1.9 captacion satelital

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1.9 sistemas de recepcion. Captación de señal satelital objetivos Al finalizar esta unidad formativa serás capaz de: Conocer los conceptos generales en los que se basan las transmisiones de señal mediante satélites. Sabrás donde se encuentran los satélites, y las referencias utilizadas para indicar su posición. Conocer los parámetros que expresan la zona de cobertura de un satélite, en concreto la PIRE. Conocer las bandas de transmisión. Conocer el concepto de polarización de señal. Conocer como se comporta un reflector parabólico y un LNB. Saber como dimensionar una estación receptora. Conocer como captar mas de un satélite con un solo receptor parabólico. Estos Conceptos te van a facilitar el trabajo con los dispositivos de captación / recepción de señal satélite. CONCEPTOS GENERALES ACERCA DE LAS SEÑALES PROCEDENTES DE SATÉLITE Como se ha visto en el caso de la TV terrestre, la señal de televisión llega a los receptores domésticos una vez captada por las antenas, generalmente de tipo Yagi, que reciben la señal de los transmisores, repetidores o reemisores terrestres. En el caso de la TV satélite, el repetidor es un satélite artificial situado en el espacio a una determinada altura sobre la superficie terrestre. Dada la distancia entre el satélite y el lugar de recepción, las antenas encargadas de captar la señal ha de ser muy directivas así como otras características específicas que se verán más adelante. Básicamente, un sistema de captación / recepción se compone de tres elementos fundamentales (Figura 1): 1

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1.9 sistemas de recepcion. Captacin de seal satelitalobjetivos Al finalizar esta unidad formativa sers capaz de: Conocer los conceptos generales en los que se basan las transmisiones de seal mediante satlites. Sabrs donde se encuentran los satlites, y las referencias utilizadas para indicar su posicin. Conocer los parmetros que expresan la zona de cobertura de un satlite, en concreto la PIRE. Conocer las bandas de transmisin. Conocer el concepto de polarizacin de seal. Conocer como se comporta un reflector parablico y un LNB. Saber como dimensionar una estacin receptora. Conocer como captar mas de un satlite con un solo receptor parablico.

Estos Conceptos te van a facilitar el trabajo con los dispositivos de captacin / recepcin de seal satlite. CONCEPTOS GENERALES ACERCA DE LAS SEALES PROCEDENTES DE SATLITE Como se ha visto en el caso de la TV terrestre, la seal de televisin llega a los receptores domsticos una vez captada por las antenas, generalmente de tipo Yagi, que reciben la seal de los transmisores, repetidores o reemisores terrestres. En el caso de la TV satlite, el repetidor es un satlite artificial situado en el espacio a una determinada altura sobre la superficie terrestre. Dada la distancia entre el satlite y el lugar de recepcin, las antenas encargadas de captar la seal ha de ser muy directivas as como otras caractersticas especficas que se vern ms adelante. Bsicamente, un sistema de captacin / recepcin se compone de tres elementos fundamentales (Figura 1):

La estacin terrestre emisora. La programacin a transmitir se enva desde un centro emisor al satlite (Haz ascendente 14 GHz). El satlite. Acta como repetidor, recibe la seal desde la estacin terrestre y la enva a la zona de recepcin. La estacin terrena receptora. Es la encargada de captar y tratar la seal procedente del satlite (Haz descendente 12 GHz).

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Los parmetros del satlite que determinan el tipo de estacin receptora son: Posicin orbital del satlite Banda de frecuencias de las seales a recibir Polarizacin de la seal a recibir Potencia emitida (PIRE) en la zona de recepcin Programacin y codificacin

Estos parmetros indicarn si es posible recibir el satlite desde una determinada posicin geogrfica y que tipo de instalacin (estacin terrestre) deber instalarse. Posicin orbital. La posicin orbital nos indicar la ubicacin del satlite, Un satlite de comunicaciones es un sistema receptor/transmisor de seales radioelctricas, que esta situado en una rbita alrededor de nuestro planeta. Cuando se iniciaron las comunicaciones por satlite, debido a que los cohetes lanzadores no tenan suficiente potencia, el satlite realizaba rbitas elpticas que obligaban a utilizar en tierra, equipos de seguimiento mviles muy complejos y costosos, esto, era un gran inconveniente para acercar este tipo de comunicaciones al gran publico. Gracias al cientfico y escritor Arthur C. Clarke que en octubre de 1945 determin la rbita geosncrona para los satlites, se logr la comunicacin directa con antenas fijas. La rbita geoestacionaria es donde estn colocados todos los satlites geosncronos de comunicaciones, describe un crculo alrededor de la tierra a nivel del ecuador, girando en el mismo sentido y a la misma velocidad angular que la tierra en su movimiento de rotacin (Figura 2).

