Спутниктік антеннадағы қабылдағыш құрылғы

Кіріспе

Спутниктік тарелкадағы қабылдау құрылғысы

Төмен қысқартулы шу блогы (LNB) – спутниктік теледидарды қабылдау үшін спутниктік тарелкаларға орнатылатын қабылдау құрылғысы. Ол тарелкадан радио толқындарды жинап, оларды кабель арқылы ғимарат ішіндегі қабылдағышқа жіберілетін сигналға түрлендіреді. Сондай-ақ, төмен шу блогы, төмен шу конвертері (LNC) немесе тіпті төмен шу төмендету конвертері (LND) деп те аталатын бұл құрылғы кейде қате түрде төмен шу күшейткіші (LNA) деп аталады. LNB – төмен шулы күшейткіш, жиілік араластырғышы, жергілікті осциллятор және аралық жиілік (IF) күшейткішінің жиынтығы. Ол спутниктік қабылдағыштың радиожиіліктік (RF) алдыңғы бөлігі ретінде тарелка жинаған спутниктен микротолқындық сигналды қабылдайды, оны күшейтеді және жиілік блогын төменгі аралық жиіліктер (IF) блогына түрлендіреді. Бұл түрлендіру сигналды салыстырмалы түрде арзан коаксиалды кабель арқылы үй ішіндегі спутниктік теледидар қабылдағышына жеткізуге мүмкіндік береді. Егер сигнал бастапқы микротолқындық жиілігінде қалса, онда қымбат және қолдануға қолайсыз толқын жетекші желісі қажет болар еді. LNB әдетте тарелканың фокусында, бір немесе бірнеше қысқа тіреулерге немесе астық қолына ілінеді (бірақ кейбір тарелка конструкцияларында LNB шағылыстырғышта немесе оның артында орналасқан). Тарелкадан микротолқындық сигнал LNB-дегі қоректендіру мүйізі арқылы қабылданып, толқын жетекшісінің бір бөліміне беріледі. Бір немесе бірнеше металл штырғы немесе зондтар толқын жетекшісіне оське перпендикуляр бұрышта кіріп, антенна ретінде қызмет етеді және сигналды өңдеу үшін LNB-нің қоршалған қорабындағы баспа схемалық тақтаға жібереді. Төмен жиілікті IF шығыс сигналы коаксиалды кабель қосылатын қораптағы ұядан шығады. LNB қуатын қабылдағыштан немесе топтық қораптан алады, LNB-ден қабылдағышқа сигналдарды жеткізетін сол коаксиалды кабельді пайдаланады. Бұл «фантомдық қуат» LNB-ге, LNB-ден келетін сигналдар бағытына қарама-қарсы бағытта беріледі. Блокты түрлендіргіш (BUC) деп аталатын сәйкес компонент спутниктік жер станциясында (uplink) телеарналар жолағын микротолқындық uplink жиілігіне түрлендіру үшін қолданылады.

A low noise block downconverter (LNB) is the receiving device mounted on satellite dishes used for satellite TV reception, which collects the radio waves from the dish and converts them to a signal which is sent through a cable to the receiver inside the building. Also called a low noise block, low noise converter (LNC), or even low noise downconverter (LND), the device is sometimes inaccurately called a low noise amplifier (LNA). The LNB is a combination of low noise amplifier, frequency mixer, local oscillator and intermediate frequency (IF) amplifier. It serves as the RF front end of the satellite receiver, receiving the microwave signal from the satellite collected by the dish, amplifying it, and downconverting the block of frequencies to a lower block of intermediate frequencies (IF). This downconversion allows the signal to be carried to the indoor satellite TV receiver using relatively cheap coaxial cable; if the signal remained at its original microwave frequency it would require an expensive and impractical waveguide line. The LNB is usually a small box suspended on one or more short booms, or feed arms, in front of the dish reflector, at its focus (although some dish designs have the LNB on or behind the reflector). The microwave signal from the dish is picked up by a feedhorn on the LNB and is fed to a section of waveguide. One or more metal pins, or probes, protrude into the waveguide at right angles to the axis and act as antennas, feeding the signal to a printed circuit board inside the LNB's shielded box for processing. The lower frequency IF output signal emerges from a socket on the box to which the coaxial cable connects. The LNB gets its power from the receiver or set top box, using the same coaxial cable that carries signals from the LNB to the receiver. This phantom power travels to the LNB; opposite to the signals from the LNB. A corresponding component, called a block upconverter (BUC), is used at the satellite earth station (uplink) dish to convert the band of television channels to the microwave uplink frequency.

