Clasificación Satélites Comunicaciones

Clasificación de Los Satélites, Espaciamiento y Asignaciones
de Frecuencia
Hay dos clasificaciones principales para los satélites de comunicaciones:
•Hiladores (spinners) : utilizan el movimiento angular de su cuerpo giratorio
para proporcionar una estabilidad de giro.
•Satélites estabilizadores de tres ejes: Con un estabilizador de tres ejes, el
cuerpo permanece fijo en relación a la superficie de la Tierra, mientras que el
subsistema interno proporciona una estabilización de giro.
Plataforma de
antena hiladora
Cuerpo
giratorio
Cuerpo
orientado a la
Tierra
ING.CARLOS RODENAS REYNA

Hilador o
Spinner

TINreG.sC AeRjLeOsS eRsOtDaEbNiAlSiz RaEdYNoAs

Separación espacial de satélites en una órbita geosíncrona.
•Los satélites geosincronos deben compartir un espacio y espectro de frecuencia
limitados, dentro de un arco especifico en una órbita geoestacionaria. A cada
satélite de comunicación se asigna una longitud en el arco geoestacionario,
aproximadamente a 36000 km, arriba del ecuador.
•Los satélites trabajando, en o casi la misma frecuencia, deben estar lo
suficientemente separados en el espacio para evitar interferir uno con otro
La separación espacial requerida depende de las
siguientes variables:
• Ancho de haz y radiación del lóbulo lateral de la
estación terrena y antenas del satélite.
• Frecuencia de la portadora de RF.
• Técnica de codificación o de modulación usada.
• Limites aceptables de interferencia.
• Potencia de la portadora de transmisión.
Generalmente se requieren 3 a 6º de separación
espacial.

Frecuencias usadas para comunicaciones
•Las frecuencias de portadora, más comunes, usadas son las bandas 6/4 y 14/12
GHz.
•El primer numero es la frecuencia de subida (ascendente, estación terrena a
transponder) y el segundo numero es la frecuencia de bajada (descendente,
transponder a estación terrena).
•La mayoría de los satélites domésticos utilizan la banda de 6/4 GHZ, esta banda
también se usa extensamente para los sistemas de microondas terrestres, por lo que
se debe tener cuidado cuando se diseña una red satelital para evitar interferencias
con los enlaces de microondas establecidas.

Asignaciones de frecuencia satelitales dadas por la WARC
Asignaciones de frecuencia satelitales dadas por la WARC

Anchos de Banda de Satélites disponibles en los Estados Unidos
Banda Subida Bajada Ancho de Banda
(MHz)
C
X
Ku
Ka
V
Q
V
5.9-6.4
7.9-8.4
14-14.5
27-30
30-31
50-51
-
3.7-4.2
7.25-7.75
11.7-12.2
17-20
20-21
40-41
41-43
500
500
500
-
-
1000
2000
(ISL) 54-58
59-64
3900
5000

Resumen de las frecuencias asignadas a cada banda
Banda Enlace ascendente
(GHz)
Enlace Descendente
(GHz)
C: 6/4 GHz
5.925 - 6.425
BW: (500 MHz)
5.850 - 7.075
BW: (1225 Mhz)
3.700 - 4.200
(600 MHz)
3.400 - 4.200
4.600 - 4.800
(1100 Mhz)
X: 8/7 GHz 7.925 - 8.425
BW: (500 MHz)
7.250 - 7.750
(500 MHz)
Ku: 14/11 GHz
14.000 - 14.500
BW: (500 MHz)
12.750 - 13.250
14.000 - 14.500
BW: (1000 MHz)
10.950 - 11.200
11.450 - 11.700
(500 MHz)
10.700 - 11.700
(1000 MHz)
-
14/12 GHz 14.000 - 14.500
BW: (500 MHz)
11.700 - 12.200
(500 MHz)
Ka 30/20 GHz 27.500 - 31.000
BW: (3500 MHz)
17.700 - 21.200
(3600 MHz)

