La antena satelital de comunicaciones: ¿cómo funciona y cuáles son sus tipos?

¿Qué es una antena satelital?

La antena satelital o parabólica es un dispositivo encargado principalmente de recibir o transmitir ondas electromagnéticas de alta frecuencia, desde la Tierra hacia los satélites que orbitan en el espacio libre, y de adaptar estas frecuencias para que se puedan distribuir por redes de cable coaxial.

Los satélites comerciales trabajan en bandas de frecuencias catalogadas como microondas, banda L, C, Ku y Ka . Sin embargo, estas frecuencias son tan altas, que es imposible distribuirlas por cable coaxial y se tienen que transformar a frecuencias más bajas.

En el caso de las señales de televisión comercial por satélite, la banda utilizada para su distribución por cable coaxial es la Banda FI (frecuencia intermedia). También es habitual utilizar las antenas parabólicas en enlaces terrestres punto a punto de microondas.

¿Cómo funciona?

La forma de las antenas satelitales parabólicas no alude ni a una cuestión estética ni a un capricho de algún fabricante, sino que, por el contrario, responde a una cuestión meramente matemática que usa de forma muy inteligente una propiedad de las parábolas, conocida desde hace casi 2.000 años.

Pero, ¿qué son las parábolas? Una parábola es una cónica (curva que surge al hacer un cierto corte a un cono) que se define como el conjunto de puntos que están a la misma distancia de un punto concreto, llamado foco, y una cierta recta, llamada directriz. En la siguiente imagen, podemos ver una parábola (en rojo), su foco y su directriz, así como la igualdad de distancias desde varios puntos hasta esos dos objetos:

A partir de esta definición, es fácil construir un objeto en 3D girando la parábola respecto de un eje vertical que pasa por su foco. Al hacer esto, obtenemos una superficie tridimensional, denominada paraboloide.

¡Exacto! Acabamos de crear una antena satelital parabólica, cuyo foco es el mismo que el de la parábola que hemos girado. Un punto del interior de la parábola que se mueva por una recta paralela al eje “rebotará” en la parábola y será enviado hacia el foco.

Esto significa que, si mandamos señales hacia la parábola, que sean paralelas al eje, serán reflejadas por esta hacia el foco, independientemente de la recta que usemos. Esto es muy útil ya que, con un paraboloide que tenga un receptor de señal colocado en el foco, podemos conseguir que todas las señales que reboten en él sean enviadas hacia dicho receptor, sin necesidad de tener que apuntar directamente al mismo. Es decir, con un pequeño receptor obtenemos una gran recepción de señal, utilizando toda la superficie del paraboloide de la forma descrita.

Por otra parte, esta propiedad también se puede usar de manera inversa. Colocamos en el foco del paraboloide un emisor de señal orientado hacia el paraboloide y emitimos la señal hacia la mayor parte posible de su superficie. Todas las señales “rebotarán” y se reflejarán hacia afuera de forma paralela a su eje, consiguiendo así una mayor emisión de señal que la que obtendríamos emitiendo solamente desde un punto. Por ejemplo, esto se puede usar en faros de vehículos (colocando una bombilla en el foco para emitir mayor cantidad de luz) o en micrófonos parabólicos (con un micrófono en el foco para emitir sonido a una mayor superficie).

El foco del paraboloide está sujeto a una barra recta que se apoya en su superficie (hay que sujetarlo de alguna forma). Esto genera el problema de que algunas señales pueden rebotar en esta barra, tanto al emitir como al recibir, y, por lo tanto, perderse. Para evitar esto, lo que se hace en algunas ocasiones es tomar para la antena satelital una parte del paraboloide que no esté “debajo” del foco, sino “a un lado”. Así evitamos esos rebotes en las sujeciones y conseguimos una antena más eficiente.

¿Cómo está compuesta una antena parabólica?

Los componentes principales de una antena satelital son:

• Un reflector pasivo, con forma de paraboloide de revolución

La forma del reflector le aporta a la antena diferentes propiedades, como su alta direccionalidad o su idoneidad para trabajar con frecuencias extremadamente altas. Sin embargo, su principal característica es que todas las ondas electromagnéticas que chocan en él se reflejan y se concentran en un único punto llamado foco, generando en este una elevada ganancia.