De esta forma, para un observador situado en la superficie terrestre, un satlite determinado se mantiene siempre sobre la misma vertical de un punto dado. Para poder mantener esta posicin sin apenas consumo de energa, el satlite debe estar a una altura sobre el ecuador de unos 35.806 Km. A esta distancia la fuerza de atraccin gravitatoria y la fuerza centrifuga del satlite en su movimiento de traslacin alrededor de la tierra, se igualan: Fuerza gravitatoria= (GMm)/d2 Fuerza centrfuga= mdw2 Siendo: G = cte. de gravitacin universal

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M = masa de la tierra m = masa del satlite d = distancia entre los centros de gravedad de la tierra y el satlite w = velocidad angular del satlite = 2 /T siendo T el periodo de rotacin de la tierra (23h 56') Igualando ambas fuerzas: (GMm)/d2= mdw2 d=3(GM/w2) Como d es la distancia al centro de la Tierra y el radio medio de la misma es de 6.366 Km. la distancia del satlite a la superficie del planeta ser la diferencia de ambas, es decir, 35.806 Km (Figura 3).

Posicin de un satlite. Como el satlite se mantiene en la misma posicin con respecto un punto de la tierra, podemos definir su posicin orbital como el ngulo formado por una lnea imaginaria que une el satlite con el centro de la tierra con respecto a un punto de referencia en el ecuador. Este ngulo se mide como la diferencia de longitud entre el punto de referencia (meridiano Greenwich) y el punto donde la lnea recta que une el centro de la tierra y el satlite corta al ecuador. Observando la Figura 4, los satlites situados a la derecha del meridiano de Greenwich tendrn una longitud Este (positiva) y los situados a la izquierda una longitud Oeste (negativa).

Existen cientos de satlites orbitando alrededor de la tierra distribuidos a lo largo de la rbita de Clarke. Se define la zona de cobertura de un satlite como la zona de la superficie terrestre delimitada por un contorno de densidad de flujo de potencia constante, que permite obtener la calidad deseada de recepcin en ausencia de interferencias. Viene determinada por la configuracin de la antena emisora del satlite. Configuracin de los satlites. Bsicamente los satlites geoestacionarios estn compuestos por dos partes o mdulos:

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Modulo de servicio: Aloja los depsitos de combustible y los reactores que permiten posicionar al satlite. Tambin contiene las bateras que se cargan con la energa elctrica generada en los paneles fotovoltaicos. Modulo de comunicaciones, que bsicamente se compone de: Antena parablica de recepcin que recibe la seal procedente de la emisora terrestre

Transpondedores que procesan y convierten a frecuencias ms bajas las seales de TV y radio recibidas de la estacin terrestre para su transmisin a la zona de cobertura. Antena parablica de emisin que enva la seal a una zona determinada denominada zona de cobertura. Actualmente las antenas transmisora y receptora tienden a compartir el mismo reflector parablico. Bandas de frecuencias. Aunque los primeros satlites de comunicaciones que se utilizaron en EE.UU para transmitir seales de TV emplearon la banda C (3,7GHz a 4,2 GHz y 5,9 GHz a 6,4 GHz), hoy da el enlace descendente de los satlites con cobertura Europea utilizan la banda Ku. En este contexto se pueden dividir las bandas utilizadas por los satlites para la distribucin de seales de TV de la siguiente manera: Banda DBS (Direct Board Satellite): 11, 7 GHz a 12, 5 GHz Banda FSS (Fixed Satellite Service): Semibanda alta: 12,5 GHz a 12,75 GHz Semibanda baja: 10,7 GHz a 11,7 GHz Las bandas dedicadas al servicio FSS como tales no estaban pensadas para difusin de TV, pero actualmente transmiten canales de TV. Polarizacin. Para ampliar la cantidad de canales que se pueden transmitir por cada una de las bandas, se recurre al concepto de polarizacin. La polarizacin es una caracterstica intrnseca de las ondas electromagnticas. Puede definirse de una manera simple como la trayectoria descrita por el vector campo elctrico asociado a una onda electromagntica en propagacin. Los tipos de polarizacin utilizados en las transmisiones de seales de TV por satlite son: En DBS (SRS): Polarizacin Circular: a derechas o a izquierdas En FSS: Polarizacin Lineal: horizontal o vertical En el primer caso, el campo elctrico asociado a la onda electromagntica incidente en la antena avanza girando sobre su eje de la misma forma que un proyectil disparado por un fusil. Si el giro se produce en el sentido de las agujas de un reloj, se denomina polarizacin a derechas o destrgira, y, si se realiza en sentido contrario, a izquierdas o levgira (Figura 5).

