas por trayectoria de subida (dB)
G Te : Relación ganancia a temperatura equivalente de ruido de subida (dBK-1)
(4.33)
59
Lg : Atenuación por gases atmosféricos de subida (dB)
K : Constante de Boltzman (dBWK)
B : Ancho de Banda de subida (MHz)
Lr : Pérdidas por lluvia de subida (dB)
4.7.2 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 
G

dB   PIRE dBW   L p dB     dBK 1  Lg dB   K dBWK  (4.34)
 N0 
 Te 


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 
G

dB   PIRE dBW   L p dB     dBK 1  Lg dB   K dBWK   BdB 
 N0 
 Te 


(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 
 G 

dB   PIRE dBW   L p dB   
 dBK 1  Lg dB   K dBWK   BdB   Lr dB 
 N0 
 Te ll  


(4.36)
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.
 
Eb
dB   C dB   10 log  B 
N0
N
 Rb 
(4.37)
G Te : Relación ganancia a temperatura equivalente de ruido de subida (dBK-1)
Lg : Atenuación por gases atmosféricos de subida (dB)
K : Constante de Boltzman (dBWK)
B : Ancho de Banda de subida (MHz)
Lr : 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 Te : Relación ganancia a temperatura equivalente de ruido en bajada (dBK-1)
Lg : Atenuación por gases atmosféricos en bajada (dB)
K : Constante de Boltzman (dBWK)
B : Ancho de Banda en bajada (MHz)
Lr : 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.
61
 C 
10 0.1C N0 u 10 0.1C N0 d

  0.1C N u
0
 10 0.1C N0 d
 N 0  10
(4.38)
La ecuación 4.39 muestra la eficiencia total en el sistema de la relación densidad de
energía de bit a ruido.
 Eb 
10 0.1 Eb N0 u 10 0.1 Eb N0 d

  0.1 E N u
b
0
 10 0.1 Eb N0 d
 N 0  10
(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
(4.40)
1
1

C
C
 
 
 N u  N  d
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 N im
y la interferencia de otros sistemas cercanos C I  . Por lo que la ecuación 4.41
queda de la siguiente manera:
C
 
N
1
1
1
1
1



C
C
C
C 
 
 
 
