Unidad 2:Instalaciones de antenas

Técnicas y procesos de instalaciones singulares en edificios

Gregorio Morales SantiagoDiciembre 2009

Unidad 2:Instalaciones de antenas

Antenas para radio y TV terrestre

Antenas

La función principal de una antena receptora es convertir la energíaelectromagnética procedente de la emisora de televisión en unaenergía eléctrica que se pueda usar en los receptores de TV.

Características:

- Buena captación de la señal.- Evitar ondas reflejadas.- Impedir reflexiones en el propio sistema.- Captar el mínimo posible de interferencias.- Ser válida para el mayor número posible de canales.

Antenas

Antena Yagi

Dipolo

Directores

Reflectores

Antenas

Dipolo: es el elemento fundamental de la antena. Suele estar doblado a la mitad de la longitud de onda (λ/2) y tiene una impedancia característica de 300 Ω. Es el elemento de la antena al que está conectado el coaxial de bajada.

Directores: Son elementos parásitos que se colocan delante del dipolo. Su función es dar mayor ganancia y directividad a la antean.

Reflectores: son elementos parásitos que se colocan detrás del dipolo, aproximadamente a ¼ de la longitud de onda. Su función es reflejar las señales no deseadas y aumentar la ganancia de la antena.

Antenas

PROBLEMA:

Sabemos que la longitud del dipolo de una antena será la mitad de la longitud de onda para la que esté diseñado.

Determina la longitud de un dipolo para una antena que funcione en la banda de 470 a 862 MHz.

Características de las antenas

Las principales características de una antena son:

- Diagrama de radiación.

- Directividad

- Ganancia

- Ancho de banda

- Impedancia

- Relación de onda estacionaria (ROE, SWR)

- Relación delante/atrás (D/A)

Diagrama de radiación

Es la representación gráfica de las características de radiación de unaantena, en función de la dirección (coordenadas en azimut y elevación).

Lo más habitual es representar la densidad de potencia radiada, aunquetambién se pueden encontrar diagramas de polarización o de fase.

Atendiendo al diagrama de radiación, podemos hacer una clasificacióngeneral de los tipos de antena y podemos definir la directividad de laantena (antena isotrópica, antena directiva, antena bidireccional, antenaomnidireccional,…)

Diagrama de radiación

Diagrama de radiaciónLos parámetros más importantes del diagrama de radiación son:

* Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación. (Directividady ganancia)

* Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección demáxima radiación.

* Lóbulos secundarios: Son el resto de máximos relativos, de valorinferior al principal.

* Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que eldiagrama de radiación de un haz toma el valor de la mitad del máximo. Esdecir, la dirección en la que la - potencia radiada es 3 dB menos.

* Relación de lóbulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en dBentre el valor máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulosecundario.

* Relación delante-atrás (FBR): Es el cociente en dB entre el valor demáxima radiación y el de la misma dirección y sentido opuesto.

Diagrama de radiaciónVer hojas de características de distintos fabricantes:

Por ejemplo:

http://www.fagorelectronica.com/bbdd/hojastecnicas/dianag69.pdf

DirectividadSe refiere a la capacidad de una antena para recibir la señal de unadirección determinada con una intensidad superior a la que se obtiene enlas demás direcciones. Se define como abertura angular o ángulo derecepción.

El ángulo se mide entre los puntos en los que la ganancia de la antenadisminuye en 3 dB respecto al máximo.

Directividad

Ventajas de directividad alta:

- Mayor ganancia en ese ángulo.- Rechaza reflexiones e interferencias de otras direcciones.

Inconvenientes:

- Orientación más difícil.- Solo nos sirve para casos con un solo centro emisor.

Ganancia

Es la relación entre la potencia recibida y la que recibiría la antena patrónque tomemos como referencia.

-Ganancia respecto al dipolo de media onda: Es una de las más usadas.

-Ganancia respecto a la antena isótropa: se expresa en dBi y será 2,1 dBmenor que si se expresa respecto al dipolo de media onda.

Para antenas terrestres de televisión tendremos valores de gananciatípicos de entre 9 y 15 dBi.

Ancho de banda

Es el margen de frecuencias para el que la antena ha sido diseñada.

Los fabricantes nos indicarán el ancho de banda mediante curvas en lashojas de catálogo (en el ejemplo a continuación, son de Ikusi):

Impedancia

La impedancia de la antena dependerá de las dimensiones, forma ydisposición de los elementos de la antena.

Para el dipolo de media onda simétrico y doblado, la impedancia es de300 Ω.

Como la impedancia característica del coaxial utilizado en las instalacioneses de 75 ohmios, es necesaria una adaptación de impedancia.

