Приёмное устройство для спутниковых антенн (Priyemnoe ustroystvo dlya sputnikovikh antenn)

Введение

Приемное устройство на спутниковых антеннах

Низкошумный блок-даунконвертер (LNB) – это приемное устройство, устанавливаемое на спутниковых антеннах для приема спутникового телевидения. Оно собирает радиоволны с антенны и преобразует их в сигнал, который передается по кабелю на приемник внутри здания. Также называемый блоком низкого шума, преобразователем низкого шума (LNC) или даже преобразователем низких частот (LND), устройство иногда ошибочно называют усилителем низкого шума (LNA). LNB представляет собой комбинацию малошумящего усилителя, частотного смесителя, локального осциллятора и усилителя промежуточной частоты (IF). Он служит RF-каналом спутникового приемника, принимая микроволновый сигнал от спутника, собранный антенной, усиливая его и преобразуя блок частот в более низкий блок промежуточных частот (IF). Эта понижающая конверсия позволяет передавать сигнал на внутренний приемник спутникового телевидения с использованием относительно недорогого коаксиального кабеля; если бы сигнал оставался на своей первоначальной микроволновой частоте, потребовалась бы дорогая и непрактичная волноводная линия. LNB обычно представляет собой небольшую коробку, подвешенную на одном или нескольких коротких кронштейнах или питателях перед отражателем антенны, в ее фокусе (хотя в некоторых конструкциях антенн LNB располагается на или за отражателем). Микроволновый сигнал от антенны улавливается рупором на LNB и подается в секцию волновода. Один или несколько металлических штифтов или зондов выступают в волновод под прямым углом к его оси и действуют как антенны, передавая сигнал на печатную плату внутри экранированного корпуса LNB для обработки. Выходной сигнал низкой частоты IF поступает из разъема на корпусе, к которому подключается коаксиальный кабель. LNB получает питание от приемника или приставки, используя тот же коаксиальный кабель, который передает сигналы от LNB к приемнику. Это питание по коаксиальному кабелю (phantom power) поступает в LNB в направлении, противоположном сигналам от LNB. Соответствующий компонент, называемый блоком повышения частоты (BUC), используется на спутниковой наземной станции (uplink) для преобразования полосы телевизионных каналов в микроволновую частоту для передачи.

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.

Усиление и шум

Сигнал, принимаемый LNB, чрезвычайно слаб и требует усиления перед преобразованием частоты. Усилитель с низким уровнем шума в составе LNB усиливает этот слабый сигнал, добавляя к нему минимально возможное количество шума. Качество работы усилителя с низким уровнем шума LNB выражается в виде коэффициента шума (или иногда температуры шума). Это отношение сигнал/шум на входе, деленное на отношение сигнал/шум на выходе. Обычно он измеряется в децибелах (дБ). Идеальный LNB, по сути, идеальный усилитель, имел бы коэффициент шума 0 дБ и не добавлял бы никакого шума к сигналу. Любой LNB вносит некоторый шум, но продуманная конструкция, дорогие высокопроизводительные малошумящие компоненты, такие как HEMT, и даже индивидуальная настройка LNB после производства могут уменьшить часть шума, вносимого компонентами LNB. Активное охлаждение до очень низких температур также может помочь снизить шум и часто используется в научных исследованиях. Каждый LNB, сходящий с производственной линии, имеет немного отличающийся коэффициент шума из-за производственных допусков. Коэффициент шума, указанный в спецификациях и важный для определения пригодности LNB, обычно не отражает характеристики конкретного экземпляра или производительность во всем частотном диапазоне, поскольку чаще всего указывается типичное значение, усредненное по производственной партии.

Блоковые сигнальные трубы с низким уровнем шума (LNBF)

С запуском первого спутника для прямого вещания в Европе (Astra 1A) компанией SES в 1988 году, конструкция антенны была упрощена с учетом ожидаемого массового рынка. В частности, кормовой рог (собирающий сигнал и направляющий его в LNB) и поляризатор (выбирающий между сигналами с различной поляризацией) были объединены с самим LNB в единое устройство, называемое LNB с кормовым рогом или кормовым рогом LNB (LNBF), или даже LNB "типа Astra". Широкое распространение этих комбинированных устройств привело к тому, что сегодня термин LNB обычно используется для обозначения всех антенных устройств, обеспечивающих функцию блочного понижения частоты, с кормовым рогом или без него. LNBF типа Astra, включающий кормовой рог и поляризатор, является наиболее распространенным типом и крепится к антенне с помощью кронштейна, фиксирующего воротник вокруг волноводного горловины LNB между кормовым рогом и электронным блоком. Диаметр горловины и воротника LNB обычно составляет 40 мм, хотя производятся и другие размеры. В Великобритании "мини-тарелка", продаваемая для использования с Sky Digital и Freesat, использует LNBF с интегрированным клипсовым креплением. LNB без встроенного кормового рога обычно поставляются с фланцем (C120) вокруг входного отверстия волновода, который крепится к соответствующему фланцу на выходе кормового рога или поляризатора.