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En el caso de polarizacin lineal, el campo elctrico describe una trayectoria lineal. El concepto de vertical y horizontal se aplica a un par de ondas con polarizacin lineal cuyos vectores de campo elctrico son ortogonales, es decir, forman 90 (Figura 6).

Un dispositivo denominado polarizador situado en el foco de la antena es el encargado de rechazar en cada caso a la polarizacin no deseada. Potencia Emitida (PIRE). Para calcular las prdidas que sufre la seal en el trayecto satlite - antena, y por tanto calcular el nivel de seal terico que llega a nuestro sistema de recepcin hay que tener en cuenta los siguientes factores: La potencia emitida por el satlite La ganancia de su antena Las prdidas introducidas en la propagacin de la onda en su recorrido desde el satlite a la estacin receptora La ganancia de la antena de recepcin y el ruido introducido por antena y conversor. Veamos los dos primeros factores a tener en cuenta, la potencia emitida y la ganancia de la antena transmisora: Pt y Gt Ambos trminos se engloban en la PIRE o potencia isotrpica radiada efectiva. La PIRE representa la potencia que debera radiar la antena isotrpica para obtener en un punto determinado del espacio, la misma excitacin que conseguimos con la antena del satlite. El valor de la PIRE ser el producto de la potencia transmitida por la ganancia de la antena: PlRE = Pt x Gt Una vez que la onda es emitida por la antena del satlite, debe recorrer un largo camino hasta llegar a la antena receptora. A lo largo del mismo aparecen atenuaciones debidas tanto a la enorme distancia que debe atravesar como a los agentes atmosfricos. Estas prdidas debidas al espacio libre, se calculan en funcin de la distancia y de la frecuencia: Perdidas = 20 log [4pDf / l] dBA Siendo: D la distancia entre la estacin receptora de tierra y el satlite.

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l = es la longitud de onda, que puede calcularse fcilmente a partir de la frecuencia de la seal l=30/F; l en cm y F en GHz La antena transmisora es una fuente puntual de ondas electromagnticas que emite con gran intensidad (dependiendo de su ganancia) en una direccin que corresponder a la direccin de su zona de cobertura

La empresa que gestiona las comunicaciones del satlite nos facilitan diagramas de radiacin de su zona o zonas de cobertura, en el nos indica el nivel de seal que se recibe (PIRE). Este diagrama nos permite conocer: Si es posible la recepcin de dicho satlite Nos permite calcular el tamao de nuestra estacin receptora.

En la figura 8 podemos observar el diagrama de radiacin del satlite Hispasat (30 W) en la zona de cobertura correspondiente a Amrica. Los valores de PIRE estn indicados en dBW. Al ser una zona muy extensa, no se recibe el mismo nivel de seal en todos los puntos de la zona de cobertura. PROGRAMACIN Y CODIFICACIN. Es conveniente recordar que los programas de radio y televisin estn modulados en funcin del tipo de informacin a transmitir, recordar que existen modulaciones utilizadas para transmisiones analgicas y otras para transmisiones digitales. Una gran parte de los programas transmitidos por los satlites tambin utilizan un sistema de codificacin y para poder recibirlos es necesario pagar una cuota mensual y poseer el decodificador alquilado a la empresa operadora. Los sistemas de codificacin ms habituales utilizados en transmisin por satlite son: Nagravisin Irdeto Mediaguard Viaccess Cryptoworks Videoguard Betacrypt