 
 N  u  N  d  N  im  I 
(4.41)
CAPÍTULO V
ANTENA Y SATÉLITE UTILIZADOS POR MOVISTAR.
63
5.1 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.
5.1.1 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:
principal
Longitud: 2.4 m.
Ancho:
Potencia de los amplificadores
5.88 m.
2.9 m.
50 W(banda C)
100 W(banda KU)
Longitud
36.1 m.
Masa
4.605 kg.
Potencia eléctrica
7000 W
64
5.1.2 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
5
5.1.3 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.
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
2004
5.1.3.1 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.
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.
5.1.3.2 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.
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.
5.1.3.3 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.
5.1.3.4 Tecnologías más relevantes
Amazonas 1 incorpora también tecnologías modernas probadas en el espacio, entre
los que cabe destacar:
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.
2. 60% más de masa seca.
3. 40% más de masa de lanzamiento.
4. 50% más de potencia.
5.1.3.5 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.
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).
5.1.3.6 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.
5.1.3.7 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.
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.
5.1.3.8 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 DVBRCS. 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, E-mail, VoIP, Videoconferencia, Transferencia de Archivos,
Distribución de Contenidos, entre otros.
71
5.1.3.9 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.
5.1.3.10 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 36.000 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.
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.
5.1.3.11 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
5.2.1 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.
73
5.2.2 Lanzamiento
El lanzador PROTON lanzó el satélite Amazonas en agosto de 2004.
5.2.3 Posición orbital
La posición orbital del satélite (geoestacionario) es 61º oeste.
5.2.4 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.
5.2.5. Características de la carga útil en banda c
5.2.5.1 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.
5.2.5.2 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.
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.
5.2.5.3 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
5.2.5.4 Plan de frecuencias
Las bandas de frecuencias del enlace ascendente son 5.850 - 6.425 GHz.
75
Las bandas de frecuencias del enlace descendente son 3.625 - 4.200 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 4199.00 MHz.
El plan de frecuencias detallado de AMAZONAS se define en la figura 5.2 y en la
tabla 5.4.
76
Tabla 5.4 Plan de frecuencias en banda C.
Banda
Uplink
Nombre
C
C
Polarización
del canal
Downlink
Frec.
Nombre
central
del canal
Polarización
Frec.
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
3.905
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
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
77
Figura 5.2 Definición del plan de frecuencias (en MHZ)
78
5.2.6 Características de la carga útil en banda ku
5.2.6.1 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.
5.2.6.2 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
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
80
Figura 5.5 Cobertura en AMERICA DEL SUR
Figura 5.6 Cobertura en EUROPA
81
5.2.6.3 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.
5.2.6.4 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.
82
Tabla 5.5 Plan de frecuencias en banda Ku en Europa.
Banda
Uplink 1
Nombre del
Polarización
canal
Europa
Europa
Downlink
Frec.
Nombre del
central
canal
Polarización
Frec.
central
EUH1
H
13772
EUV1
V
12522.3
EUH2
H
13812
EUV2
V
12562.3
EUH3
H
13852
EUV3
V
12602.3
EUH4
H
13892
EUV4
V
12642.3
EUH5
H
13932
EUV5
V
12682.3
EUH6
H
13972
EUV6
V
12722.3
EUV7
V
13772
EUH7
H
12522.3
EUV8
V
13812
EUH8
H
12562.3
EUV9
V
13852
EUH9
H
12602.3
EUV10
V
13892
EUH10
H
12642.3
EUV11
V
13932
EUH11
H
12682.3
EUV12
V
13972
EUH12
H
12722.3
83
Tabla 5.6 Plan de frecuencias en banda Ku para Brasil, Sudamérica y Norteamérica.
Banda
Uplink 1
Nombre
Polarización
del canal
Brasil
Uplink 2
Frec.
Nombre
central
del canal
Polarización
Downlink
Frec.
Nombre
central
del canal
Polarización
Frec.
central
BRH17
H
14156
BRV17
V
11860
BRH18
H
14217
BRV18
V
11921
BRV19
V
14156
BRH19
H
11860
BRV20
V
14217
BRH20
H
11921
BRH21
H
14271
BRV21
V
10975
BRH22
H
14311
BRV22
V
11015
BRH23
H
14351
BRV23
V
11055
BRH24
H
14391
BRV24
V
11095
BRH25
H
14431
BRV25
V
11135
BRH26
H
14471
BRV26
V
11175
BRV27
V
14271
BRH27
H
10975
BRV28
V
14311
BRH28
H
11015
BRV29
V
14351
BRH29
H
11055
BRV30
V
14391
BRH30
H
11095
BRV31
V
14431
BRH31
H
11135
BRV32
V
14471
BRH32
H
11175
S.A./
SAH13
H
14034
BRH13
14034
BRV13
V
11738
Brasil
SAH14
H
14095
BRH14
14095
BRV14
V
11799
S.A./
SAV15
V
14034
BRV15
14034
BRH15
H
11738
Brasil
SAV16
V
14095
BRV16
14095
BRH16
H
11799
S.A./
SAH01
H
13772
SAV01
V
11972
Brasil
SAH02
H
13812
SAV02
V
12012
SAH03
H
13852
SAV03
V
12052
SAH04
H
13892
SAV04
V
12092
SAH05
H
13932
SAV05
V
12132
Brasil
Brasil
Brasil
SAH06
H
13972
SAV06
V
12173
S.A./
SAV07
V
13772
SAH07
H
11972
Brasil
SAV08
V
13812
SAH08
H
12012
SAV09
V
13852
SAH09
H
12052
SAV10
V
13892
SAH10
H
12092
SAV11
V
13932
SAH11
H
12132
SAV12
V
13972
SAH12
H
12173
S.A./
BRH13
H
14034
SAH13
H
14034
SAV13
V
11738
Brasil
BRH14
H
14095
SAH14
H
14095
SAV14
V
11799
S.A./
BRV15
V
14034
SAV15
V
14034
SAH15
H
11738
Brasil
BRV16
V
14095
SAV16
V
14095
SAH16
H
11738
N.A.
NAH13
H
14034
NAV13
V
11799
NAH14
H
14095
NAV14
V
11738
NAV15
V
14034
NAH15
H
11799
NAV16
V
14095
NAH16
H
11738
NAH01
H
13772
NAV01
V
11972
NAH02
H
13812
NAV02
V
12012
NAH03
H
13852
NAV03
V
12052
NAH04
H
13892
NAV04
V
12092
NAH05
H
13932
NAV05
V
12132
NAH06
H
13972
NAV06
V
12173
NAV07
V
13772
NAH07
H
11972
NAV08
V
13812
NAH08
H
12012
NAV09
V
13852
NAH09
H
12052
NAV10
V
13892
NAH10
H
12092
NAV11
V
13932
NAH11
H
12132
NAV12
V
13972
NAH12
H
12173
N.A.
N.A
N.A.
84
Figura 5.7 Plan de frecuencias (en MHZ)
85
Las frecuencias de baliza para la misión en la banda Ku son:
-
Frecuencia 1: Polarización vertical de 11701.25 MHz
-
Frecuencia 2: Polarización vertical de 12746,75 MHz
5.2.6.5 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.
5.2.6.6 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
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).
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
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
5.3.1 Especificaciones del reflector utilizado

Largo: 104 cms.

Ancho: 91cms.

Profundidad: 10cms.

Eficiencia: 0.7
89
5.4 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 2.150
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 2.150 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.
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 1.950 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 GK411-36

Rango de frecuencia de entrada: 10.7 - 12.75 GHz.

Rango de frecuencia de salida: 950 ~ 1450 MHz.

