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¿ Porqué no escucho al satélite ?

Tratando de responder la pregunta, me viene a la memoria un excelente artículo de Mark Spencer, WA8SME, publicado en “The Amsat Journal”, y del que sin hacer una traducción literal, voy a compartir sus puntos de análisis.

Operar con satélites de órbita baja (LEO), puede ser una actividad satisfactoria y plenamente divertida. Este tipo de satélites, por su característica orbital, son de fácil acceso y muchos de ellos nos permiten trabajar en las populares bandas de VHF/UHF (FM) con los equipos que para ellas disponemos en la mayoría de nuestros casos.

 El objetivo del artículo está dirigido a comprobar y verificar apoyándonos en cálculos simplificados y características de los equipos, el balance de potencias necesario para establecer de forma exitosa un radio enlace vía satélite y evitar en lo posible, repetir la mencionada pregunta: ¿Por qué no escucho al satélite?.

No obstante, algunos autores y operadores tienden a simplificar en exceso el “fácil acceso” a estos y otros satélites de radioaficionado. Por supuesto, los enlaces están ahí, pero en muchos casos son simplemente eso, contactos sujetos a poca continuidad. El origen de estas conductas puede estar en experiencias que dejan sentado como habitual que un simple portátil de UHF/VHF y su antena de “porra” son suficiente equipo para acceder a ellos. Nada más lejos de la realidad, es más fácil que en esas condiciones estemos accediendo al satélite pero como respuesta, no estemos escuchando nada, creando con ello el consiguiente QRM a los QSO que sí están establecidos o intentando establecerse en ese momento.
Una antena de “porra” o una simple vertical de las que usamos para el tráfico doméstico de repetidores, no es una buena opción, no dará un buen rendimiento en toda la “pasada”. Primero, necesitamos escuchar al satélite, muy importante antes de transmitir hacia él; aquí también funciona el “efecto cocodrilo” en detrimento del resto de los posibles operadores que sí están trabajando el satélite, en definitiva, “mucha boca y poca oreja”. De cualquier manera, el objetivo del artículo está dirigido a comprobar y verificar apoyándonos en cálculos simplificados y características de los equipos, el balance de potencias necesario para establecer de forma exitosa un radio enlace vía satélite y evitar en lo posible, repetir la mencionada pregunta: ¿Por qué no escucho al satélite?
Para una buena escucha, además de un receptor con buena o aceptable sensibilidad, típica de 0,125 µV para SSB, y unos 0,2 µV para FM (10 dB SINAD para SSB/AM y 12 dB SINAD para FM), necesitaremos una antena con ganancia direccional, un cable coaxial de bajas pérdidas y posiblemente un previo de recepción con baja relación señal/ruido.

El satélite elegido para el análisis que nos ocupa es el AO-51 “ECHO” usando su modo más popular: Subida Bajada Baliza 145.920 FM 435.300 FM 435.150 FM A partir de aquí, tenemos que cuantificar un proyecto de energía necesario, basado en el tipo de trayectoria del satélite elegido (AO51), y evaluar los factores que influyen en las pérdidas y ganancias de la señal en su recorrido desde y hacia el satélite. Siguiendo el camino de descenso de la señal, desde el satélite hasta nuestro receptor, podemos considerar y analizar la influencia de los siguientes factores:

1. Potencia transmitida por el satélite AO-51
2. Pérdidas en la línea coaxial del satélite.
3. Ganancia de la antena de transmisión.
4. Pérdidas asociadas a la distancia recorrida.
5. Pérdidas debidas al cruce de la ionosfera.
6.- Pérdidas por desacoplo en la polarización de las antenas.
7. Sensibilidad del receptor
8.
Ganancia de antena receptora.
9. Pérdidas en la línea coaxial del receptor.

Para relacionar entre sí todos estos factores que forman parte del balance de potencias del radio enlace, usaremos como unidad común el “decibelio” (dB). (1)

1. Potencia de transmisión.
El satélite AO51 tiene una potencia de salida de 1 W en su modo de “alta potencia” y 0,5 W en modo “normal”, lo que equivale a +30 dBm y +27 dBm respectivamente. Con signo (+) porque representa ganancia para nuestro receptor.2. Pérdidas en la línea coaxial.

2. La antena y el transmisor del satélite están muy cerca, son espacios muy cortos de alimentación, por lo que podemos considerar este factor irrelevante para el cálculo.

 3. Ganancia de la antena de transmisión.
Respecto a los satélites, y debido a las exigencias de espacio impuestas por los vehículos de lanzamiento, las antenas son generalmente pequeñas. Así mismo y debido a la necesidad de cubrir la mayor superficie posible de territorio, suelen ser antenas de poca ganancia. En el caso de nuestro satélite, el AO-51, su antena tiene una ganancia de +2 dBi … Seguimos sumando.

 4. Pérdidas asociadas a la distancia recorrida.
La señal transmitida por el satélite pierde potencia, se debilita en su recorrido hacia el receptor. La ecuación de Friis (2) es un medio para cuantificar el valor de estas pérdidas dentro del balance de potencias del radio enlace entre un emisor y un receptor separados una distancia determinada, simplificando, relaciona estas pérdidas con la distancia a recorrer y la frecuencia empleada.

Volviendo al caso que nos ocupa, y atendiendo a su órbita, el AO-51 tiene el punto más lejano cuando se hace visible sobre el horizonte a unos 3.000 Km de distancia y el más cercano a unos 800 Km, coincidiendo con el punto de máxima elevación de la órbita de referencia. De la ecuación simplificada de Friis, obtenemos valores de -154 dB para 3.000 Km y de -143 dB para 800 Km, con signo (-) porque en este caso son pérdidas que deben ser compensadas en el receptor. La frecuencia de trabajo es la correspondiente a la bajada del satélite, 435 MHz.

5. Pérdidas debidas al cruce de la ionosfera.
Las pérdidas por trayectoria calculadas arriba son función de la distancia recorrida hasta el receptor a través de un medio ideal, el vacío; de otro modo, siempre hay pérdidas adicionales cuando la señal entra en contacto con obstáculos como las partículas eléctricamente cargadas que componen la ionosfera de la Tierra, fenómenos de absorción atmosférica (lluvia, niebla, nieve), etc. Asumiremos -1 dB como valor típico de las pérdidas por este concepto.

6. Pérdidas por desacoplo en la polarización de las antenas.
Las señales recibidas desde los satélites tienen generalmente una polarización circular. Esto es debido, en parte, a la rotación que se imprime al satélite para su estabilización, y de otra parte a la “Rotación de Faraday” (3). Todo ello hace posible que la antena del satélite y la antena terrestre no estén alineadas al 100% en lo que al ángulo de giro se refiere, y que la polarización no sea constante durante todo el paso del satélite. En el caso de una polarización circular en el satélite y una polarización lineal en “tierra”, el valor del conjunto de las pérdidas por desacoplo es de unos -3 dB. 

En este punto, sumando el conjunto de los valores expuestos, podemos empezar a valorar las necesidades del equipo receptor, teniendo en cuenta la señal disponible en la antena receptora, -126 dB ... 
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Publicado en "Radioaficionados"  (Unión de Radioaficionados Españoles)  Ago-Sep/2007

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