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Figura 8 ESTACION EMISORA La informacin que se desea transmitir se genera en los estudios de radio y televisin en forma de sonido e imgenes sincronizadas. Esta informacin, pasar a un transmisor y de este a una antena de emisin que la enva al satlite. El enlace entre los estudios y el transmisor puede efectuarse por cable, en caso de que los primeros estn en la misma estacin transmisora, o bien se utiliza un radio enlace si la estacin est situada en un lugar alejado. Una vez en el transmisor, la seal en banda base (vdeo/audio) se modula en una portadora de 70 140 MHz y la resultante se convierte, por medio de un oscilador de microondas, a una frecuencia del canal de satlite de 14GHz, con un ancho de banda por canal entre 20 y 40 MHz. Hay ahora una etapa de amplificacin final antes de que la seal sea emitida mediante una antena parablica, constituyendo el haz ascendente del enlace. Los motivos que han llevado a emplear microondas en las comunicaciones va satlite son varios: por una parte la capacidad de transmitir mayor cantidad de informacin; una segunda razn deriva de la utilizacin de antenas ascendentes muy directivas, que en frecuencias ms bajas tendran gran tamao. Asimismo esta banda de microondas no es utilizada en comunicaciones terrestres y por tanto est menos contaminada que las transmisiones de baja frecuencia. Este ltimo motivo ha hecho que la Conferencia Administrativa Mundial de Radiofrecuencia asigne estas frecuencias para la distribucin de Televisin va satlite. ESTACION RECEPTORA La estacin receptora es la encargada de recibir el haz descendente procedente de la transmisin del satlite. Esquemticamente se pueden distinguir las siguientes partes fundamentales: Reflector parablico Antena, que capta la seal procedente del satlite.

Unidad externa, que recibe la seal procedente de la antena y la convierte en una frecuencia inferior para enviarla, va cable coaxial, a la unidad interior. Unidad interior, que recibe la seal y la procesa para enviarla el receptor de TV.

En esta unidad trataremos de los elementos instalados en el exterior. Para dimensionar estos elementos es necesario conocer los diagramas de radiacin del satlite en la zona geogrfica donde se produce la recepcin y las bandas de frecuencia utilizadas. Reflector Parablico o Antena. Es el elemento encargado de captar la dbil seal procedente del satlite. La antena es un elemento clave en la cadena de recepcin de la estacin terrena y de su bondad de diseo depende la calidad de la seal recibida. La calidad de una antena para satlite est determinada por lo bien que dicha antena logra apuntar hacia un satlite captar la seal, amplificarla y enviarla a la unidad exterior (LNB). As pues a la hora de elegir una antena, hemos de tener en cuenta su ganancia. La ganancia expresa que nivel de seal es captado y transmitido al elemento siguiente de la cadena de recepcin. Depende fundamentalmente del tamao de la antena, su eficiencia y la longitud de onda de la seal recibida.La mayora de las antenas que se usan actualmente en las estaciones receptoras de satlite estn diseadas en base a superficies parablicas. En teora esta geometra concentra todas las seales recibidas segn una direccin

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paralela a su eje en un solo punto llamado foco. En dicho foco se coloca el LNB, que es el elemento encargado de recibir la seal reflejada en el disco parablico. La ganancia de esta antena viene dada por la expresin: G=10log(4A/2) Siendo:

Como se deduce de la anterior ecuacin, no es solamente el dimetro lo que influye en la ganancia de la antena. Tambin la frecuencia incide directamente en ella, de forma tal que dada una antena de un dimetro determinado, sta ganar ms cuanto mayor sea la frecuencia que recibe. Esto equivale a decir que los satlites de frecuencias bajas (4-6 GHz) llevan asociadas parbolas mayores que los de frecuencias altas ( 11-12GHz). Por ltimo, existe otro parmetro que afecta directamente en la ganancia de la antena que es la eficiencia, es decir, el porcentaje de la energa que incide en la parbola y es dirigido al foco de la misma. Hay configuraciones de antenas que rinden ms que otras, uno de los tipos de ms elevada eficiencia es la antena offset. A modo de ejemplo, la parbola offset de 0,75 m. rinde como una convencional de 0,9 m. Los tipos de antenas ms usuales son las siguientes (Figura 9):

