Low Noise Block (w skrócie LNB) to serce każdego system odbioru satelitarnego. Umieszczone w ognisku anten parabolicznych, czyli anten satelitarnych odpowiada za odbiór i przetwarzanie skupionych sygnałów docierających z satelitów znajdujących się na orbicie geostacjonarnej.
Jak działają te niewielkie, a jednocześnie niezwykle zaawansowane urządzenia, z czego się składają i jakie występują ich rodzaje – wyjaśniamy w tym poradniku.
Transmisja przez satelity
Obecnie wokół Ziemi krąży niemal 7000 satelitów. Część z nich znajduje się na wysokości 35 786 kilometrów. Na tej orbicie poruszają się synchronicznie z ruchem obrotowym Ziemi, dzięki czemu pozostają nieruchome względem obserwatora patrzącego w niebo.
Pozycja geostacjonarna wykorzystywana jest do przesyłania cyfrowych sygnałów komunikacyjnych, w tym telewizji i radia. Stacje nadawcze kierują skumulowane sygnały do satelity za pomocą dużych anten SAT, a satelita odbiera je i rozsyła ponownie na rozległe obszary Ziemi.
Dzięki temu możliwy jest odbiór – niemal w całej Europie – ponad 1200 kanałów satelity komunikacyjnego Astra.
LNB
Największym ograniczeniem satelitów geostacjonarnych jest bardzo słaby sygnał cyfrowy docierający na Ziemię. Zwykła antena, znana z systemów analogowych, nie jest w stanie go odebrać.
Do skutecznego odbioru potrzebny jest precyzyjnie ustawiony paraboliczny reflektor, który skupia fale elektromagnetyczne oraz cyfrowy odbiornik umieszczony w jego ognisku – LNB.
LNB pełni nie tylko rolę anteny. Działa również jako niskoszumny wzmacniacz i konwerter częstotliwości. Odbiera sygnały na bardzo wysokich częstotliwościach satelitarnych, wzmacnia je, a następnie przekształca na niższe częstotliwości.
Dzięki tym funkcjom możliwe jest przesyłanie czystego sygnału satelitarnego zwykłym kablem koncentrycznym do urządzeń odbiorczych.
Częstotliwości i płaszczyzna drgań
W przypadku fal elektromagnetycznych obowiązuje zasada: im wyższa częstotliwość, tym więcej informacji cyfrowych można zakodować w sygnale nośnym. To czynnik przy transmisji telewizji w jakości HD, jaką nadają m.in. satelity Astra.
Wykorzystywane częstotliwości mieszczą się w dwóch pasmach. Niższe obejmuje zakres od 10,7 do 11,75 GHz, a wyższe – od 11,8 do 12,75 GHz. Tak wysokie częstotliwości oznaczają jednak ograniczony zasięg fal radiowych. Po pokonaniu niemal 72 000 kilometrów, jakie sygnał musi przebyć w drodze tam i z powrotem, na powierzchnię ziemi dociera jedynie niewielka część jego pierwotnej mocy. To właśnie dlatego odbiór satelitarny wymaga zastosowania anten parabolicznych. Działają one jak soczewka skupiająca światło – koncentrują fale w jednym punkcie i tym samym wzmacniają sygnał.
Oprócz częstotliwości istotna jest także płaszczyzna drgań fal radiowych. Z natury fale elektromagnetyczne rozchodzą się równomiernie we wszystkich kierunkach. Dzięki zastosowaniu filtrów elektronicznych można je spolaryzować, czyli wymusić drgania tylko w jednym kierunku – poziomym, pionowym lub kołowym.
Polaryzacja umożliwia dodatkowo zagęszczenie sygnałów. W praktyce oznacza to, że w płaszczyźnie poziomej można umieścić np. 100 kanałów, a kolejne 100 w pionowej – bez ryzyka ich wzajemnego zakłócania.
Budowa
Głównym zadaniem LNB jest wzmocnienie odbieranego sygnału oraz jego konwersja do częstotliwości, którą można przesłać kablem koncentrycznym do tunera satelitarnego. W tym celu sygnał obniża się do zakresu 950–2150 MHz, co ogranicza tłumienie w przewodzie i podatność na zakłócenia.
Jak pokazuje schemat uniwersalnego Single-LNB, urządzenie posiada dwie anteny odbierające sygnały spolaryzowane poziomo i pionowo. Anteny umieszczono w falowodzie, zwanym również feedem.
Kolejnym etapem obróbki jest wzmocnienie sygnału. W tym miejscu pojawia się problem, którego rozwiązanie nadało urządzeniu nazwę Low Noise Block – czyli blok niskoszumowy. Kluczowe jest bowiem tłumienie elektronicznego szumu, aby uzyskać czysty i stabilny sygnał.
Wzmocnienie i tłumienie
Półprzewodniki, takie jak tranzystory, mają naturalną tendencję do dodawania szumów do sygnału podczas pracy w roli wzmacniacza. Poziom tego szumu zależy głównie od współczynnika wzmocnienia, częstotliwości oraz temperatury.