Sistemas de comunicaciones por satélite Actuales
Westar Intelsat V SBS Flee Satcom ANIK-D
Operador Telégrafo
Western
Union
Intelsat Sistemas de
negocios
satelitales
Departamento
de defensa de
EEUU
Telsat, Canadá
Banda de frecuencia C C y Ku Ku UHF, X C, Ku
Cobertura Cono Global zonal
punto
Cono Global Canadá, Norte
de EEUU
No. de transponder 12 21 10 12 24
Transponder
36 36 43 0.005-0.5 36
BW(MHz)
EIRP (dBW) 33 23.5-28 40-43.7 26-28 36
Acceso múltiple FDMA,
TDMA
FDMA, TDMA
reuso
TDMA FDMA FDMA
Modulación FM,
QPSK
FDM, FM, QPSK QPSK FM, QPSK FDM, FM,
FMA, TVD,
SCPC
Servicio tele fija,
TVD
tele fija, TVD tele fija, TVD Militar móvil tele fija

Patrones de Radiación: Huellas
• El área de la Tierra cubierta por un satélite depende de la ubicación del satélite
en su órbita geosincrona, su frecuencia portadora y la ganancia de sus antenas.
• La representación geográfica del patrón de radiación de la antena de un satélite
se llama huella.
• Las líneas de contorno representan los límites de la densidad de potencia de
igual recepción.(PIRE)
• El patrón de radiación de una antena satelital se puede catalogar como punto
zonal o tierra, tienen un ancho de haz de casi 17º e incluyen la cobertura de
aproximadamente un tercio de la superficie de la Tierra

Patrones de Radiación de la antena del satélite ("huellas")

Haces

DESCRIPCION DEL SISTEMA SATELITAL
•Puede definirse como un repetidor de radio en el cielo
(transponder).
•Un sistema satelital consiste de un transponder, una estación
basada en tierra, para controlar su funcionamiento, y una red de
usuario.
•Proporciona las facilidades para transmisión y recepción del trafico
de comunicaciones, a través del sistema de satélite.
•Las transmisiones de satélite se catalogan como bus o carga útil.
•La carga útil es la información del usuario que será transportada a
través del sistema. ING.CARLOS RODENAS REYNA

Modelos de enlace del sistema satelital
Esencialmente, un sistema satelital consiste de tres secciones
básicas: una subida, un transponder satelital y una bajada.
Modelo de subida
•El principal componente dentro de la sección de subida, de un
sistema satelital, es el transmisor de la estación terrena.
•Un típico transmisor de la estación terrena consiste de un
modulador de IF, un convertidor de microondas de IF a RF, un
amplificador de alta potencia (HPA) y algún medio para limitar
la banda del espectro de salida (por ejemplo un filtro pasa-banda
de salida).
•El modulador de IF convierte las señales de banda base de
entrada a una frecuencia intermedia modulada e FM, en PSK o en
QAM.

•El convertidor (mezclador y filtro pasa-banda) convierte la IF a
una frecuencia de portadora de RF apropiada.
•El HPA proporciona una sensibilidad de entrada adecuada y
potencia de salida para propagar la señal al transponder del
satélite.
•Los HPA comunmente usados son klystons y tubos de ondas
progresivas.

Modulador
(FM, PSK o
QAM)
Convertidor ascendente
BPF Mezclador BPF
Generador MW
6 O 14 GHz
HPA
Banda Base
en FDM o
PCM/TDM
IF
RF
RF
Al Transponder de
Satélite
Modelo de subida del satélite

Transponder
•Un típico transponder satelital consta de un dispositivo para
limitar la banda de entrada (BPF), un amplificador de bajo ruido
de entrada (LNA), un translador de frecuencia, un amplificador
de potencia de bajo nivel y un filtro pasa-bandas de salida.
•Otras configuraciones de transponder son los repetidores de IF,
y de banda base, semejantes a los utilizados en los repetidores de
microondas.
•El BPF de entrada limita el ruido total aplicado a la entrada del
LNA (un dispositivo normalmente utilizado como LNA, es un
diodo túnel).

