jueves, 6 de enero de 2011

Antena Satelital Experimental para Banda C

Introducción 

Desde este blog pretendo facilitar a las comunidad FTA la posibilidad de hacer una antena parabólica para captar señales satelitales a un costo mínimo y aprovechando materiales de bajo costo. No es un manual de montaje  científico  ni pretende serlo, mas bien es una guía práctica para comprender el funcionamiento de una antena parabólica, en este caso una de foco central para banda C y su aplicación al mundo FTA.

Los parámetros mínimos que se buscan son: lógicamente de foco central, sólida, mínimo de 1.80 mts, fácil de hacer, económica y sin muchos cálculos matemáticos, creo que no es mucho pedir.

Antes de emprender este proyecto leí muchos artículos de como construir antenas parabólicas, algunas muy complejas y otras no tanto, entre las muchas opciones que estudie me pareció muy interesante este articulo sobre como "Construir Grandes Reflectores Parabólicos Usando Segmentos Planos"  que he tomado como marco teórico para la construcción de la antena y que espero sea leído porque hago referencia de este articulo en varias partes de esta explicación:

Y aquí su traducción al español:

No seguí paso a paso ningún procedimiento descrito aquí sino que tome ideas de diferentes artículos y con algunas ideas de mi propia inventiva las aplique a mis necesidades.

I- Mi Método

Como cada persona tiene una forma de hacer las cosas, aquí voy a tratar de explicar como hice este proyecto, no pretendo que esto sea un manual de instrucciones sino que cada persona lo adapte a sus necesidades y esta basado en la recopilación de diferentes fuentes como de mis propias experiencias.

La idea general es la de cortar laminas en secciones triangulares y montarlas en tres aros concéntricos de diámetros precisos para así formar una superficie parabólica; el primer aro tendrá un radio de 31 cm, el segundo de 62 cm y el tercero de 93 cm, las secciones triangulares tendrán 1mt de largo por 15cm de base, estas medidas se pueden ajustar de acuerdo al tamaño de antena que se quiera construir.

Las especificaciones de la antena van a ser:

Diámetro        186.0 cm
Foco                 70.0 cm
Profundidad     30.9 cm
Relación f/d       0.37
Secciones         39

Para este método solo hay que realizar los cálculos descritos en la siguiente tabla:



Aro Radio Aro Circunferencia z circuf/39
1 31 195 31.2 5
2 62 390 32.7 10
3 93 585 35.4 15


Donde:
Radio Aro=  Es el radio del aro y con relación a la tabla del articulo mencionado correspondería al incremento de cada segmento en este caso es de 31cm
Circunferencia=  2πr
z=   Distancia lineal entre un punto x y x' de la Parábola.
circunf/39=  Es el ancho de cada sección en ese punto, es equivalente a la medida "desde el medio" pero de vértice a vértice, aquí me parece mas fácil usar esta formula que la planteada en el articulo que es: x.tan(ø) y donde el ángulo ø= 1/2*360/N. de secciones.
Como se han podido dar cuenta aquí no se utiliza la formula de la parábola para calcular una tabla de valores x  y, que luego se usan para hacer las cerchas o brazos en una antena convencional, aquí lo que se calcula es la distancia entre un punto x y un punto x'  de la parábola. 

1- Materiales 

Antes de poner manos a la obra vamos a ver que materiales necesitaremos para llevar a buen fin nuestro proyecto:
3 Tubos de aluminio de 6 Mts X 5/8"
1 Tubo de aluminio de 6 Mts X 1/2" o Platina de aluminio de 6 Mts X 3/8"
3 Mts de lamina de cualquier tipo (Escogí de aluminio 0.4mm (3 Mts X 1 Mt))
160 tornillos de 1" con sus respectivas tuercas y arandelas, también pueden ser remaches tipo pop o tornillos de lamina.
20 tornillos de 1 1/2" con sus respectivas tuercas y arandelas
Pintura mate
2- Herramientas