Көшейткіш пен шу

LNB-ге түсетін сигнал өте әлсіз, сондықтан оны жиілігін төмендетуден бұрын күшейту қажет. LNB-ның төмен шуды күшейткіш бөлімі осы әлсіз сигналды күшейтеді, сигналға ең аз шуды қосады. LNB-ның төмен шу деңгейі шу көрсеткіші (немесе кейде шу температурасы) арқылы көрсетіледі. Бұл кірістегі сигнал мен шу қатынасының, шығыстағы сигнал мен шу қатынасына бөлінуімен есептеледі. Әдетте, бұл көрсеткіш децибелмен (дБ) беріледі. Идеалды LNB, яғни толыққанды күшейткіш, 0 дБ шу көрсеткішіне ие болар еді және сигналға ешқандай шу қоспайтын еді. Кез келген LNB белгілі бір деңгейде шу тудырады, бірақ тиімді жобалау, HEMT сияқты қымбат, жоғары өнімді төмен шу компоненттерін пайдалану және тіпті өндірістен кейін LNB-ны жеке-жеке реттеу, LNB компоненттерінен туындайтын шуды азайтуға көмектеседі. Өте төмен температураға дейін салқындату шуды азайтуға да септігін тигізеді және ғылыми зерттеулерде жиі қолданылады. Өндіріс желісінен шыққан әрбір LNB-ның шу көрсеткіші өндірістік толеранттылыққа байланысты әртүрлі болады. LNB-ның қолдануға жарамдылығын анықтау үшін маңызды спецификацияларда көрсетілген шу көрсеткіші, әдетте, нақты LNB-ның немесе бүкіл жиілік диапазонындағы өнімділіктің нақты көрсеткіші емес, себебі көбінесе көрсетілген шу көрсеткіші – өндіріс партиясы бойынша алынған орташа мән.

Төмен шулы блоктық қоректендіру қоңыраулары (LNBF)

1988 жылы SES Еуропадағы алғашқы DTH хабар тарату спутнигін (Astra 1A) іске қосуымен антенна дизайны күтілетін жаппай нарыққа оңайлатылды. Атап айтқанда, сигналды жинап, оны LNB-ге бағыттайтын қоректендіргіш (feedhorn) және поляризатор (әртүрлі поляризацияланған сигналдарды таңдайды) LNB-мен біріктіріліп, LNB қоректендіргіші немесе LNB қоректендіргіш-поляризаторы (LNBF) деп, тіпті "Astra типіндегі" LNB деп те аталатын бір құрылғыға айналды. Осы біріктірілген құрылғылардың кең таралғанының нәтижесінде, бүгінде LNB термині сигналды төмендету (block downconversion) функциясын қамтамасыз ететін барлық антенна құрылғыларын білдіреді, оларда қоректендіргіш болсын, болмасын. Астра типіндегі LNBF, қоректендіргіш пен поляризаторды қамтиды, ол ең көп таралған түрі және LNB толқын жетекшісінің мойнынан қоректендіргіш пен электрондық бөлім арасындағы жағасын қысып бекітетін кронштейн арқылы тарелкеге орнатылады. LNB мойны мен жағасының диаметрі әдетте 40 мм, бірақ басқа өлшемдер де жасалады. Ұлыбританияда Sky Digital және Freesat жүйелерімен қолдануға арналған "minidish" кіріктірілген бекіткіші бар LNBF-ты пайдаланады. Қоректендіргіші жоқ LNB-лер әдетте кіріс толқын жетекшісінің аузында (C120) фланцпен жабдықталады, ол қоректендіргіш немесе поляризатор шығысының айналасындағы сәйкес фланцқа бұралады.