El tamaño del reflector de la antena satelital es un factor decisivo para el correcto funcionamiento de las comunicaciones, ya que está directamente ligado con la longitud de onda de las frecuencias que utilicemos, así como con la fuerza (PIRE) con la que nos llegan dichas frecuencias. Por esto, para trabajar con frecuencias de la Banda C, es necesario utilizar reflectores de mayor diámetro, ya que, al utilizar un rango de frecuencias más bajo, la longitud de onda es mayor. Así, el diámetro mínimo de una antena parabólica que trabaje en Banda C sería de 120 cm, mientras que para Banda Ku sería de 40 cm.

Igualmente, el material en el que esté fabricado el reflector también afecta al rendimiento de las antenas, y no solo en aspectos como su durabilidad o resistencia. Los reflectores de malla o de rejilla pueden funcionar con frecuencias de Banda C, pero no son aptos para frecuencias más altas, como la Banda Ku.

• Un elemento activo (LNB o BUC)

El elemento activo es el encargado de adaptar las frecuencias para que se puedan distribuir, tanto por aire como por cable. Además, es capaz de polarizar las ondas electromagnéticas en diferentes ejes (vertical, horizontal, circular, etc.), para optimizar el espectro y poder utilizar frecuencias muy próximas entre sí, sin interferirse entre ellas.

El LNB (del inglés Low Noise Block) es el encargado de captar la señal de alta frecuencia procedente del satélite y de convertirla en una señal de menor frecuencia, permitiendo su distribución a través del cableado coaxial. Por su parte, el BUC (del inglés Block Up-Converter) realiza la función inversa, amplifica y convierte las frecuencias que vienen del cable coaxial en otras más altas, para lanzarlas al satélite. Tanto el LNB como el BUC necesitan de una bocina de alimentación o feed, que se encarga de canalizar las ondas entre el reflector y el elemento activo.

De este modo, dependiendo del elemento activo que se instale, las antenas parabólicas pueden ser:

• Un sistema de anclaje que permita la orientación y posterior fijación de la antena

A parte de estos componentes principales, también pueden llevar una serie de accesorios para mejorar sus prestaciones, como, por ejemplo, un motor (para orientar automáticamente la antena satelital a diferentes satélites), mantas calefactoras (para evitar la acumulación de hielo o nieve en el reflector), radomos (recubrimiento de la antena que la protege de los agentes meteorológicos y de la fauna, sin afectar a sus propiedades electromagnéticas), etc.

¿Qué tipos de antenas satelitales existen?

A lo largo del tiempo se han ido perfeccionando este tipo de antenas, consiguiendo reducir el tamaño del reflector sin perder en rendimiento. Así, existen varios tipos de antenas parabólicas o de satélite:

• Antena parabólica de foco primario o centrado: fue la primera en utilizarse, su foco se encuentra en el eje central del reflector. Es absolutamente simétrica y tiene forma parabólica. El elemento activo se encuentra suspendido frente al reflector en su eje central, generando una zona de sombra. También se le conoce como antena parabólica de Banda C, ya que es la que se utiliza para esta banda, aunque también sirve para frecuencias de Banda Ku y para enlaces terrestres microondas punto-a-punto.
• Antena parabólica offset o de foco desplazado: el reflector no es completamente redondo, su forma es una sección de un reflector paraboloide de forma oval. Como lo indica su nombre, tiene el foco desplazado respecto al centro de la antena, evitando que el elemento activo haga sombra sobre la parábola reflectora. Al tener el foco desplazado, este tipo de antenas no apunta perpendicularmente al satélite, sino que queda inclinada unos 25° hacia abajo. No son apropiadas para la Banda C.
• Antena parabólica Cassegrain: es una antena con un reflector parabólico cóncavo principal y uno convexo más pequeño secundario, suspendido frente al reflector principal y cerca del foco, de tal forma que las ondas electromagnéticas, al incidir en un reflector, son reflejadas al siguiente.
• Antena de satélite plana: también llamada matriz planar. Aunque físicamente no es una antena parabólica como tal, sí es una antena compacta para la recepción de señales de satélite, que destaca por su reducido tamaño e impacto visual en las instalaciones. Se destina a instalaciones domésticas y la Banda Ku, con un buen nivel de la huella de cobertura del satélite.