Поляризация

Поляризация спутниковых телевизионных сигналов широко распространена, поскольку позволяет передавать больше телевизионных каналов в заданном частотном диапазоне. Такой подход требует использования приемного оборудования, способного фильтровать входящие сигналы в зависимости от их поляризации. Два спутниковых телевизионных сигнала могут передаваться на одной и той же частоте (или, чаще, на близких частотах), и при условии, что они имеют разную поляризацию, приемное оборудование может их разделять и отображать необходимый сигнал. В большинстве стран мира для спутникового телевидения используется вертикальная и горизонтальная линейная поляризация, однако в Северной Америке для передач DBS применяется левая и правая круговая поляризация. В волноводе североамериканского DBS LNB используется пластина из диэлектрического материала для преобразования сигналов с левой и правой круговой поляризацией в сигналы с вертикальной и горизонтальной линейной поляризацией, чтобы с преобразованными сигналами можно было работать одинаково. Зонд внутри волновода LNB собирает сигналы, поляризованные в той же плоскости, что и сам зонд. Для максимального усиления полезного сигнала (и минимизации приема нежелательных сигналов с противоположной поляризацией) зонд выравнивается по поляризации входящего сигнала. Это проще всего достигается регулировкой наклона LNB, то есть его поворотом вокруг оси волновода. Для удаленного переключения между двумя поляризациями и компенсации неточностей угла наклона ранее часто устанавливали поляризатор перед волноводом LNB. Он либо вращал входящий сигнал с помощью электромагнита вокруг волновода (магнитный поляризатор), либо вращал промежуточный зонд внутри волновода с помощью сервомотора (механический поляризатор), но такие регулируемые поляризаторы в настоящее время используются редко. Упрощение конструкции антенны, сопровождавшее запуск первых европейских спутников прямого вещания Astra DTH и приведшее к появлению LNBF, распространилось и на более простой способ выбора между вертикальной и горизонтальной поляризацией. В LNBF типа Astra встроены два зонда, расположенные под углом 90 градусов друг к другу, так что после наклона LNB для соответствия местному углу поляризации один зонд собирает горизонтальные сигналы, а другой – вертикальные. Электронный переключатель (управляемый напряжением питания LNB от ресивера: 13 В для вертикальной и 18 В для горизонтальной) определяет, какая поляризация передается через LNB для усиления и понижающего преобразования частоты. Такие LNB могут принимать все передачи со спутника без движущихся частей и с использованием только одного кабеля, подключенного к ресиверу, и стали наиболее распространенным типом LNB.

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.

Двойные, двойные, четырехсторонние и восьмисторонние LNB

LNB с одним волноводом, но с несколькими выходами для подключения к нескольким тюнерам (в отдельных ресиверах или в одном и том же ресивере в случае ресивера PVR с двумя тюнерами). Обычно предлагается два, четыре или восемь выходов. Каждый выход реагирует на сигналы полосы и поляризации тюнера независимо от других выходов и "представляется" тюнеру как отдельный LNB. Такой LNB обычно может получать питание от ресивера, подключенного к любому из выходов. Неиспользуемые выходы можно оставить неподключенными (но герметизировать для защиты всего LNB). Примечание: в США LNB с двумя выходами называется "двойным LNB", но в Великобритании термин "двойной LNB" исторически описывал LNB с двумя выходами, каждый из которых выдает только одну поляризацию, для подключения к мультисвитчу (термин и такие LNB устарели с появлением универсального LNB и его эквивалента для мультисвитча – quattro LNB – см. ниже). Сегодня "двойной LNB" (и "двойная подача") описывает антенны для приема сигналов с двух спутниковых позиций, используя либо два отдельных LNB, либо один Monoblock LNB с двумя волноводами. В Великобритании термин "двойной выходной LNB" или просто "двойной LNB" обычно используется для LNB с одним волноводом, но двумя независимыми выходами. Хотя quattro LNB обычно выглядит похоже на quad LNB, его нельзя (разумно) подключать напрямую к ресиверам. Еще раз обратите внимание на разницу между quad и quattro LNB: quad LNB может напрямую обслуживать четыре тюнера, при этом каждый выход обеспечивает сигналы во всем Ku-диапазоне. quattro LNB предназначен для подключения к мультисвитчу в системе коллективного распределения сигнала со спутника, и каждый выход обеспечивает только четверть сигналов Ku-диапазона.