•La salida del LNA alimenta un translador de frecuencia (un oscilador de
desplazamiento y un BPF), que se encarga de convertir la frecuencia de subida
de banda alta a una frecuencia de bajada de banda baja.
•El amplificador de potencia de bajo nivel, que es comúnmente un tubo de ondas
progresivas (TWT), amplifica la señal de RF para su posterior transmisión por
medio de la bajada a los receptores de la estación terrena.
•También pueden utilizarse amplificadores de estado sólido (SSP), los cuales en
la actualidad, permiten obtener un mejor nivel de linealidad que los TWT.
La potencia que pueden generar los SSP, tiene un máximo de alrededor de los
50 Watts, mientras que los TWT pueden alcanzar potencias del orden de los 200
Watts.

Amplificador
de Bajo Ruido
Traslador de Frecuencia
BPF Mezclador BPF
LNA
Oscilador de
desplazamiento
MW de 2 GHz
Amplificador de
baja Potencia
TWT
De la Estación Terrena
6 o 14 GHz
RF
RF
RF
Transponder del Satélite
A la Estación
Terrena 4 o 12
GHz

Relación entre los subsistemas de antenas y comunicaciones.

.- Versión modificada del diagrama y equipos del subsistema de comunicaciones. A
diferencia del indicado en la figura anterior, se utilizan dos demultiplexores y dos
multiplexores para procesar por separado los canales pares e impares y reducir la
interferencia. ING.CARLOS RODENAS REYNA

Subsistema de comunicaciones (banda C) de un satélite Spacenet. (Cortesía de
GTE Spacenet Corporation.)

Modelo de bajada
•Un receptor de estación terrena incluye un BPF de entrada, un
LNA y un convertidor de RF a IF.
•El BPF limita la potencia del ruido de entrada al LNA.
•El LNA es un dispositivo altamente sensible, con poco ruido, tal
como un amplificador de diodo túnel o un amplificador
paramétrico.
•El convertidor de RF a IF es una combinación de filtro
mezcador/pasa-bandas que convierte la señal de RF a una
frecuencia de IF.

Modelo de bajada del satélite
Amplificador
de Bajo Ruido
Convertidor descendente
BPF Mezclador BPF
LNA
Generador MW
4 o 12 GHz
Demodulador
(FM, PSK o
PCM/TDM
Del Transpondedor del
satélite
RF
RF
IF
Banda Base
en FDM o
PCM/TDM

Subsistema de comunicaciones (banda Ku) de un satélite Spacenet. (Cortesía de
GTE Spacenet Corporation.)

Principales subsistemas de un satélite( Segmento
Espacial) y sus funciones
1.-Antenas Recibir y transmitir señales de radiofrecuencia
2.-Comunicaciones Amplificar las señales y cambiar su frecuencia
3.-Energía Eléctrica Suministrar electricidad con los niveles
adecuados de voltaje y corriente
4.-Control térmico Regular la temperatura del conjunto
5.- Posición y orientación Determinar la posición y orientación del satélite
6.- Propulsión Proporcionar incrementos de velocidad y pares
para corregir la posición y la orientación
7.-Rastreo, Telemetría y comando
Intercambiar información con el centro de
control en la tierra para conservar el
funcionamiento del satélite
8.- Estructural Alojar todos los equipos y darle rigidez al
conjunto

ESTACIONES TERRENAS (SEGMENTO TERRESTRE)
• El segmento terrestre está formado por todos los elementos que intervengan
en el enlace de comunicaciones de la misión espacial y que estén localizados
en el planeta Tierra.
• A este grupo pertenecen las antenas receptoras y transmisoras (situadas sobre
la superficie del planeta o en satélites artificiales), la interconexión entre ellas
y los centros de control de la misión, los mecanismos de distribución de los
datos científicos y las personas encargadas de supervisar y controlar el
correcto proceso de la misión.
• Una estación terrena satelital es un conjunto de equipo de comunicaciones y
de cómputo que puede ser terrestre (fijo y móvil), marítimo o aeronáutico.
• Las estaciones terrenas pueden ser usadas en forma general para transmitir y
recibir del satélite.
• Pero en aplicaciones especiales solo pueden recibir o solo pueden transmitir.