Na szczęście istnieją układy wzmacniające o wyjątkowo niskim poziomie szumów. Stosuje się je do wzmacniania bardzo słabych sygnałów, takich jak w konwerterach LNB. Typowy LNB zawiera zwykle 8 takich wzmacniaczy, oznaczanych skrótem AMP.
Po wzmocnieniu sygnałów wejściowych następuje ich rozdzielenie na dwa pasma częstotliwości – Low i High – za pomocą tzw. splitterów. Następnie są one mieszane z częstotliwościami z oscylatorów. Powstałe w ten sposób częstotliwości pośrednie przechodzą przez kolejne niskoszumowe wzmacniacze, a następnie trafiają do matrycy przełączającej.
Matryca ta działa jak elektroniczny przełącznik. Wybiera jedną z czterech możliwych częstotliwości pośrednich – zgodnie z sygnałem sterującym z odbiornika – i po dodatkowym wzmocnieniu przekazuje ją na wyjście.
Energia potrzebna do pracy układów dostarczana jest poprzez kabel koncentryczny łączący LNB z odbiornikiem. W zależności od polaryzacji i pasma częstotliwości napięcie wynosi 14 V lub 18 V. W paśmie wyższym do sygnału dodaje się jeszcze przebieg sterujący o częstotliwości 22 kHz.
Single-LNB
To najprostszy rodzaj konwertera satelitarnego (Low Noise Block).
Podłącza się go jednym przewodem koncentrycznym z wtykami F do odbiornika lub wejścia DVB-S w telewizorze.
Zastosowanie: instalacja SAT dla jednego użytkownika.
Twin-LNB
Jeśli sygnał satelitarny ma być odbierany jednocześnie przez dwa odbiorniki lub telewizory, stosuje się Twin-LNB z dwoma wyjściami.
Każde urządzenie może niezależnie korzystać z matrycy przełączającej wbudowanej w LNB, co umożliwia swobodny wybór programów.
Zastosowanie: instalacja SAT dla dwóch użytkowników.
Quad-LNBs
Quad-LNB to jeden z najczęściej wybieranych typów. Umożliwia podłączenie czterech odbiorników działających niezależnie od siebie.
Wyposażony jest w cztery wyjścia w formie gniazd F, zazwyczaj z pozłacanymi stykami dla lepszego przewodnictwa.
Zastosowanie: instalacja SAT dla maksymalnie czterech użytkowników.
Octo-LNB
Przeznaczony do większych instalacji, obsługujących do ośmiu odbiorników.
W porównaniu z Quad-LNB oferuje podwójną liczbę wyjść, zachowując te same zalety użytkowe.
Zastosowanie: instalacja SAT dla maksymalnie ośmiu użytkowników.
Quattro-LNB
Nie należy go mylić z Quad-LNB, mimo że także ma cztery wyjścia. Różnica polega na braku wbudowanej matrycy przełączającej.
Do działania wymagany jest zewnętrzny lub zintegrowany multiswitch, który odpowiada za dystrybucję sygnału.
Zaleta: przewody od odbiorników wystarczy poprowadzić do multiswitcha (tzw. Quattro-Switch), a nie bezpośrednio do anteny satelitarnej, co znacznie ułatwia montaż.
Monoblock-LNB
Jeśli antena satelitarna ma odbierać sygnał nie z jednego, lecz z dwóch satelitów, jest to możliwe – pod warunkiem, że ich pozycje geostacjonarne znajdują się blisko siebie.
Tak jest w przypadku satelitów Astra (19,2°E) i Hotbird (13,0°E). Choć ich sygnały trafiają do tej samej czaszy, ogniska różnią się o 6,2°.
Do tego właśnie kąta dostosowane są Monoblock-LNB przeznaczone do pracy w systemach multifeed. Urządzenia te zawierają dwa oddzielne konwertery, precyzyjnie ustawione na różne ogniska anteny.
Unicabel-LNB
W przypadku standardowych konwerterów dystrybucja sygnału przebiega w układzie gwiazdy – od anteny do każdego odbiornika prowadzi osobny przewód, co wymaga skomplikowanej instalacji.
W wielu istniejących instalacjach gniazda są jednak połączone szeregowo jednym kablem koncentrycznym, co oznacza, że każde kolejne gniazdo korzysta z sygnału poprzedniego.
W takiej konfiguracji jakość transmisji spada wraz z długością przewodu – ostatnie gniazdo w szeregu otrzymuje znacznie słabszy sygnał. Rozwiązaniem są konwertery jednokablowe (Unicable-LNB). Warunkiem ich działania jest obsługa protokołu transmisji zgodnego z normą DIN EN 50494 zarówno przez konwerter, jak i przez każdy odbiornik.
Unicable-LNB udostępnia kilka portów, które przekazują sygnały na przypisanych częstotliwościach w zakresie 950–2400 MHz. Każdemu odbiornikowi przydzielana jest inna częstotliwość. Zasada jest prosta: pierwszy odbiornik korzysta z najwyższej, a więc najbardziej podatnej na tłumienie częstotliwości, ostatni – z najniższej.