Artículo

Comunicaciones Satelitales

Autores

Alvaro Resplandor y Julián López

Publicación

Satélite en el espacio con la tierra de fondo

En términos aeroespaciales un satélite es un vehículo espacial lanzado por humanos, que describe órbitas alrededor de la tierra o de otro cuerpo celeste. Mientras que un satélite de comunicaciones es una repetidora de microondas en el cielo, formada por una diversa combinación de uno o más de los siguientes dispositivos: receptor, transmisor, regenerador, filtro, computadora de a bordo, multiplexor, demultiplexor, antena, guía de onda y casi cualquier otro circuito de comunicaciones electrónicas que se haya desarrollado.

Leyes de Kepler

Johannes Kepler (1571-1630), astrónomo alemán, descubrió las leyes que gobiernan el movimiento de los satélites. Las leyes del movimiento planetario describen la forma de la órbita, las velocidades del planeta y la distancia de un planeta con respecto al Sol.

  • Los planetas describen elipses con el Sol en uno de los focos.
  • La línea que une al Sol con un planeta barre áreas iguales en intervalos iguales de tiempo.
  • El cuadrado del tiempo de revolución de un planeta, dividido entre el cubo de su distancia promedio al Sol es un número igual para todos los planetas.

Órbitas Satelitales

Si el satélite describe su órbita en la misma dirección que la de rotación de la Tierra (en el sentido de las manecillas del reloj) y su velocidad angular es mayor que la de la Tierra, la órbita se llama prógrada o posígrada.

Si su órbita tiene dirección contraria a la de rotación de la Tierra, o la misma dirección, pero con una velocidad angular menor que la de la Tierra, la órbita del satélite es retrógrada.

Clasificación de los Satélites

Giratorio

Aprovecha el momento angular de su masa giratoria para obtener estabilización de balanceo y cabeceo.

Diagrama de un satélite con estabilización giratoria

Estabilizador de Tres Ejes

El cuerpo permanece fijo en relación con la superficie terrestre, mientras que un subsistema interno proporciona la estabilización de balanceo y cabeceo.

Diagrama de un satélite con estabilización de tres ejes

Modelos de Enlaces en Sistemas Satelitales

Modelo de Enlace de Subida

El principal componente de la sección de enlace de subida de un sistema satelital es la estación terrestre transmisora, que suele consistir de un modulador de FI, 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).

Diagrama del modelo de enlace de subida

Transpondedor

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.

Diagrama del modelo de transpondedor

Modelo Enlace de Bajada

Un receptor en la estación terrestre comprende un BPF de entrada, un LNA y un convertidor descendente de RF a FI.

Diagrama del modelo de enlace de bajada

Enlaces Cruzados

A veces se presenta una aplicación en donde es necesario comunicarse entre satélites. Esto se hace con enlaces satelitales cruzados o enlaces intersatelitales (ISL, de intersatellite links).

Diagrama del modelo de enlaces cruzados

Parámetros del Sistema de Satélites

Pérdida por Reducción

Los amplificadores de alta potencia que se usan en las estaciones transmisoras terrestres y los tubos de onda viajera que se usan en los satélites transpondedores son dispositivos no lineales; su ganancia (potencia de salida entre potencia de entrada) depende del nivel de la señal de entrada.

Potencia de Transmisión y Energía de Bit

Para funcionar con la mayor eficiencia posible, un amplificador de potencia debe trabajar tan cerca como sea posible de la saturación. Los sistemas satelitales más modernos usan ya sea modulación por conmutación de fase (PSK) o modulación por amplitud en cuadratura (QAM), más que la modulación convencional de frecuencia (FM). En la PSK y la QAM, la banda base de entrada suele ser una señal multiplexada por división de tiempo y codificada por PCM, de naturaleza digital. También, en PSK y QAM se pueden codificar varios bits en un solo elemento de señalización de transmisión.

Eb=PtTbE_b = P_t T_b

donde,

  • EbE_b = Energía de un solo bit (joules por bit)
  • PtP_t = Potencia total saturada de salida (watts o joules por segundo)
  • TbT_b = Tiempo de un solo bit (segundo)

o también, como Tb=1/fbT_b = 1/{f_b} , siendo fbf_b la frecuencia de bits,

Eb=PtTb=J/sb/s=JoulesbitE_b = \frac{P_t}{T_b} = \frac{J/s}{b/s} = \frac{Joules}{bit}

Potencia Efectiva Irradiada Isotrópicamente (EIRP)

Se define como una potencia equivalente de transmisión.

EIRP=PentAtEIRP = P_{ent} A_t

donde,

  • EIRPEIRP = Potencia efectiva irradiada isotrópicamente (watts)
  • PtP_t = Potencia de entrada a la antena (watts)
  • TbT_b = Ganancia de la antena de transmisión (relación adimensional)

En forma logarítmica,

EIRP(dBW)=Pent(dBW)At(dB)EIRP_{(dBW)} = P_{ent(dBW)} A_{t(dB)}

Con respecto a la salida del transmisor,

Pent=Pt−Lbo−LbfP_{ent} = P_t - L_{bo} - L_{bf}

Así,

EIRP=Pt−Lbo−Lbf+AtEIRP = P_t - L_{bo} - L_{bf} + A_t

donde,

  • PentP_{ent} = Potencia de entrada a la antena (dBW por watt)
  • LboL_{bo} = Pérdidas por reducción de HPA (decibelios)
  • LbfL_{bf} = Pérdida total por ramificación y en alimentador (decibelios)
  • AtA_t = Ganancia de la antena de transmisión (decibelios)
  • PtP_t = Potencia de salida saturada de amplificador (dBW por watt)

Referencias

  • Tomasi, W. (2003). Sistemas de comunicaciones electrónicas. Pearson Educación.