Поляризация

Спутниктік теледидар сигналдарын поляризациялау жиі қолданылады, себебі ол берілген жиілік диапазонында көбірек телеарналарды таратуға мүмкіндік береді. Бұл тәсіл кіретін сигналдарды олардың поляризациясына қарай сүзгілей алатын қабылдау жабдығын пайдалануды қажет етеді. Екі спутниктік теледидар сигналын бір жиілікте (немесе, көбінесе, жақын жиіліктерде) таратуға болады, және егер олар әртүрлі поляризацияланған болса, қабылдау жабдығы оларды бөліп, қазіргі уақытта қажеттісін көрсетуге шамасы жетеді. Әлем бойынша спутниктік теледидардың көп бөлігі тік және көлденең сызықтық поляризацияны қолданады, бірақ Солтүстік Америкада DBS трансляциялары оң және сол қолды дөңгелек поляризацияны қолданады. Солтүстік Америка DBS LNB-сының толқын жетегінде диэлектрлік материалдан жасалған пластина оң және сол дөңгелек поляризацияланған сигналдарды тік және көлденең сызықтық поляризацияланған сигналдарға түрлендіру үшін қолданылады, соның арқасында түрлендірілген сигналдарды бірдей өңдеуге болады. LNB толқын жетегінің ішіндегі зонд зондтың жазықтығымен бірдей поляризацияланған сигналдарды жинайды. Қажетті сигналдардың күшін барынша арттыру (және қарама-қарсы поляризацияланған қажетсіз сигналдарды қабылдауды азайту үшін) зонд кіріс сигналдардың поляризациясына сәйкес реттеледі. Бұл ең оңай LNB-ның қисықтығын, яғни толқын жетегі осінің бұрылуын реттеу арқылы жасалады. Екі поляризацияның арасында қашықтан таңдау үшін және қисықтық бұрышының қателіктерін түзету үшін бұрын LNB толқын жетегінің аузының алдына поляризатор орнату жиі кездесетін еді. Бұл кіріс сигналын толқын жетегінің айналасында электромагнит арқылы айналдыруға (магниттік поляризатор) немесе толқын жетегінің ішінде сервомоторды пайдаланып аралық зондты айналдыруға (механикалық поляризатор) мүмкіндік берді, бірақ мұндай реттелетін қисық поляризаторлар қазіргі уақытта сирек қолданылады. LNBF-тің алғашқы Astra DTH спутниктік теледидарларын шығарумен бірге антенна дизайнын жеңілдету, тік және көлденең поляризацияланған сигналдарды таңдауға да оңайлатылған тәсілді әкелді. Astra типіндегі LNBF толқын жетегінде бір-біріне тік бұрышпен орналасқан екі зондты қамтиды, сондықтан LNB жергілікті поляризация бұрышына сәйкес орнатылғаннан кейін, бір зонд көлденең, екіншісі тік сигналдарды жинайды, ал электрондық коммутатор (қабылдағыштан LNB-ға келетін қуат көзінің кернеуімен басқарылады: тік үшін 13 В, көлденең үшін 18 В) LNB арқылы күшейтіліп, жиілігі төмендетілетін поляризацияны анықтайды. Мұндай LNB спутниктен барлық сигналдарды қозғалмалы бөліктерізсіз және қабылдағышқа жалғыз кабель арқылы қабылдай алады және қазіргі уақытта ең көп таралған LNB түріне айналды.

It is common to polarize satellite TV signals because it provides a way of transmitting more TV channels using a given block of frequencies. This approach requires the use of receiving equipment that can filter incoming signals based on their polarization. Two satellite TV signals can then be transmitted on the same frequency (or, more usually, closely spaced frequencies) and provided that they are polarized differently, the receiving equipment can still separate them and display whichever one is currently required. Throughout the world, most satellite TV transmissions use vertical and horizontal linear polarization but in North America, DBS transmissions use left and right hand circular polarization. Within the waveguide of a North American DBS LNB a slab of dielectric material is used to convert left and right circular polarized signals to vertical and horizontal linear polarized signals so the converted signals can be treated the same. The probe inside the LNB waveguide collects signals that are polarized in the same plane as the probe. To maximise the strength of the wanted signals (and to minimise reception of unwanted signals of the opposite polarization), the probe is aligned with the polarization of the incoming signals. This is most simply achieved by adjusting the LNB's skew; its rotation about the waveguide axis. To remotely select between the two polarizations, and to compensate for inaccuracies of the skew angle, it used to be common to fit a polarizer in front of the LNB's waveguide mouth. This either rotates the incoming signal with an electromagnet around the waveguide (a magnetic polarizer) or rotates an intermediate probe within the waveguide using a servo motor (a mechanical polarizer) but such adjustable skew polarizers are rarely used today. The simplification of antenna design that accompanied the first Astra DTH broadcast satellites in Europe to produce the LNBF extended to a simpler approach to the selection between vertical and horizontal polarized signals too. Astra type LNBFs incorporate two probes in the waveguide, at right angles to one another so that, once the LNB has been skewed in its mount to match the local polarization angle, one probe collects horizontal signals and the other vertical, and an electronic switch (controlled by the voltage of the LNB's power supply from the receiver: 13 V for vertical and 18 V for horizontal) determines which polarization is passed on through the LNB for amplification and block downconversion. Such LNBs can receive all the transmissions from a satellite with no moving parts and with just one cable connected to the receiver, and have since become the most common type of LNB produced.