Antenas de foco centrado. La unidad exterior (LNB) est situada en el foco central de la parbola. Esta unidad externa crea una zona de sombra en el centro del reflector, que implica una ligera perdida de eficiencia de la antena. Este tipo de antena es el comnmente usado en las instalaciones colectivas y, en general, cuando el dimetro sea superior a 1 m Antenas Offset. Es un reflector constituido por una seccin transversal de una parbola. La unidad exterior (LNB) est situada en el punto focal, sostenida por un brazo que sale de debajo del reflector, de esta manera la unidad exterior no proyecta sombra sobre el reflector porque queda fuera de la lnea de visin del satlite. Por esta razn el tamao del reflector offset puede ser, a igualdad de ganancia, menor que el de una antena de foco centrado. Se utilizan mayoritariamente en las instalaciones individuales donde el dimetro utilizado es inferior a 1 m. Unidad exterior (LNB). Tradicionalmente esta terminologa se ha usado para referirse a un elemento que est constituido por un alimentador, tambin llamado iluminador, por un polarizador y por un convertidor de microondas

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(convertidor de frecuencia) denominado LNB. Actualmente se utiliza la expresin Unidad exterior o LNB (Figura 10) para designar el conjunto de dispositivos situados en el foco de la antena parablica

ALIMENTADOR O ILUMINADOR. Dispositivo, colocado en el foco de la parbola es el encargado de recibir la radiacin electromagntica una vez reflejada en el reflector de la parbola. Prcticamente consiste en una gua de ondas que canaliza el flujo de seal hacia el interior del LNB. POLARIZADOR. Es la etapa encargada de seleccionar la polaridad con la que queremos trabajar, se sita a la salida del alimentador y antes del conversor. La seleccin de polaridad se realiza mediante la variacin de la tensin aplicada en el Terminal de salida. CONVERSOR (LNB). Es uno de los elementos ms importantes y complejos del sistema de captacin. Su misin es recoger una seal muy dbil, y convertirla a una seal de frecuencia ms baja (950 MHz a 2.150 MHz) para su transmisin a travs del cable coaxial. Este dispositivo est constituido, por un amplificador de entrada que introduzca poco ruido (muy baja figura de ruido), un mezclador, uno o dos osciladores locales (generalmente dos) y una etapa de amplificacin de salida. El rango de frecuencias que cubren estos conversores vara en funcin de la frecuencia utilizada por el satlite a recibir. Para satlites banda DBS (SRS) margen frecuencia: 11,7-12,5 GHz. Satlites banda baja de FSS margen frecuencia. 10, 7 -11, 7 GHz. Satlites banda alta de FSS margen frecuencia: 12,5-12,75 GHz.

No obstante aunque el rango de frecuencia de entrada vara en funcin de la emisin del satlite la frecuencia de salida estar comprendida entre unos valores de 950 MHz a 2.150 MHz, se denomina FI y responde a la primera frecuencia Intermedia de satlite.

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Diagrama de bloques de un LNB. En la Figura 11 podemos observar el diagrama de bloques de un LNB, en el que podemos apreciar su funcionamiento

Una unidad LNB consta de: Etapa amplificadora de entrada de bajo ruido Filtro de entrada que elimina los mrgenes de frecuencia no deseados.

Etapa mezcladora de la seal de entrada con la seal procedente del oscilador local interno seleccionado. Oscilador local, si el LNB es de banda ancha utiliza dos osciladores locales.

Filtro pasa bajos permite el paso de la frecuencia resultante de restar a la entrada la frecuencia del oscilador local. Etapa amplificadora de salida.

Del diagrama de bloques se deduce que la frecuencia de salida de la unidad LNB (frecuencia intermedia) es:

Siendo: = Frecuencia de la seal de salida del LNB = Frecuencia del oscilador local seleccionado. La seleccin del oscilador alto se realiza enviando una seal de 22KHz a travs del cable coaxial. LNB de Banda Ancha (LNB Universal). El LNB universal dispone de una salida, que consiste en un conector de tipo F. La seal recibida desde el satlite ser de una frecuencia comprendida entre 10,750 GHz y 12,750 GHz que subdividiremos en dos subbandas. En el mercado hay conversores para instalaciones individuales que cubren todo el rango de frecuencias y por lo tanto permiten la recepcin de todas las frecuencias de difusin.. Estos LNBs utilizan dos osciladores locales y permiten que el usuario seleccione la frecuencia y la polaridad deseada.