Rango de frecuencia de oscilador local (L.O): 9.75 - 10.60 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.
CAPÍTULO VI
IDENTIFICACIÓN DE LOS PROBLEMAS A LOS QUE SE
ENCUENTRA EXPUESTO EL SISTEMA Y PRESENTACIÓN
DE LAS POSIBLES SOLUCIONES.
92
En el presente capítulo se darán a conocer las anomalías estudiadas y las soluciones
propuestas.
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.
93
6.2.1 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.
6.2.2 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.
6.2.3 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.
94
6.2.4 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.
6.2.5 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.
6.2.6 Virga.
Es el hidrometeoro que cae de una nube pero se evapora antes de alcanzar el suelo.
6.2.7 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
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
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.
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).
98
Figura 6.2 Definición gráfica del servicio DTH
6.6.1 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/N0.
6.6.2 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.
99
Los problemas causados por el humano se basan principalmente en aspectos
económicos dado que se efectúan diseños teóricos y no se llevan a cabo por que al
momento de implementarse se dan cuenta de los costos que estos proyectos llevan. En la
tabla 6.1 se muestran los diámetros de antenas correspondientes a los valores de EIRP
dados y para el LNB de ruido correspondiente.
Valores PIRE para la banda Ku
Potencia Isotrópica Efectiva Radiada es la potencia aparente transmitida hacia el
receptor, si se asume que la señal se irradia igualmente en todas direcciones, tal como una
onda esférica que procede de un punto fuente; en otras palabras, el producto aritmético de
la potencia suministrada a una antena y su ganancia.
PIRE = G * P = 10(g/10) * P [W]
G: Coeficiente de ganancia de la antena
g: Ganancia de la antena [dBi]
P: Fuerza de transmisión [W]
100
Tabla 6.1 Valores para la banda Ku utilizando tres tipos de LNB universal
Intensidad de
Diámetro de la antena (cm)
campo EIRP
LNB (0.6-0.7dB)
LNB (0.8-1dB)
LNB (1.1-1.3dB)
64 dBW
22
23
25
63 dBW
24
26
28
62 dBW
26
28
30
61 dBW
28
30
32
60 dBW
30
32
34
59 dBW
32
34
36
58 dBW
34
36
38
57 dBW
36
38
41
56 dBW
38
40
44
55 dBW
40
45
50
54 dBW
45
50
55
53 dBW
50
50
55
52 dBW
50
55
55
51 dBW
55
60
60
50 dBW
60
60
65
49 dBW
60
75
75
48 dBW
75
90
90
47 dBW
80
90
100
46 dBW
90
100
100
45 dBW
90
100
120
44 dBW
100
110
120
43 dBW
100
120
135
42 dBW
120
120
150
41 dBW
120
135
150
40 dBW
135
150
180
39 dBW
150
180
240
38 dBW
180
240
300
36 dBW
240
300
360
35 dBW
300
360
480
CAPÍTULO VII
CONCLUSIONES
102
La televisión satelital es un servicio eficiente cuando se utiliza en condiciones
ideales, todos los satélites geoestacionarios se encuentran en línea con el Ecuador y en
especial el Amazonas que es el que proporciona tal servicio a Movistar y sus clientes.
La principal anomalía de la ciudad de Punta Arenas es su ubicación localizada a
53º10'01''S 70º56'01''O, en la Península Brunswick y a orillas del Estrecho de Magallanes,
en la Patagonia y a pocos kilómetros del Cabo Froward, el punto más austral del continente
americano lo que representa una distancia de viaje de la señal mas considerable que viajar
al Ecuador, lo que significa más pérdidas, por concentración de partículas en la atmosfera y
por temperatura, y esto se ve en que el mejor de los casos se recepciona solamente del 15%
al 21% de la señal dependiendo del Transpondedor, en cambio en la ciudad de Santiago por
ejemplo se recepciona el 50% de esta.
Como consecuencia de lo presentado en los capítulos previos y lo visto de manera
práctica este sistema funciona teniendo al menos el 11% de la señal, significando que en los
casos de precipitaciones se reduzca al menos en un 10%, y en los casos de viento la posible
desorientación de la antena, ya que esta debe estar en un punto fijo.
Bajo los estudios hechos como respaldo, se puede decir que los problemas son
básicamente de diseños (especificados en el punto 6.7). Cabe destacar que se tiene un
problema insoluble como es el de la radiación solar, el cual se solucionaría, siempre y
cuando se disponga de un satélite que emitiera mas radiación que el sol.
Ahora bien hispasat dispone de Pero se dispone de unas calculadoras de radiación
solar que son bastantes precisas así como también de tablas de ángulos de elevación y de
azimut para antenas de acuerdo la ubicación geográfica.
103
Como observación personal se puede añadir que dentro de las ventajas del servicio
de televisión satelital se puede destacar que no produce primero contaminación visual como
la televisión por cable ni como los servicios telefónicos, segundo que no es pirata por que
se tienen codificadores en los receptores, aplicándose una actualización de software
periódicamente (cada mes) por que la señal aparte de estar codificada, esta encriptada.
En las desventajas se destaca, el diseño, que al estar bien hecho no se aplica por
temas económicos.
104
REFERENCIAS.
[1] hispasat, Informe Técnico Plataforma Amazonas Año 2004.
[2] hispasat, Informe Técnico Para el funcionamiento de estaciones terrenas año 2004.
[3] hispasat, Informe Técnico para orientación de antenas de acuerdo a la ubicación
geográfica año 2004.
[4] Tomasi Wayne, Sistemas de comunicaciones electrónicas, Pearson educación, México,
2003, cuarta edición.
[5] Gerencia Técnica y Operaciones Telefónica, Interferencia Solar, Media Networks
Latin America SAC, 2009.
[6] Resumen Meteorológico Año 2008 Estación “Jorge C. Schythe” (53°08’ S; 70°53’W; 6
M S.N.M.).Butorovic, N.
http://www.umag.cl/descargar.php?archivo=facultades/documentos/instituto2009/13.Resu
men_meteorologico.pdf
[7] Resumen Meteorológico Año 2007 Estación “Jorge C. Schythe” (53°08’ S; 70°53’W; 6
M S.N.M.). Ariel Santana
http://www.umag.cl/descargar.php?archivo=facultades/documentos/instituto2008/2008_1_
07_Santana.pdf
105
[8] Resumen Meteorológico Año 2006 Estación “Jorge C. Schythe” (53°08’ S; 70°53’W; 6
M S.N.M.). Ariel Santana
http://www.umag.cl/descargar.php?archivo=facultades/documentos/instituto2007/2007_1_
11_Anales_Santana.pdf
[9] Resumen Meteorológico Año 2005 Estación “Jorge C. Schythe” (53°08’ S; 70°53’W; 6
M S.N.M.). Santana, A.
http://www.umag.cl/descargar.php?archivo=facultades/documentos/instituto2006/9.%20Re
sumen%20meteorologico.pdf
[10] Resumen Meteorológico Año 2004 Estación “Jorge C. Schythe” (53°08’ S; 70°53’W;
6 M S.N.M.). Santana, A.
http://www.umag.cl/descargar.php?archivo=facultades/documentos/instituto2005/9%20BU
TOROVIC.pdf
[11] Física para ciencias e ingeniería, Raymond A. Serway, John W. Hewett jr. Sexta
edición 2005.
APÉNDICE A
CAÍDA LIBRE
106
En mecánica, la caída libre es la trayectoria que sigue un cuerpo bajo la acción de
un campo gravitatorio exclusivamente. Aunque la definición excluya la acción de otras
fuerzas como la resistencia aerodinámica, es común hablar de caída libre en la situación en
la que el peso discurre inmerso en la atmósfera.
En física, la caída libre es la trayectoria de un cuerpo que se lanza hacia el vacío.
Aceleración en caída libre
Si en este movimiento se desprecia el rozamiento del cuerpo con el aire, es decir, se
estudia en el vacío. El movimiento de la caída libre es un movimiento uniformemente
acelerado. La aceleración instantánea debida sólo a la gravedad es independiente de la masa
del cuerpo, es decir, si dejamos caer un coche y una pluma, ambos cuerpos tendrán la
misma aceleración, que coincide con la aceleración de la gravedad ('g').
Cuando la caída libre tiene lugar en el seno de un fluido como el aire, hay que
considerar las fuerzas viscosas que actúan sobre el cuerpo. Aunque técnicamente la caída
ya no es libre.
Caída libre en campo aproximadamente constante