Екі, екі, төрт және сегіз LNB

Бір ғана қоректендіргіші бар, бірақ бірнеше тюнерге (жеке қабылдағыштарда немесе екі тюнерлі PVR қабылдағышында болған жағдайда бір қабылдағышта) қосылу үшін бірнеше шығысы бар LNB. Әдетте екі, төрт немесе сегіз шығыс ұсынылады. Әрбір шығыс, басқа шығыстарға қарамастан, тюнердің жолағы мен поляризациясын таңдау сигналдарына дербес жауап береді және тюнерге жеке LNB болып "көрінеді". Мұндай LNB әдетте қуатын кез келген шығысқа қосылған қабылдағыштан алады. Қолданылмаған шығыстарды қосылмаған күйде қалдыруға болады (бірақ LNB-нің жалпы қорғанысы үшін су өткізбейтін етіп жасау керек). Ескерту: АҚШ-та екі шығысы бар LNB "қос LNB" деп аталады, ал Ұлыбританияда "қос LNB" термині тарихи тұрғыдан көп коммутаторға қосылу үшін екі шығысы бар, әрқайсысы тек бір поляризацияны шығаратын LNB-ні сипаттаған (бұл термин мен LNB-лер Universal LNB және көп коммутаторға баламасы – quattro LNB пайда болғаннан кейін қолданыстан шықты – төменде қараңыз). Бүгінде "қос LNB" (және "қос қоректендіру") екі спутниктік позициядан сигнал қабылдау үшін қолданылатын антенналарды сипаттайды, ол үшін екі жеке LNB немесе екі қоректендіргіш мүйізі бар бір Monoblock LNB пайдаланылады. Ұлыбританияда "екі шығысты LNB" немесе жай ғана "екілік LNB" термині әдетте бір қоректендіргіш мүйізі бар, бірақ екі дербес шығысы бар LNB үшін қолданылады. Quattro LNB әдетте quad LNB-ге ұқсас болғанымен, оны тікелей қабылдағыштарға қосудың қажеті жоқ. Квадролық және quattro LNB арасындағы айырмашылыққа қайтадан назар аударыңыз: Квадролық LNB төрт тюнерді тікелей басқара алады, әрбір шығысы Ku жолағының толық спектрінен сигнал береді. Ал quattro LNB ортақ антенналық жүйеде көп коммутаторға қосылуға арналған, әрі әрбір шығысы Ku жолағы сигналдарының тек төрттен бірін қамтамасыз етеді.

Спутниктік арна маршрутизаторы (SCR) немесе бірегей ЛНБ

Бірнеше тюнерді бір кабельдік тарату жүйесінде спутниктік арна маршрутизаторы (SCR) немесе уникабельді LNB арқылы қуаттандыруға болады. Уникабельді LNB-де бір шығыс разъёрі бар, бірақ ол стандартты LNB-ден өзгеше жұмыс істейді, сондықтан бір коаксиалды кабельге тізбектелген бірнеше тюнерді қуаттандыруға мүмкіндік береді. Қабылданған спектрдің толық бөлігін бірден төмендетудің орнына, SCR LNB қабылдағыштан DiSEqC стандартына сәйкес келетін команда бойынша таңдалған, қабылданған сигналдың кішкентай бөлігін (спутниктегі бір транспондердің еніне тең) IF-та белгілі бір жиілікте шығару үшін төмендетеді. IF диапазонында 32 тюнерге дейін әртүрлі жиілік тағайындалуы мүмкін, және әрқайсысы үшін SCR LNB сұралған транспондерді жеке төмендетеді. Көптеген SCR LNB сонымен қатар ескі режимде жұмыс істеу мүмкіндігін немесе қабылданған спектрді дәстүрлі тәсілмен IF диапазонының толық көлеміне төмендететін жеке ескі шығысты қамтиды.