El dispositivo encargado de realizarla es el balun (balanced-unbalancedlines transformer) que irá montado en la caja de conexiones de la antenao integrado junto al dipolo.

Relación de Onda Estacionaria

Es una medida que expresa el grado de adaptación entre la impedancia dela antena y la impedancia de la instalación.

Indica la presencia e intensidad de las ondas estacionarias en el interiordel cable.

-ROE = 1 No existe onda estacionaria Adaptación perfecta.

En instalaciones de UHF consideraremos normales ROE entre 1,5 y 2,5

Relación de Onda Estacionaria

¿Cómo reducir el nivel de ROE?

-Cuidar el montaje de conectores, el conexionado y las transiciones.

-Evitar curvas bruscas y aplastamientos en el coaxial.

-Cerrar con una carga de 75 ohmios todas las salidas de elementos que nose utilicen (repartidores, derivadores,…)

Relación Delante Atrás

Es la relación entre la ganancia de la antena en la dirección máxima deradiación (lóbulo principal) y la ganancia de la antena en cualquier otradirección entre 90º y 270º de la dirección de apuntamiento.

Los fabricantes suelen dar ese dato referido a 180º.

Fuente: IKUSI

Tipos de antenas para TV terrestreLas antenas más utilizadas para TV son:

- Antena Yagi.

- Antena logarítmica.

- Antena de panel.

Antena YagiEs la antena más utilizada. Está formada por los siguientes elementos:

-Dipolo activo.

-Directores.

-Reflectores.

Nuevas antenas para TDTEstán basadas en el mismo concepto que las antenas Yagi, pero usan unapilamiento geométrico de los directores para conseguir ancho de banday ganancia superiores a los diseños convencionales.

Nuevas antenas para TDT

Nuevas antenas para TDT

Antenas logarítmicas

En estas antenas las varillas no son todos iguales, sino que van disminuyendo su longitud de forma logarítmica.

La ventaja de la antena logarítmica sobre la Yagi es que ésta no tiene un elemento excitado, sino que recibe alimentación en todos sus elementos. Con esto se consigue un ancho de banda mayor y una impedancia estable dentro de todas las frecuencias de trabajo de esta antena.

Antenas de panel

Estas antenas constan de dos o cuatro dipolos separados de tal forma que suman sus efectos, consiguiendo una antena de ganancia media y buen ancho de banda.

Es una antena menos directiva que la Yagi.

Principal aplicación: zonas en las que se reciben canales de varios centros emisores.

Antenas de FM

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

Antenas de radio digital

Para DAB se suele montar una antena Yagi de UHF con 3 elementos.

Banda III: 216 a 223 MHz

Unidad 2:Instalaciones de antenas

Antenas para radio y TV por satélite

Los satélites

Un satélite es cualquier cuerpo que orbita alrededor de otro, al que se llamará principal.

Un satélite artificial es una nave espacial fabricada en la Tierra enviada al espacio usando una lanzadera.

Las órbitasAunque hay multitud de tipos de órbitas, nos centraremos en la clasificación por altitud de las órbitas que rodean a la Tierra:

Órbita baja terrestre (LEO): una órbita geocéntrica a una altitud de 0 a 2.000km. Por ejemplo: ENVISAT (790 km)

Órbita media terrestre (MEO): una órbita geocéntrica con una altitud entre2.000 km y hasta el límite de la órbita geosíncrona de 35.786 km. También sela conoce como órbita circular intermedia. Por ejemplo: GPS (20.200 km)

Órbita alta terrestre (HEO): una órbita geocéntrica por encima de la órbitageosíncrona de 35.786 km; también conocida como órbita muy excéntrica uórbita muy elíptica. Por ejemplo: Archimedes (ESA), satélites paracartografías…

Órbita geoestacionariaUna órbita geostacionaria o geosíncrona es aquélla situada sobre el ecuador, con una excentricidad nula.

Un objeto que gira siguiendo la órbita estacionaria parecerá inmóvil desde la tierra.

Está situada a una altura de 36000 km sobre la superficie de la Tierra.

También se conoce como órbita de Clarke o cinturón de Clarke.

Su periodo de rotación medio es de 23h 56min 04 s (día sideral).

Cinturón de Clarke

Cinturón de Clarke

Cinturón de Clarke desde UK.

Cinturón de Clarke

Cinturón de Clarke desde España

Frecuencias

Las bandas utilizadas en Europa por los satélites de distribuciónde señales de TV son:

-Banda DBS (SRS): 11,7 GHz a 12,5 GHz.

-Banda FSS:-Semibanda alta: 12,5 GHz a 12,75 GHz.-Semibanda baja: 10,7 GHz a 11,7 GHz.