Sabemos por la segunda ley de Newton que la suma de fuerzas F es igual al producto entre

la masa del cuerpo mas la aceleración del mismo. En caída libre sólo intervienen el peso P ,
 
que siempre es vertical, y el rozamiento aerodinámico Fr v  que va en la misma dirección
aunque en sentido opuesto a la velocidad. La ecuación de movimiento es por tanto:



dv  
F m
 P  Fr  mg  Fr
dt
siendo m la masa del cuerpo.
(A.1)
107
La aceleración de la gravedad se indica con signo negativo, porque tomamos el eje
de referencia desde el suelo hacia arriba, los vectores ascendentes los consideraremos
positivos y los descendentes negativos, la aceleración de la gravedad es descendente, por
eso el signo negativo.
Trayectoria en caída libre
La trayectoria de caída libre es la distancia recorrida en ángulo determinado sea
vertical u horizontal
Caída libre totalmente vertical
El movimiento del cuerpo en caída libre es vertical con velocidad creciente
(aproximadamente
movimiento
uniformemente
acelerado
con
aceleración
g)
(aproximadamente porque la aceleración aumenta cuando el objeto disminuye en altura, en
la mayoría de los casos la variación es despreciable). La ecuación de movimiento A.2 se
puede escribir en términos la altura y:
may  m
d2y
 mg  Fr v y 
dt 2
(A.2)
Donde:
a y , v y , son la aceleración y la velocidad verticales.
Fr , es la fuerza de rozamiento fluidodinámica (que es creciente con la velocidad).
Si se desprecia en una primera aproximación la fuerza de rozamiento, cosa que
puede hacerse para caídas desde pequeñas alturas de cuerpos relativamente compactos, en
108
las que se alcanzan pequeñas velocidades la solución de la ecuación diferencial (A.2) para
las velocidades y la altura vienen dada por:
v y t   v0  gt


1 2
 y t   h0  v0 t  gt
2

(A.3)
Donde v0 es la velocidad inicial, para una caída desde el reposo v0  0 y h0 es la
altura inicial de caída.
Para grandes alturas u objetos de gran superficie (una pluma, un paracaídas) es
necesario tener en cuenta la fricción del aire que suele ser modelada como una fuerza
proporcional a la velocidad, siendo la constante de proporcionalidad el llamado rozamiento
aerodinámico k :
may  m
d2y
 mg  k v y
dt 2
(A.4)
En este caso la variación con el tiempo de la velocidad y el espacio recorrido vienen
dados por la solución de la ecuación diferencial (A.4):