SUBSISTEMAS DE UNA ESTACION TERRENA
•Plato Reflector (antena):
•Amplificador de Potencia [HPA, High Power Amplifier].
•Amplificador de Bajo Ruido (Receptor), LNA: Low Noise
Amplifier:
•Conversor de subida/bajada (Up/down converter):
•Modem satelital (modulador, demodulador)
•Multicanalizador: (MUX)

ANTENAS
•Todas las antenas utilizadas son reflectores cuasi-parabólicos.
•La mayoría son del tipo Cassegrain, configuración que lleva un reflector
secundario montado justo en el foco del reflector principal.
•Este reflector secundario sirve para situar el foco de todo el conjunto cerca de
la superficie del reflector principal, y dado que los equipos electrónicos de la
antena van en ese foco, así es más fácil llegar a ellos para mantenimiento.
•Otra ventaja de los reflectores Cassegrain es que logran una eficiencia y
ganancia similares al reflector simple pero con un disco principal mucho menor,
lo cual significa menos masa y menos energía necesaria para moverla.

• Las mismas antenas son utilizadas para el uplink y para el
downlink.
• La señal que llega de la sonda debe recorrer una gran distancia,
su potencia es muy baja, del orden de 1024 veces menor que la
potencia emitida por la antena de la DSS en el uplink.
• ¿Cómo separar la señal débil de datos de la interferencia
producida por la mucho mayor señal de telecomando?.
• El único aspecto en que se diferencian ambas señales es la
frecuencia, así que para separarlas se usan espejos dicroicos
(selectores de frecuencia).
• Estos reflectores son arrays periódicos de elementos dieléctricos
sintonizados para reflejar o dejar pasar determinadas frecuencias.

CALCULO DE GANANCIA Y ANCHO DE HAZ DE LA
ANTENA
G = η 4πA (1) A= Área de apertura
λ2 η= Eficiencia de apert.
λ = C/f (2) λ= Long. de onda
A = π D2/4 (3) D= Diámetro de la antena
Reemplazando 2 y 3 en 1:
G = η 4π2 D2/4 f2 = ηπ2 D2 f2 = η π2D2 (4)
C2 C2 λ2
Ganancia de la antena receptora del satélite
Ancho de Haz
θ3dB ≈ 70 λ grados
D
λ = θ3dB D (5)
70
Reemplazando (5) en (4):
G= η (70 π)2
θ3dB
2
Contorno
θ de 3 dB 2 θ1
Reflector D1
D2
G= η (π)2 D1D2
λ2
G= η 48360
θ1θ2

PROBLEMA
Se dispone de una antena en una estación terrena de 4 m de diámetro y un
transmisor capaz de entregar 100W a la antena. La eficiencia de la antena en
transmisión es de 65%. El enlace ascendente hacia el satélite opera en la banda
de 14 GHz. Calcule la ganancia de la antena.
SOLUCION
D = 4m G = η 4πA (1) A= Área de apertura
Pt = 100W λ2 η= Eficiencia de apert.
η = 65% λ = C/f (2) λ= Long. de onda
f = 14 GHz A = π D2/4 (3) D= Diámetro de la antena
Reemplazando 2 y 3 en 1:
G = η 4π2 D2/4 f2 = η π2 D2 f2
C2 C2
G = 0.65x π 2 x 42 x142x1018
9x1016
G = 223,535
G(dB) = 10 log G = 10 log 223,523
G(dB) = 53.49 dB

PROBLEMA
La antena receptora de un satélite de tipo geoestacionario en la banda
de 14 GHz tiene un ancho de haz a -3 dB es de 2º y una eficiencia de
55%. Calcule la ganancia de esta antena en recepción y la potencia
entregada al satélite si se emplea la Estación Terrena ET del ejercicio
anterior y solo se consideran las pérdidas en el espacio libre (suponga
que la distancia entre la ET y el satélite es de 40,000 km.)
SOLUCION
D = 4m PIRE (dB) = Gant(dB)+ Pt (dB)
Pt = 100W Pt (dB) = 10 log Pt = 10x log100 = 20 dB
Gant = 53.49 dB PIRE (dB) = 53.49+ 20 = 73.49 dB
η = 55%
f = 14 GHz
d = 40,000 km
θ3dB = 2º
Ganancia de la antena receptora del satélite
Gr= η (70 π)2 Gr= 6.65 x 103 Gr(dB) = 38.228 dB
θ3dB
2