Cada transpondedor ocupa 27 MHz

Polarización

Para aumentar la capacidad de transmisión se utiliza elconcepto de polarización que vimos anteriormente:

-DBS: se utiliza polarización circular (a derechas o izquierdas).

- FSS: se utiliza polarización lineal (horizontal o vertical).

Antenas para recepción de emisiones por satélite

Este tipo de antenas están compuestas por los siguientes elementos:

-Reflector parabólico.

- LNB

- Elementos mecánicos para fijar y posicionar.

Reflector parabólico

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

Ganancia de una antena parabólica

La ganancia de una antena se define como la ganancia de potencia en la dirección de máxima recepción.

En una antena parabólica vendrá dada por:

A = Superficie de la antenaη = Eficiencia de la antenaλ = Longitud de onda

2

4log10

AG

Relación F/D

Es la relación entre el diámetro y la distancia focal de unaantena. Son valores normales 0,3 < F/D < 0,5

F = Distancia focal.D = Diámetro de la antena.C = Profundidad del centro de la antena.

C

DF

16

2

Antenas de foco centradoEl LNB se coloca en el foco de la parábola, que estará situado sobre el centro del reflector parabólico.

El LNB y sus soportes crean una sombra que hace disminuir su rendimiento.

Se usa en instalaciones colectivas y diámetros superiores a 1 m.

Antenas offsetEl reflector es un corte transversal de una parábola.

El LNB se sujeta con un brazo que sale por debajo del reflector,evitando así las sombras y aumentando el rendimiento.

A igual ganancia pueden tener menos diámetro que las de fococentrado.

Antenas Cassegrain y GregorianSon antenas que, además, tienen un subreflector que será:

-hiperbólico, en las antenas Cassegrain.

-Elíptico, en las antenas Gregorian.

Cassegrain Gregorian

Antenas planas

Ocupan menos espacio.

No son parabólicas, sino que están formadas por un array depequeñas antenas.

Antenas multihaz

Son antenas parabólicas que permiten recibir la señal de variossatélites usando un solo reflector.

Necesitan un LNB por cada uno de los satélites que deseemosrecibir.

Antenas multihaz

Son antenas parabólicas que permiten recibir la señal de variossatélites usando un solo reflector.

Necesitan un LNB por cada uno de los satélites que deseemosrecibir.

Conjunto LNB

LNB= Low Noise Block, bloque de bajo ruido

Su función es recibir la señal procedente del satélite yconvertirla a una frecuencia que pueda ser distribuida por elcableado de la instalación.

A esa frecuencia la llamaremos frecuencia intermedia (FI).

La FI se divide en dos subbandas:

Banda baja: 950 MHz – 1950 MHzBanda alta: 1100 MHz – 2150 MHz

Conjunto LNB

LNB= Low Noise Block, bloque de bajo ruido

Su función es recibir la señal procedente del satélite yconvertirla a una frecuencia que pueda ser distribuida por elcableado de la instalación.

A esa frecuencia la llamaremos frecuencia intermedia (FI).

La FI se divide en dos subbandas:

Banda baja: 950 MHz – 1950 MHzBanda alta: 1100 MHz – 2150 MHz

Conjunto LNB

LNB

LNA

LNC

AmplificadorSalida

Filtro FIFiltro

Osciladorlocal

LNB universal

Se trata de un LNB con una sola salida.Está destinado a un solo usuario.

La selección de bandas y subbandas se hace a través de laalimentación y de tonos de 22 kHz superpuestos en laalimentación.

Enlace descendente LNB Banda FI

Banda PolarizFrec

(GHz)

Selección señal FrecMHzV (DC) Tono kHz

BAJAV

10,7-11,7 10-140

950-1950H 22

ALTAV

11,7-12,75 16-200

1100-2150H 22

LNB TWIN

Se trata de un LNB con dos salidas.

Funciona como si se tratara de dos LNB en un mismo bloque.

Se usa para dos usuarios distintos o dos receptores en unamisma vivienda.

LNB QUAD

Se trata de un LNB con cuatro salidas.

Funciona como si se tratara de cuatro LNB en un mismobloque.

Se usa para cuatro usuarios distintos o hasta 4 receptores enuna misma vivienda.

No confundir con el LNB quatro

LNB QUATTRO

Se trata de un LNB con cuatro salidas.

En cada una de las salidas tendremos una de las subbandas yuna de las polarizaciones.

Es el idóneo para instalaciones comunitarias.

Ver presentación “Orientación de antenas parabólicas”

San Fernando:

36.28 N 6.11 W

Declinación magnética: 4,5

http://recursos.gabrielortiz.com/