Taladro con brocas de diferente diámetro
Destornilladores
Cinta métrica
Regla
Cortador
Marcadores
Curvadora-Roladora : Es una herramienta para curvar tubo o varillas, mas adelante muestro como se puede hacer una curvadora casera.
Computador, en mi caso tengo un Mac con un programa que grafica ecuaciones llamado Grapher y Adobe Illustrator.
3- Seguridad
Se recomienda trabajar en una área amplia y libre de obstáculos, usar gafas de seguridad y guantes, si va a instalar la antena en un sitio alto o de difícil acceso tomar las precauciones  necesarias y si hay niños en la casa mantenerlos alejados de nuestro sitio de trabajo, recuerde: Seguridad ante todo
4- Preparación de las Partes
4.1- Secciones Triangulares.
Para escoger el numero de secciones que debería llevar la antena, analice desde 24 hasta 72 secciones, a mayor numero de secciones mayor precisión pero igualmente se requiere más trabajo, teniendo en cuenta que el anillo del LNB es de 16cms y la lamina de 3 Mts de largo decidí hacer cada sección de 15cms con lo que me dan 39 secciones, un numero intermedio entre precisión y trabajo, creo que un numero de secciones entre 30 y 40 nos puede funcionar bien, ademas tiene la ventaja de que los valores calculados para circunf/39 me dan números enteros (5, 10, 15) facilitando así las mediciones posteriores. 

Por simplicidad, la forma de las secciones van a ser triangulares y no la forma compleja explicada en el articulo parabola.pdf, solo necesitaremos saber la distancia entre dos  puntos (z) para después hacer unas perforaciones en esos puntos. 

Seleccioné una lamina de aluminio de 300cm X 100cm de 0.4mm de espesor, es un calibre no muy delgado ni muy grueso que nos permite trabajarla fácilmente (estas laminas vienen en rollos y tienen un metro de ancho), cada sección mide 100cms de largo por 15cms de base, los cortes los hice con un cortador bien afilado y en forma de zigzag con lo que así se aprovechan al 100% los materiales. 

Aquí una vez terminada esta labor.   -->

Una vez terminado el proceso de cortado procedemos a perforar las laminas, aquí tenemos que ser lo mas precisos que podamos porque de esto depende la curvatura que tome nuestra antena.


De nuestra tabla de valores tomamos el valor z, hay que dejar una pestaña o borde de mas o menos 1cm desde la base y de ahí empezar a medir estos valores, en la parte de la base van dos perforaciones con el fin de crear un "triangulo" con las otras perforaciones y así darle mayor solidez a la estructura, hay que tener en cuenta que las laminas cumplen doble función, una la de ser reflectora y la otra ser parte de la estructura como tal, contrario a una de malla donde la malla solo se usa como parte reflectora.


4.2- Aros
Para hacer los aros necesitamos una curvadora o roladora, esta es una maquina industrial costosa que enrosca un tubo de acero fácilmente:
ademas es una maquina que no todos tenemos en el garaje de nuestra casa como herramienta de trabajo, si no desean hacer este trabajo hay empresas que prestan este servicio.
Analizando que los tubos son de aluminio, material bastante maleable y que no son muy gruesos, decidí hacer una roladora casera inspirado en este modelo.


Use tres poleas, compradas en el mercado de las pulgas, las coloque en una tabla de madera y las asegure con un tornillo, así mismo perforé varios huecos en la tabla para los diferentes diámetros de los aros, para curvar el tubo se coloca como se ve en la imagen y se hace girar una polea colocando un destornillador en un orificio que tiene la polea.




Para el Aro N.1 y de acuerdo a nuestra tabla de valores, necesitamos un segmento de tubo de 195 cm, simplemente lo colocamos en la roladora y lo vamos curvando poco a poco hasta que los dos extremos se unan, lo mismo hacemos para formar los otros dos aros, es decir un segmento de 390 cm para el aro 2 y uno de 585 cm para el aro 3, aquí  se pueden ver los resultados: 




Realmente esta me parecía la parte mas difícil del proyecto, porque hacer círculos medianamente perfectos me parecía una tarea difícil de hacer, pero bueno al final quede muy satisfecho con los resultados. 

Una vez curvados los tubos procedemos a hacerle las perforaciones donde posteriormente se van a fijar las laminas de aluminio. 

Nuevamente nos referimos a la tabla de valores en la columna circunf/39 y para el Aro N.1 se deben hacer perforaciones cada 5 cm para el Aro N. 2 cada 10 cm y para el aro N.3 cada 7.5 cm este ultimo debería ser cada 15 cm pero como se explico anteriormente aquí van a ir 2 tornillos por sección para darle mayor rigidez a la estructura. 