• Pérdidas en el espacio libre
Lp = (4πd/λ)2 = (4π x 40000x103/(3x108/14x109))2
Lp = 5.5x1020 Lp (dB) = 207.4 dB
Potencia entregada al satélite:
Prx (dB) = PIRE(dB) + Gr – Lp = 73.49+ 38.228- 207.4
Prx (dB) = -95.68 dB
Prx = 2.703 x 10 -10 W

PROBLEMA
Considere el enlace descendente (12 GHz) para el mismo satélite y
estación terrena del ejercicio anterior. La potencia entregada a la
antena del satélite es 10W. Determine a) el flujo de potencia que
incide en la antena de Tierra. B) La potencia recibida por la estación
terrena.
SOLUCION
Enlace descendente
P= 10W G= η (70 π)2 G= 6.65 x 103 G(dB) = 38.228 dB
ssrrη = 55% θ2
3dB
f = 12 GHz PIRE del satélite (downlink):
d = 40,000 km PIRE = Ps.Gs = 6.65x103x10 =
6.65x104W
θ3dB = 2º PIRE (dB) = 48.228 dB
Flujo de potencia en enlace descendente:
φd = PIRE = 6.65x104 = 3.3x10-12
4πd2 4 π x(40000x103)2
φd (dB) = -114.805 dB

Características de la antena en ET:
D = 4m Gr = η(πD)2
=
0.65π2x16x(12x109)2 = 164,230.217
η = 65% λ2 (3x108)2
Gr (dB) = 52.155 dB
Pérdidas en el espacio libre:
Ld = (4πd/λ)2 = (4π x 40000 x103 x 12x109/3x108)2= (64π x 108)2
Ld = 4.042x1020
Ld (dB)= 206.067 dB
Potencia entregada a la estación de tierra:
Prx = Gr PIRE = 2.701 x10-11W
Ld
Prx(dB) = -105.684 dB)

Tipos de Antenas
Antenas de 26 metros:
• Las antenas de 26 metros de diámetro son las únicas que no siguen el
modelo Cassegrain.
• Son utilizadas para seguimiento de misiones de observación de la Tierra,
llevadas a cabo por satélites en órbitas entre 160 y 1000 kilómetros de
altura.
• La antena puede apuntar bajo hacia el horizonte y así seguir las órbitas
rápidas tan pronto como entren en su zona.
• La velocidad máxima de seguimiento es de tres grados por segundo.
• Las antenas de 26 metros fueron creadas para seguir las misiones Apollo
a la Luna, entre los años 1967 y 1975

Dentro de este grupo podemos encontrar dos tipos de antenas:
34-Meter High-Efficiency (HEF) Antenna:
• Esta antena incorpora avances recientes en diseño de antenas y mecanismos.
• La antena puede operar en ambos ejes a una velocidad de 0.40 grados por
segundo.
• La superficie del receptor está realizada con alta precisión para permitir una
capacidad máxima de captar señales.
34-Meter Beam Waveguide (BWG) Antenna:
• En estas antenas, el equipo electrónico se guardan en una sala en el pedestal de
la antena, que permite un mejor acceso para mantenimiento o ampliación de las
prestaciones de la antena, como añadir nuevas bandas
• La señal es llevada desde el reflector hasta la sala a través de cinco espejos de
precisión que reflejan las señales formando una guía de ondas.
• La posición del espejo situado en el centro de la sala permite seleccionar varias
frecuencias y modos de funcionamiento.

Antena HEF
Antena BWG

• Esta antena es la más grande y por tanto la más sensible de las
antenas.
• Es capaz de seguir una nave viajando a más de 16000 millones
de kilómetros de la Tierra.
• La superficie del reflector principal debe mantenerse con una
exactitud de una fracción de longitud de onda, lo que significa
que la precisión de los 3850 metros cuadrados de superficie se
mantiene por debajo de un centímetro.
• El disco reflector y el sistema de elevación en azimut puestos
sobre el pedestal pesan alrededor de 2.7 millones de
kilogramos.

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