mg kt m

 kt m

e
1
v y t   v0 e
k



 y t   h  mgt  m mg  k v0  e kt m  1
0



k
k2




(A.5)
Nótese que en este caso existe una velocidad límite dada por el rozamiento
aerodinámico y la masa del cuerpo que cae:
v  lim v y t   
t 
mg
k
(A.6)
109
Un análisis más cuidado de la fricción de un fluido revela que a grandes velocidades
el flujo alrededor de un objeto no puede considerarse laminar, sino turbulento y se
producen remolinos alrededor del objeto que cae de tal manera que la fuerza de fricción se
vuelve proporcional al cuadrado de la velocidad:
C
d2y
may  m 2  mg   d At v y2
dt
2
(A.7)
Donde:
Cd : Es el coeficiente aerodinámico de resistencia al avance, que sólo depende de la forma
del cuerpo.
At : Es el área transversal a la dirección del movimiento.
 : Es la densidad del fluido.
  sgnv y  : Es el signo de la velocidad.
La velocidad límite puede calcularse fácilmente poniendo igual a cero la aceleración
en la ecuación (A.7):
v 
2mg
Cd At
(A.8)
La solución analítica de la ecuación diferencial (3) depende del signo relativo de la
fuerza de rozamiento y el peso por lo que la solución analítica es diferente para un cuerpo
que sube hacia arriba o para uno que cae hacia abajo. La solución de velocidades para
ambos casos es:
110



g
g
tan  t g  arctan v0
v y t  










g

v y t    tanh  t g  arctan h v0







v y t   0
g  

  
v y t   0
(A.9)
Donde:   Cd At 2m .
Si se integran las ecuaciones anteriores para el caso de caída libre desde una altura
h0 y velocidad inicial nula y para el caso de lanzamiento vertical desde una altura nula con
una velocidad inicial v0 se obtienen los siguientes resultados para la altura del cuerpo:
Caída libre ( v0  0 y y0   h0 ):
yt   h0 
1

 
ln cosh  t g

(A.10)
El tiempo transcurrido en la caída desde la altura y  h0 hasta la altura y  0 puede
obtenerse al reordenar la ecuación anterior:
t 0   t h0   h0 
1
g
 
arccos eh0
(A.11)
Lanzamiento vertical ( v0  v0 y y0   0 ):
 

g
 cos   t g  arctan v0


1 

y t   ln  
 


g  

cos  arctan v0
















(A.12)
111
Si la altura h0 es aquella en que la velocidad vertical se hace cero, entonces el
tiempo transcurrido desde el lanzamiento hasta el instante en que se alcanza la altura h0
puede calcularse como:
t h0   t 0  

 
1
arctan v0

arccos e h0

g
g
g



1

(A.13)
Se puede demostrar que el tiempo que tarda un cuerpo en caer desde una altura h0
hasta el suelo a través del aire es mayor que el que tarda el mismo cuerpo en alcanzar la
altura máxima de h0 si es lanzado desde el suelo. Para ello basta con probar la desigualdad
siguiente:
 


arccos h eh0  arccos e h0 , , h0  0
 
(A.14)



sabiendo que arccos h eh0  1,  y que arccos e h0  0 ,
2
.
Flujo turbulento
En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al
movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven
desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños
remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a
esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la
cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.
112
Flujo laminar
Se llama así al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente
ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin
entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos, o en capas cilíndricas
coaxiales como, por ejemplo la glicerina en un tubo de sección circular. Las capas no se
mezclan entre sí. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular.
Orden de magnitud (velocidad límite)
Un cuerpo en caída libre, en una atmósfera, acelera debido a la gravedad. Pero la
aceleración total es cada vez menor, debido a que la fuerza de rozamiento aumenta con la
velocidad, logrando que ésta llegue a ser cero. Llega un momento en el que la fuerza de
rozamiento es igual a la de la gravedad, y el objeto cae a velocidad constante. Para un
humano en caída libre, en posición horizontal, con las extremidades extendidas la
Velocidad Terminal es de aproximadamente 55 m/s (200 km/h) y para una gota de agua
aproximadamente 9 m/s (32 km/h), dependiendo de su tamaño.
APÉNDICE B
POTENCIA GENERADA POR EL VIENTO
114
La energía cinética de una masa m que se mueve a una velocidad v es:
1
E  mv 2
2
(B.1)
Por otra parte, la masa m de un fluido de densidad  que, por unidad de tiempo
atraviesa un área A, perpendicular al flujo, es:
m  Avt
(B.2)
El viento es aire en movimiento, por lo tanto, la energía del viento (energía eólica) a
través de una sección A (perpendicular a la dirección del viento), durante un tiempo t, es:
E
1
A a tv v3
2
(B.3)
Donde:
 a : Densidad del aire.
vv : Velocidad.
Por lo tanto, su potencia es:
P
E 1
 A a vv3
t 2
(B.4)
APÉNDICE C
CAÍDA DE UNA GOTA DE LLUVIA
116
Una gota de agua de lluvia cae a través de una nube de pequeñas gotitas como
muestra fa figura C.1. A medida que cae, incrementa su masa al chocar inelásticamente con
las pequeñas gotitas. El problema consiste en determinar la posición x y velocidad v de la
gota en función del tiempo t, conocida la masa inicial m0 , la velocidad inicial v0 y la altura
inicial x0 en el instante t  0 .(se supone la gota como una esfera)
Figura C.1 Una gota de lluvia en la niebla.
La masa de la gota
Hemos de hacer una suposición acerca de la forma en que la masa de la gota se
incrementa con el tiempo. Si la gota va absorbiendo las pequeñas gotitas que encuentra en
su camino, entonces
dm
dm
 area   velocidad  
  nr 2 v  km2 3 v
dt
dt
r 2 : Area trasversal de la gota supuesta esférica.
 n : Densidad de la niebla.
v : Velocidad de la gota.
m : Masa de la gota.
 a : Densidad del agua
(C.1)
117
Con:
m   aV 
4
 ar 3
3
(C.2)
El valor de la constante de proporcionalidad k es
k
 n
0.75  a 2 3
(C.3)
En general, supondremos que la razón del incremento de la masa de la gota con el
tiempo es de la forma
dm
 km v
dt
(C.4)
Como la velocidad v 
dx
, entonces:
dt
dm
dx
 km
dt
dt
(C.5)
Integramos esta ecuación con las condiciones iniciales para x  0 , m  m0
m
x
m0
0