Hay que tener en cuenta que las perforaciones de los aros se deben hacer en ángulo para que en el momento del ensamblaje queden perpendiculares a la lamina de aluminio, como lo detallo en esta gráfica. ->



4.3- Soporte LNB 

Para el soporte del LNB utilice un tubo de aluminio de 1/2", también se puede utilizar platina de aluminio o T's de 1/2" o de 5/8".
Los brazos tienen 1.75 cms de largo y los doble dejando 100 cms para el LNB y los 75 cms restantes para asegurarlo a los aros, a esta ultima sección le doy un poco de curva para que tomen la forma de la antena.
 

El soporte del LNB también forma parte de la estructura de nuestra antena y servirá para darle mayor rigidez y en la sección curva hacemos unas perforaciones con las mismas medidas de los sectores triangulares 

4.4- Base 


Aquí trato de imitar la base de esta antena, no doy mayores detalles pues cada persona puede hacerla a su gusto, lo importante es que la antena quede bien asegurada.

Para ajustar la elevación de la antena se van a utilizar dos tubos, uno de 1/2" y otro de 5/8" ambos de 80cm de largo.





5- Ensamblaje 

Para el ensamblaje de todas las piezas utilice tornillos de 1/8" de diámetro con arandela y tuerca, se pueden usar remaches tipo pop o tornillos de lamina, pero preferí tornillos porque uno mismo escoge la fuerza con la que se aprietan las piezas y si posteriormente se quieren hacer ajustes menores se pueden aflojar y volver a apretar sin ningún problema.

5.1- Esqueleto 

Lo primero que hacemos es unir los tres aros a los tres soportes del LNB para crear una base donde se irán colocando las secciones triangulares.










5.2- Reflector Parabólico 

Esta es la etapa que nos toma más tiempo y parece ser la parte más compleja, pero teniendo todas las piezas listas no lo es, mas bien parece como estar armando un rompecabezas.























5.3- Base 

Luego ensamblamos la base, para ajustar la altura de la antena utilizamos el tubo de 1/2" X 80cm insertado en el tubo de 5/8 X 80cm. 
Adicionalmente hice un anillo de 8 cm de radio para rematar las puntas de los sectores triangulares, como se puede apreciar en esta imagen ->












Como detalle a la barra que nos sirve para ajustar la altura le coloque un tensor para poder hacer ajustes mas finos.













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5.4- LNB


Para instalar el LNB utilice tres platinas de hierro las doble un poco y le hice dos perforaciones a cada una exactamente iguales a las que vienen en el anillo escalar y luego inserte las platinas a los tubos, aquí tengo la ventaja de que puedo ajustar el foco de la antena variando la profundidad de las platinas.



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5.5- Retoques Finales 

Una vez terminado este proceso  pintamos nuestra antena con una pintura mate, para así evitar que los rayos del sol se reflejen sobre el LNB y lo puedan quemar, finalmente le colocamos el LNB, el cable, el decodificador y ahora si a hacer pruebas!!!
  




6- Costos 

El costo de los materiales para la superficie reflectora       U$50   
Por las poleas, tornillos y tuercas para la curvadora              10 
Para herramientas que no tenia                                          15
Para la base use material que tenia pero que pueden valer    10
Pintura color mate                                                             10
En el LNB Marca WS DMX241                                             25
Total Costos                                                                    120 

En Colombia una antena sólida con estas mismas características la ofrecen en unos U$600 que comparado con el precio de nuestra antena podemos decir que nos ahorramos unos buenos pesos. 

7- Pruebas 

7.1 De Ensamblaje 

Una vez terminado el ensamblaje verifiqué sus parámetros finales.

7.1.1 De Foco 


Aprovechando que no había pintado la antena y que su superficie era bastante brillante, coloque un cartón en el foco, oriente la antena hacia el sol y a los pocos segundos ya se estaba quemando, indicando así  el foco exacto.

Como pueden ver en la imagen el foco no quedo en el centro, para lo cual se hicieron los ajustes necesarios.