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Un receptor de satlite, convenientemente configurado, realiza la bsqueda automtica de emisoras y se encarga de enviar la tensin correspondiente al LNB. Un instalador debe utilizar el medidor de campo para realizar los ajustes y comprobaciones necesarias y ha de conocer como realizar la seleccin del oscilador local y de la polaridad. Banda baja (Low).

Oscilador local de 9,75 GHzPolaridad Vertical (VL)Polaridad Horizontal (HL) Aplicar al LNB una Alimentacin de: 13 Volts18 Volts Margen de frecuencias de entrada10,750GHz11,750 GHz Banda alta (High).

Oscilador local de 10,6 GHzPolaridad Vertical (VH)Polaridad Horizontal (VH) Aplicar al LNB una Alimentacin de: 13 Volts + 22 KHz18 Volts + 22 KHz Margen de frecuencias de entrada11,750GHz12,750 GHz LNB quatro. El LNB quatro dispone (Figura 12) de dos osciladores locales y de cuatro salidas con conector tipo F, cada salida indica la polaridad y la banda de frecuencias que podemos recibir (VH, VL, HH y HL).

Para recibir seal basta con alimentar el LNB a travs del cable coaxial (entre 13V y 18 Volts) y conectarlo en la salida correspondiente a la polarizacin y banda de frecuencia deseada. Otros LNBs.

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El reflector parablico es la parte mas visible de la estacin receptora, existen en el mercado una serie de LNBs (Figura 13) que acoplados en el punto focal de la misma antena nos permite la recepcin del mismo satlite en mas de un receptor.

Sirvan como ejemplo los siguientes: LNB con 2 salidas / 2 usuarios independientes, tambin llamado twin, es el equivalente a dos LNBs universales fabricados en una misma carcasa. LNB 4 salidas / 4 usuarios independientes, tambin llamado quad, no debemos confundirlo con un LNB quatro, es el equivalente a cuatro LNBs universales fabricados en una misma carcasa. LNB 8 salidas /8 usuarios independientes es el equivalente a ocho LNBs universales fabricados en una misma carcasa. Dimensin del reflector parablico. El lugar donde est ubicada la estacin receptora y la PIRE correspondiente a la zona, condicionar el tamao del reflector parablico a utilizar. Para conocer las dimensiones de la estacin receptora podemos: Calcularla teniendo en cuenta entre otros, los siguientes los parmetros: PIRE, la C/N deseada, la distancia entre el satlite y la estacin receptora, el ruido de la instalacin, etc. Seguir las recomendaciones de la empresa que gestiona el satlite a recibir. Generalmente nos indica el nivel de la PIRE (dBW) y la dimensin de la parbola necesaria para recibir las transmisiones. En nuestro caso seguiremos las indicaciones del gestor del satlite. Antena multisatlite. Las antenas multisatlite (Figura 15) (multihaz) son antenas que presentan mltiples haces de recepcin utilizando un reflector comn y varios LNBs. La direccin de los haces se determina por la colocacin de los LNBs, de esta forma cada uno de ellos recibir las emisiones del satlite al que tenga orientado su correspondiente haz. Se utilizan para recibir satlites que se encuentran prximos, deben disponer de un soporte adecuado para la colocacin de los LNBs (un LNB por satlite) y respetar los requisitos marcados por el fabricante (dimensin de la parablica etc). Hay otro sistema para recibir mltiples satlite y es el empleo de antenas motorizadas, este tipo de antenas y su control se estudiaran mas adelante

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resumen En esta unidad formativa hemos visto: Los conceptos generales en los que se basan las transmisiones de seal mediante satlites. Que la posicin de un satlite se mide con respecto al meridiano de Greenwich. Que es la zona de cobertura de un satlite. Que bandas de transmisin utilizan. Que los satlites pueden emitir utilizando ms de una polaridad. Como se comporta un reflector parablico y un LNB. Como dimensionar una estacin receptora. Como controlar un LNB.

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