Маршрутизаторы спутниковых каналов (SCR) или уникальные LNB

Несколько тюнеров также могут быть подключены к спутниковому маршрутизатору каналов (SCR) или однокабельному LNB в единой кабельной распределительной системе. Однокабельный LNB имеет один выходной разъем, но функционирует иначе, чем стандартные LNB, что позволяет подключать несколько тюнеров последовательно по одному коаксиальному кабелю. Вместо блочного преобразования всего принимаемого спектра, SCR LNB преобразует в частоту промежуточной частоты (IF) небольшой участок принимаемого сигнала (эквивалентный полосе пропускания одного транспондера на спутнике), выбранный в соответствии с командой, соответствующей протоколу DiSEqC, от ресивера. До 32 тюнеров могут быть назначены различные частоты в диапазоне IF, и для каждого из них SCR LNB преобразует соответствующий индивидуально запрошенный транспондер. Большинство SCR LNB также поддерживают либо устаревший режим работы, либо имеют отдельный устаревший выход, обеспечивающий блочное преобразование всего принимаемого спектра в диапазон IF традиционным способом.

Широкополосный LNB

На рынок поступают широкополосные LNB ASTRA Universal с частотой гетеродина 10,40 или 10,41 ГГц. Полоса промежуточных частот значительно шире, чем у обычных LNB, поскольку высокие и низкие диапазоны не разделены. Сигналы широкополосных LNB могут приниматься новыми широкополосными тюнерами и новыми системами SCR (например, Inverto/Fuba, Unitron, Optel, GT Sat/Astro) с оптической передачей или без нее. Широкополосные сигналы могут быть преобразованы в обычные сигналы quattro и наоборот. В феврале 2016 года Sky (Великобритания) запустила новый LNB, совместимый только со своим новым широкополосным тюнером. Этот LNB имеет один порт для всех вертикально поляризованных каналов в обоих диапазонах (высоком и низком) и другой порт для всех горизонтально поляризованных каналов в обоих диапазонах. Базовая модель имеет только 2 подключения и, предположительно, оснащена локальным гетеродином 10,41 ГГц с промежуточной частотой 290–2340 МГц при входном диапазоне 10,7–12,75 ГГц. Этот LNB, по всей видимости, идентичен широкополосному LNB ASTRA Universal от Unitron. Для доступа ко всем каналам требуется минимум два кабеля. В приставке Sky Q несколько тюнеров могут выбирать несколько каналов, что превышает обычные два для систем с двойным коаксиальным кабелем. Этот тип LNB несовместим с более распространенным Astra Universal LNB, используемым в Великобритании, что означает, что LNB необходимо заменять при обновлении. Существует модель LNB с 6 подключениями: 2 для Sky Q и 4 для Astra Universal LNB, предназначенная для пользователей с несколькими устаревшими системами, такими как Freesat, в дополнение к Sky Q. В случаях, когда возможен только один кабель, например, в многоквартирных домах, можно использовать совместимые с Sky Q мультипереключатели, использующие BSkyB SCR.

ЛНБ из оптических волокон

LNB для волоконно-оптических спутниковых распределительных систем работают аналогично традиционным электрическим LNB, за исключением того, что все четыре поддиапазона во всем спектре K-диапазона 10,70–12,75 ГГц по двум поляризациям сигнала одновременно подвергаются блочному преобразованию частоты (как в LNB типа quattro). Промежуточные частоты (ПЧ) четырех поддиапазонов объединяются для создания одной ПЧ в диапазоне 0,95–5,45 ГГц (полоса пропускания 4,5 ГГц), которая модулируется на оптический сигнал с помощью полупроводникового лазера для передачи по волоконно-оптическому кабелю. На стороне приемника оптический сигнал преобразуется обратно в традиционный электрический сигнал, чтобы восприниматься приемником как обычный LNB.

Холодная температура

Вода в конвертере LNB может замерзать, вызывая образование льда при очень низких температурах. Это наиболее вероятно, когда LNB не получает питание от спутникового ресивера (то есть, когда не просматриваются телепрограммы). Для предотвращения этого многие спутниковые ресиверы предлагают опцию поддержания питания LNB в режиме ожидания. На самом деле, большинство LNB поддерживаются включенными, поскольку это помогает стабилизировать температуру и, следовательно, частоту местного генератора, за счет тепла, выделяемого электроникой LNB. В случае ресиверов BSkyB в Великобритании, LNB остается включенным в режиме ожидания, чтобы ресивер мог получать обновления прошивки и данные электронного программного гида. В Соединенных Штатах LNB, подключенный к ресиверу Dish Network, остается включенным, чтобы система могла получать обновления программного обеспечения и прошивки, а также информацию о программах по эфиру ночью. В Турции LNB другого типа, Digiturk MDU, поддерживаются включенными для приема VOD-контента, прошивки ресивера, данных EPG и ключей платного телевидения, необходимых для просмотра зашифрованного контента.