 m dm   kdx
m1  m01  1   kx

m  1   kx  m01

1 1
(C.6)
La ecuación (C.6) nos proporciona la masa m de la gota en función de la posición x.
118
Ecuaciones del movimiento
Sobre la gota de masa m actúa una única fuerza que es su peso mg . La segunda ley
de Newton (figura C.2) aplicada a este sistema de masa variable se escribe
Figura C.2 Segunda ley de Newton aplicada a una gota.
Y aplicando regla de la cadena
d mv
 mg
dt
m
dv
dm
v
 mg
dt
dt
(C.7)
Cuando g=0
Empezaremos por el caso más simple, aquél en el que la aceleración de la gravedad
es cero. Podría ser el caso de un objeto que pasase a través de la materia interestelar. Como
la fuerza exterior es nula, el momento lineal se conserva, al aumentar la masa disminuye la
velocidad de la gota
m0 v0  mv
m0 v0
dx m0 v0


dt
m
1   kx  m01

Integramos

1 1
(C.8)
119
 1   kx  m 
x
1 1 1
0
t
dx   m0 v0 dt
0
0


1
1   kx  m01 2  1   m02   m0 v0t

k 2   
(C.9)
Expresamos x en función del tiempo t
x



2  1 
1
1 
v0 t  1
1
1  k 2   m0
k 1   m0
(C.10)
Calculamos ahora la velocidad v en función del tiempo t
v
m0 v0
m0 v0

m
1   kx  m01


1 1

k 2   m
v0
1 
0
  
v0 t  1
1
2 
(C.11)
Cuando g≠0
Las ecuaciones que tenemos que resolver son
dm
 km v
dt
m
(C.12)
dv
dm
v
 mg
dt
dt
(C.13)
Con la notación
m 
dm
dt
v 
dv
dt
d 2v
v  2
dt
Las ecuaciones anteriores se escriben
120
  km v
m
(C.14)
  mg
mv  vm
(C.15)
En general, la aceleración de la gota dv dt no es constante, para que fuese constante
se debería cumplir que:
m
v  g c
m
(C.16)
donde c es una constante
Eliminado la derivada primera de m y su derivada en las dos ecuaciones que
describen el movimiento de la gota, obtenemos una ecuación diferencial de primer orden en
v.
  km v
m
(C.17)
v  km 1v 2  g
(C.18)
m 1  k
v2
g  v
(C.19)
Derivamos respecto del tiempo
2



   1m m  k 2vvg  v   v  v 
g  v
2



   1kv  k 2vvg  v   v  v 
g  v
g  v
1   g  3   v 
v 
v
Esta ecuación diferencial no tiene solución analítica conocida
(C.20)
APÉNDICE D
MOVIMIENTO RELATIVO
122
Cuando se introduce al movimiento relativo, se empieza el tema resolviendo
problemas sencillos e intuitivos para cuyo planteamiento no se requiere una explicación
detallada del concepto de velocidad relativa. Cabe destacar que se explicara este fenómeno
con tres ejemplos del bote en un río, pero este concepto se puede aplicar a cualquier tipo de
partícula moviéndose a través de cualquier fluido.
Ejemplo 1
Un río fluye hacia el este con velocidad c . Un bote se dirige hacia el este (aguas
abajo) con velocidad relativa al agua de v , con v  c para este ejemplo (figura nº3).
Calcular la velocidad del bote respecto de tierra cuando el bote se dirige hacia el
este (río abajo) y cuando se dirige hacia el oeste (río arriba).
Calcular el tiempo que tarda el bote en desplazarse una distancia d hasta el punto P
y regresar de nuevo al punto de partida O.
Figura nº3
Cuando el bote navega aguas abajo la velocidad del bote respecto de tierra es c  v .
Cuando el bote navega en sentido contrario a la corriente la velocidad del bote respecto
de tierra es c  v .
El tiempo que tarda el barquero en hacer el viaje de ida es t1 
El tiempo que tarda en hacer el viaje de vuelta es t 2 
d
.
vc
d
.
vc
123
El tiempo total es t  t1  t 2 
2vd
.
v  c2
2
Ejemplo 2
En esta sección el barco atraviesa el río. Pueden ocurrir dos casos:
Que la velocidad del barco v respecto de la corriente sea mayor que la de la corriente
c.
Que la velocidad del barco v respecto de la corriente sea menor que la de la corriente
c.
Primer caso: v  c
Un río fluye hacia el este con velocidad c . El bote se mueve en agua quieta con una
velocidad v (figura nº4).
¿Cómo debe ser dirigido el bote para que llegue a un punto P situado en la orilla
opuesta enfrente de O?
Calcular la velocidad V del bote respecto de tierra.
Calcular el tiempo que tarda el bote en desplazarse una distancia d hasta el punto P
y regresar de nuevo al punto de partida O.
Figura nº4
124
El vector velocidad V del barco respecto de tierra debe de apuntar hacia el norte.
El resultado de la suma V  c  v es:
Vˆj  v cos î  vsenˆj   cî
o bien,
0  c  v cos 
V  vsen
El ángulo  se calcula a partir de la primera ecuación cos    c v .
La velocidad del barco respecto de tierra V se calcula a partir de la segunda ecuación, o
bien, como el cateto V del triángulo rectángulo formado por la hipotenusa v y el otro
cateto c .
V  v2  c2
El viaje de vuelta es similar al viaje de ida. El tiempo total de viaje será
t
2d
v2  c2
Segundo caso: v  c
Cuando la velocidad del barco v (respecto de la corriente) es menor que la
velocidad de la corriente c , no es posible que el barco atraviese el río sin desviarse (figura
nº5).
125
Figura nº5
La velocidad del barco respecto de tierra es V  c  v .
V  v cos î  vsenˆj   cî  c  v cos  î  vsenˆj
El tiempo t que tarda en cruzar el río de ancho d y la desviación x a lo largo de la
orilla es:
t
d
vsen
x  c  v cos  t  c  v cos  
d
vsen
La desviación mínima x se produce para el ángulo
dx  v 2  vc cos 
v