7.1.2 Medidas 

Las medidas finales fueron:
Diámetro         187 cm
Foco                  72 cm
Profundidad      30 cm 
El ángulo de elevación quedo entre 35º y 80º y la antena se puede girar 360º.
La antena quedo pesando  5Kg Aproximadamente, sin contar con el peso del lastre.

El tiempo total usado en este proyecto fue de 36 horas aproximadamente. 

 7.1.3 De Solidez 

La antena no quedo 100% sólida, como lo esperaba, pero no se deforma fácilmente y resiste la fuerza de un viento moderado sin sufrir alteración alguna. 


7.2 Pruebas de Señal

Terminada la parte mecánica vamos ahora a la parte práctica que seguramente es mas amena y la esperada por todos, por los deseos de saber si el trabajo que se realizo valió la pena.

La orientación de la antena la hacemos siguiendo los procedimientos que todos conocemos, el decodificador que se utilizó para estas pruebas fue un Sonicview Elite 360 con un LNB Marca WS DMX241.

Se hicieron pruebas de señal con los satélites Intelsat 14 45W y  con el NSS-806 40.5W  y el nivel de la señal para el primero fue entre el 30% y 90% y para el segundo estuvo entre el 10% y 50%, no están nada mal pero como no nos conformamos con cualquier cosa, se me antoja que puedo mejorar aún mas la calidad de nuestra señal.

Adicionalmente con esta antena he cazado el NSS-10 37.5W, intelsat 11 43.1w y el Intelsat 9 58w con muy buenos resultados.  

Por el momento aquí les dejo  algunas imágenes del NSS-806:
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7.3 Pruebas Medio Ambientales

Queda pendiente ver el comportamiento de la antena ante factores medio ambientales como son viento, lluvia, calor, frío, humedad, etc. que con el paso del tiempo iré analizando, si algo extraño sucede debido a alguno de estos factores lo estaré anunciando. 

8- Fe de Erratas 

Aquí no voy a hablar de errores tipográficos ni de redacción, sino de los errores que se cometen al pasar de la teoría a la practica y como de los errores también se aprende aquí los menciono: 

✓ Al tratar de curvar el aro mas pequeño no soporto las tensiones y se deformo por lo cual no lo quise usar así y termine utilizando un rin de bicicleta, casi de la misma medida y que tenia en desuso. 

✓ En la practica los diámetros de los aros fueron diferentes a los que se tenían en teoría y como quería ser lo mas preciso en esto calcule de nuevo los valores de la columna z

✓ Lo ultimo que arme fue la base pero me iba complicando un  poco, porque me tocaba manipular el plato que ya estaba terminado, entonces como experiencia es mejor armar la base antes de colocar las secciones triangulares y de paso también queda mas fácil hacer esta tarea. 

9- Resultado Final 
 
Como se habrán podido dar cuenta, después de unos cuantos días de trabajo en la fabricación y ajuste de la antena se pudo conseguir resultados bastante buenos muy cercanos a los de una antena comercial y a unos costos bastante bajos, al final los niveles de ganancia dados por esta antena son excelentes y se ven en la calidad de la imagen recibida, por lo que quedo completamente satisfecho con el trabajo realizado, teniendo en cuenta que nunca había hecho una antena y aplicando un método experimental y no convencional que en buena parte fue diseñado y desarrollado por mi. 

II- Otros métodos 

Otro método que me pareció bastante interesante es el reseñado en el articulo original. 

Aquí  igualmente se puede hacer con secciones triangulares en lugar de la forma compleja explicada en el mismo articulo. 





En mi opinión este método tiene sus ventajas y sus desventajas; una ventaja es que el reflector parabólico puede quedar de una sola pieza y puede tener una apariencia final mejor lograda y como desventajas diría que si se quiere hacer un reflector grande se necesita una lamina igual de grande, la otra desventaja que vi es que se desperdicia  material, lo que se ve sombreado en el Gráfico, aquí tengo en cuenta que la lamina es cuadrada.



III- Feedback 

Creo haber tocado todos los tópicos necesarios para la construcción de la antena, pero si me hizo falta algo o desean ampliación de algún punto con gusto lo hare.

Agradezco de antemano todos los comentarios que se hagan y si alguien se mide a hacer una antena siguiendo este método me gustaría conocer sus experiencias.

Resumen En Video









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