Кең жолақты LNB

ASTRA 10.40 немесе 10.41 ГГц жиілікті осцилляторы бар LNB-лер нарыққа шығуда. Орташа жиілік диапазоны дәстүрлі LNB-ге қарағанда әлдеқайда кең, себебі жоғары және төменгі диапазон бөлінбеген. Кең жолақты LNB сигналдарын жаңа кең жолақты тюнерлер және жаңа SCR жүйелері (мысалы, Inverto/Fuba, Unitron, Optel, GT Sat/Astro) оптикалық таратумен немесе онсыз қабылдай алады. Кең жолақты сигналдарды дәстүрлі quattro сигналдарына және керісінше түрлендіруге болады. 2016 жылдың ақпан айында Sky (Ұлыбритания) өздерінің жаңа кең жолақты тюнерімен ғана үйлесімді жаңа LNB-ді ұсынды. Бұл LNB-де төменгі және жоғары диапазонды барлық тік поляризацияланған арналар үшін бір порт, ал төменгі және жоғары диапазонды барлық көлденең поляризацияланған арналар үшін тағы бір порт бар. Базалық модельде тек 2 қосылым бар және, болжам бойынша, 10.7–12.75 ГГц кірісінен 290–2340 МГц аралық жиілігі бар 10.41 ГГц жергілікті осцилляторына ие. Бұл LNB Unitron ASTRA Universal Wideband LNB-ге ұқсас көрінеді. Барлық арналарға қол жеткізу үшін кемінде екі кабель қажет. Sky Q декодерінде бірнеше тюнерлер бірнеше арнаны таңдай алады, бұл екі коаксиалды жүйелерге қарағанда әдеттегіден көп. Бұл типтегі LNB Ұлыбританияда кең таралған Astra Universal LNB-мен үйлесімсіз, яғни жаңарту кезінде LNB ауыстырылуы керек. LNB-нің 6 қосылысы бар модель де бар, оның 2-еуі Sky Q үшін, ал қалған 4-еуі Sky Q-дан басқа, мысалы, Freesat сияқты ескі жүйелері бар пайдаланушылар үшін Astra Universal LNB үшін. Тек бір кабель қолдануға болатын жағдайларда, мысалы, көппәтерлі үйлерде, Sky Q-мен үйлесімді мультисвитчтерді пайдалануға болады, олар BSkyB SCR технологиясын қолданады.

Оптикалы талшықты LNB

Талшықты спутниктік тарату жүйелеріндегі LNB-лер дәстүрлі электрлік LNB-лермен ұқсас жұмыс істейді, бірақ 10,70–12,75 ГГц жиілік диапазонындағы K жолағының барлық төрт қосалқы диапазоны екі сигнал поляризациясы бойынша бір мезгілде блокпен төмен жиілікке түрлендіріледі (quattro LNB-дегідей). Төрт қосалқы диапазонның аралық жиіліктері (IF) 0,95–5,45 ГГц диапазонындағы (4,5 ГГц ені бар) бір аралық жиілікті құру үшін біріктіріледі, ол жартылай өткізгіш лазерді пайдаланып оптикалық сигналға модуляцияланып, талшықты кабель арқылы жіберіледі. Қабылдағышта оптикалық сигнал дәстүрлі электрлік сигналға айналдырылып, қабылдағышқа дәстүрлі LNB ретінде "көрінеді".

Төмен температура

LNB-дегі ылғалдың қатуы мүмкін, бұл өте төмен температурада мұздың түзілуіне әкеледі. Бұл LNB спутниктік қабылдағыштан қуат алмайтын кезде ғана болуы мүмкін (яғни, ешқандай бағдарлама тамашаланбайды). Мұндай жағдайдың алдын алу үшін көптеген спутниктік қабылдағыштар LNB-ні күту режимінде де қуаттандыру мүмкіндігін ұсынады. Шындығында, көптеген LNB-лер қуаттандырылып тұрады, себебі бұл LNB-нің ішкі схемаларынан бөлінетін жылу арқылы температураны және осы арқылы жергілікті осциллятор жиілігін тұрақтандыруға көмектеседі. Ұлыбританиядағы BSkyB қабылдағыштарында LNB күту режимінде де қуатты болып қалады, осылайша қабылдағыш бағдарламалық құралды және электрондық бағдарламалық нұсқаулықты жаңартуды ала алады. АҚШ-та Dish Network қабылдағышына қосылған LNB қуатты болып қалады, соның арқасында жүйе түнде эфир арқылы бағдарламалық қамтамасыз етуді, бағдарламалық құралды жаңартуды және ақпаратты ала алады. Түркияда Digiturk MDU типтес LNB-лер VOD мазмұнын, STB бағдарламалық құралын, EPG деректерін және шифрланған мазмұнды көру үшін төлемдік теледидар кілттерін алу үшін қуаттандырылып тұрады.