 0  cos  m 
2
2
d
v cos 
c
El tiempo t que tarda en el viaje de ida para el ángulo de mínima desviación  m es:
t
d
 2d

c cos  m sen m csen2 m 
126
Ejemplo 3
Un río fluye hacia el este con velocidad c de. Un bote se dirige hacia el norte con un
ángulo   90º con velocidad relativa al agua v (figura nº6).
Calcular la velocidad del bote respecto de tierra
Si el río tiene un ancho d , calcular el tiempo necesario para cruzarlo.
¿Cuál es la desviación hacia el este del bote cuando llega a la otra orilla del río?
¿Cómo debe dirigirse el barco para que una vez en el punto P en la orilla opuesta
regrese al punto O de partida?
Calcular el tiempo que tarda en volver al punto de partida.
Figura nº6
La velocidad del bote respecto de tierra V es la suma vectorial de la velocidad del
bote respecto del agua v (cuando el agua está quieta) y la velocidad de la corriente de agua
respecto de tierra c .
El resultado de la suma V  v  c es:
v cos î  vsenˆj  cî  vˆj
El módulo del vector resultante V es
127
V  c2  v2
y forma un ángulo  con la dirección norte-sur
tan  
c
v
El tiempo que tarda en el viaje de ida es t1 
La desviación hacia el este es x  ct1  c
figura tenemos que x  d tan   d
d
,
v
d
. O bien, en el triángulo rectángulo de la
v
c
.
v
Figura nº7
Como puede verse en la figura nº7 tenemos que calcular el ángulo  de la dirección
de la velocidad v del barco respecto de la corriente para que la velocidad del barco respecto
de tierra V forme un ángulo  (calculado anteriormente) con la dirección norte-sur.
El resultado de la suma V  v  c es:
128
 Vsenî  V cos ˆj  vsenî  v cos ˆj  cî
o bien,
Vsenj  vsenî  c
V cos   v cos  V·cosα= v·cosβ
con tan  
c
v
No resulta difícil demostrar que   2 . Para ello, se han de emplear las relaciones
trigonométricas conocidas
1  cos   2 cos 2
sen  2 sen

2

2
cos

2
El tiempo que tarda el barco en regresar al punto de partida O es:






d
d
d 1  tan 2 
d v2  c2
t2 



v cos  v cos 2 v 1  tan 2 
v v2  c2
El tiempo total de viaje es:
t  t1  t 2 
2vd
v  c2
2


APÉNDICE E
DATOS CLIMÁTICOS MÁS RELEVANTES DE
MAGALLANES
130
Como los problemas son lluvia y viento se presentaran tablas de precipitaciones
totales en el tipo nieve. agua-nieve y lluvia, en el caso del viento se mostraran en viento
promedio y racha máxima. Los datos que se darán a conocer corresponden a los años 2004,
2005, 2006, 2007 y 2008 de la estación meteorológica JORGE C. SCHYTHE con
ubicación 53°08’S; 70°53’W; 6 M.S.N.M.
Tabla E.1 Precipitaciones correspondientes al año 2004.
Meses
Agua (mm)
Agua-nieve (mm)
Nieve (cm)
Total (mm)
Enero
51.9
-
-
51.9
Febrero
31.7
-
-
31.7
Marzo
40.8
-
-
40.8
Abril
68.6
-
-
68.6
Mayo
26.4
-
-
26.4
Junio
104.2
-
-
104.2
Julio
42.9
20.8
0.5
64.2
Agosto
15.2
5.8
4.8
25.8
23
19
-
42
Octubre
29.3
-
-
29.3
Noviembre
51.3
-
-
51.3
Diciembre
27.7
-
-
27.7
513.0
45.6
5.3
563.9
Septiembre
Total
131
Tabla E.2 Precipitaciones correspondientes al año 2005.
Meses
Agua (mm)
Agua-nieve (mm)
Nieve (cm)
Total (mm)
25.9
-
-
25.9
Febrero
1.7
-
-
1.7
Marzo
71.3
-
-
71.3
Abril
99.5
-
-
99.5
Mayo
49.6
-
-
49.6
Junio
17.2
1.2
0.4
18.8
Julio
19
9.7
-
28.7
Agosto
79.9
2.3
-
82.2
Septiembre
38.1
-
-
38.1
Octubre
48.7
19
-
67.7
Noviembre
57.2
-
-
57.2
Diciembre
31.8
-
-
31.8
539.9
32.2
0.4
572.5
Enero
Total
Tabla E.3 Precipitaciones correspondientes al año 2006.
Meses
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Total
Agua (mm)
Agua-nieve (mm)
Nieve (cm)
Total (mm)
89.4
-
-
89.4
27.4
-
-
27.4
46.9
-
-
46.9
104.4
7.2
-
111.6
38.8
-
-
38.8
60
4.9
-
64.9
40.7
2.1
-
42.8
43.1
-
-
43.1
70.4
10.9
-
81.3
44.8
-
-
44.8
20.2
-
-
20.2
62.1
-
-
62.1
648.2
25.1
0.0
673.3
132
Tabla E.4 Precipitaciones correspondientes al año 2007.
Meses
Agua (mm)
Agua-nieve (mm)
Nieve (cm)
Total (mm)
Enero
38.5
-
-
38.5
Febrero
49.8
-
-
49.8
Marzo
53.5
-
-
53.5
Abril
108.9
-
-
108.9
Mayo
42.8
-
-
42.8
Junio
62.4
-
-
62.4
Julio
13.5
0.1
11.3
24.9
Agosto
16.6
13.9
-
30.5
Septiembre
43.6
-
-
43.6
Octubre
42.1
-
-
42.1
Noviembre
17.2
2.1
-
19.3
Diciembre
72.8
-
-
72.8
561.7
16.1
11.3
589.1
Total
Tabla E.5 Precipitaciones correspondientes al año 2008.
Meses
Agua (mm)
Agua-nieve (mm)
Nieve (cm)
Total (mm)
Enero
38.5
-
-
38.5
Febrero
49.8
-
-
49.8
Marzo
53.5
-
-
53.5
Abril
108.9
-
-
108.9
Mayo
42.8
-
-
42.8
Junio
62.4
-
-
62.4
Julio
13.5
0.1
11.3
24.9
Agosto
16.6
13.9
-
30.5
Septiembre
43.6
-
-
43.6
Octubre
42.1
-
-
42.1
Noviembre
17.2
2.1
-
19.3
Diciembre
72.8
-
-
72.8
561.7
16.1
11.3
589.1
Total
133
TABLA E.6 Viento correspondiente al año 2004 (km/hr)
Meses
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Promedio
máximo
27,0
90,72
25,7
111,24
6,8
109,44
20,4
114,84
18,7
129,6
0,0
0
22,1
92,88
15,8
96,48
19,6
107,64
15,8
103,68
16,5
122,4
17,3
88,92
TABLA E.7 Viento correspondiente al año 2005 (km/hr)
Meses
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Promedio
máximo
51,4
92,7
47,0
92,7
45,2
92,7
56,4
101,9
28,3
109,3
31,2
74,1
33,7
107,5
35,3
70,4
42,0
109,3
45,5
96,4
41,0
89
50,5
85,3
134
TABLA E.8 Viento correspondiente al año 2006 (km/hr)
Meses
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Promedio
máximo
45,5
114,9
43,6
85,3
60,0
89
46,5
100,1
43,7
90,8
27,9
64,9
39,9
129,7
38,9
85,3
33,8
94,5
37,3
64,9
68,3
107
63,3
107
TABLA E.9 Viento correspondiente al año 2007 (km/hr)
Meses
Promedio
máximo
Enero
38.5
-
Febrero
49.8
-
Marzo
53.5
-
Abril
108.9
-
Mayo
42.8
-
Junio
62.4
-
Julio
13.5
0.1
Agosto
16.6
13.9
Septiembre
43.6
-
Octubre
42.1
-
Noviembre
17.2
2.1
Diciembre
72.8
-
135
TABLA E.10 Viento correspondiente al año 2008 (km/hr)
Meses
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Promedio
máximo
9,5
76,68
12,4
72,72
11,0
78,84
9,8
73,44
8,5
73,44
8,4
83,52
6,7
70,92
11,6
84,96
8,2
81
12,8
90,72
13,2
73,44
11,7
77,4
APÉNDICE F
CÁLCULO APROXIMADO DE LA DISTANCIA DE UN
SATÉLITE GEOSINCRÓNICO CON RESPECTO A UN
PARALELO CUALQUIERA
137
Para visualizar esto se considera la tierra como una esfera figura F.1
Figura F.1 Bosquejo a considerar para el cálculo
Sea S el satélite, C el centro de la tierra y P el punto de la tierra de latitud  y sea
PA  SC , así como también las distancias d1 y d 2 y h , a partir de los triángulos SAP y
CAP se obtiene:
h  d1 tan 

 d1 tan   Rsen

h  Rsen

O bien tan  
Rsen
d1
También
d1  d 2  H  R  d1  H  R  d 2
138
Y a partir de triángulo PAC d 2  R cos 
Se obtiene
d1  H  R  R cos 
d1  H  R1  cos  
Por lo tanto
d1  H  R1  cos  
d 2  R cos 
h  R 2  d 2 2  R 1  cos 
D  d12  h 2  H 2  R 2 1  cos  2  cos    2HR1  cos  
O también por ley del seno:
sen sen sen


R
D
HR
Con  180    