За последние несколько лет спутниковые системы заменили традиционные системы передачи FM или FSK более сложными форматами цифровой модуляции, такими как BPSK и QPSK. Эти цифровые формы модуляции позволяют спутникам доставлять больше информации с той же пропускной способностью, которая использовалась для доставки старых аналоговых форматов, и с улучшением качества доставляемого сигнала. Другими словами, цифровые модулированные сигналы могут доставлять больший объем данных с меньшим количеством ошибок и использовать меньшую мощность спутников, чем предыдущие системы аналоговой модуляции.
Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами более эффективных систем цифровой модуляции, МШПР (LNB) (далее – LNB), используемый в терминале приемника, должен быть согласован с характеристиками цифрового сигнала. С технической точки зрения существует более пятидесяти отдельных параметров, которые следует учитывать при выборе LNB. Утечка радиочастот, подавление передаваемых сигналов, внутриполосные паразитные характеристики, внеполосные паразитные характеристики, долговременные эффекты старения, эффекты вибрации, коррозионная стойкость, типы разъемов, характеристики интермодуляции, аспекты динамического диапазона, воздействие окружающей среды, проблемы надежности и список можно продолжить. Однако есть несколько ключевых характеристик, которые необходимо учитывать, прежде чем углубляться в более мелкие детали LNB.
Коэффициент шума (Noise Figure)
Коэффициент шума LNB — это показатель того, сколько шума конвертер добавит к сигналу, который вы собираетесь принимать. Чем ниже коэффициент шума конвертора, тем лучше он сможет принимать более слабые сигналы. Для LNB C-диапазона, охватывающего диапазон частот от 3,4 до 4,2 ГГц, коэффициент шума выражается в Кельвинах или К. Очень хорошим значением для конвертора будет 15 Кельвинов, более типичное значение — 30 Кельвинов. Коэффициент шума конверторов Ku-диапазона (от 10,7 до 12,7 ГГц) выражается в децибелах или «дБ». Очень хороший коэффициент шума для конвертора Ku-диапазона составляет 0,6 дБ, но более типичное значение — 0,8 дБ.
Коэффициент усиления (Gain)
Усиление LNB — это величина, на которую LNB будет усиливать входной сигнал, которая выражается в дБ. Входной сигнал очень слаб, когда он достигает приемной антенны, и его необходимо многократно усилить, прежде чем его можно будет передать по коаксиальному кабелю. Если сигнал не усиливается, он будет поглощен потерями в коаксиальном кабеле и никогда не достигнет приемника. При выборе конвертора для цифровой системы важно, чтобы коэффициент усиления существенно не менялся в зависимости от температуры или в диапазоне принимаемых частот, поскольку цифровые системы гораздо более чувствительны к этим изменениям, чем предыдущие аналоговые системы. Цифровые системы обычно требуют, чтобы усиление LNB составляло от 55 до 65 дБ при любых условиях. Неравномерность усиления в диапазоне 500 или 800 МГц должна быть лучше ±5,0 дБ и менее ±1,0 дБ в сегментах 27 МГц. Изменения, превышающие это значение, могут привести к искажению усиления входящих сигналов, что приведет к снижению производительности приемника.
Стабильность частоты гетеродина (Local Oscillator Frequency Stability)
В LNB используются три основных типа генераторов преобразования частоты:
Диэлектрические резонансные генераторы (DRO). Частота преобразовательного генератора LNB определяется автономным генератором, определяющим частоту элементом которого является кусок фемократического материала, называемый шайбой.
Генератор с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ). Частота преобразовательного генератора LNB определяется встроенным кварцевым генератором с температурной компенсацией и цифровой схемой фазовой автоподстройки частоты.
LNB c внешней опорной фазовой синхронизацией. Частота преобразовательных генераторов LNB определяется опорным генератором, расположенным вне LNB, и обычно подается через центральный проводник коаксиального кабеля, соединяющего LNB с приемником. Обычно спутниковый приемник несет ответственность за передачу опорного сигнала на LNB. Опорная частота в большинстве случаев составляет 10 МГц. Для разных типов и полос пропускания цифровых сигналов потребуются LNB с разной стабильностью частоты, чтобы обеспечить оптимальные характеристики приемника. Широкополосный сигнал, такой как телевизионное вещание MPEG II, потребует конвертора с низкой частотной избирательностью, поскольку передаваемый сигнал занимает довольно широкую полосу пропускания, а настройка приемника может быть шире. Узкополосное радиовещание SCPC использует очень узкий сигнал и потребует высокостабильного типа ФАПЧ, чтобы приемник мог отслеживать сигнал.
Характеристики фазового шума LNB (Phase Noise)
Спецификация фазового шума LNB является показателем уровня шума, вносимого в принимаемый сигнал на различных частотных расстояниях от преобразованной несущей. Этот шум генерируется преобразовательным генератором внутри конвертера и напрямую зависит от качества этого генератора. Спецификация фазового шума LNB определяется на расстоянии 100 Гц, 1,0 кГц, 10 кГц, 100 кГц и 1,0 МГц от центральной частоты преобразованной частоты. В цифровой системе на частоту ошибок по битам (BER) приемника будет напрямую влиять уровень фазового шума в принимаемом сигнале. Чем выше уровень фазового шума, тем больше ошибок будет в принятом сигнале.
Восприимчивость к микрофону (Susceptibility to Microphonics)
Когда LNB установлен на антенне, он будет подвергаться воздействию таких факторов окружающей среды, как ветер, дождь и град. Дождь или град, попадающие на конвертор, могут вызвать небольшие нарушения в его электрических характеристиках. Ветер будет перемещать или вибрировать антенну, что вызывает аналогичный эффект. Эти помехи затем накладываются или модулируются на входящий сигнал. Эти помехи нередко искажают входящий сигнал так, что входящий сигнал не может быть принят. Гетеродин в LNB — это схема, на которую чаще всего влияют эти помехи. Чтобы свести к минимуму этот эффект, необходимо уделить большое внимание механической и электрической конструкции конвертора. На заре радио нежелательные вибрации, воздействующие на приемное оборудование, проявлялись в демодулированном звуке в виде звуков и поэтому назывались микрофонами, поскольку вели себя почти так же, как микрофон. Сегодня этот эффект все еще называют микрофоникой. Не существует стандартов или единиц измерения, связанных с оценкой чувствительности конвертора к микрофону. Некоторые люди используют имитацию капель дождя, некоторые используют разработанный ими специализированный инструмент, некоторые используют очень сложные установки ударных столов; в то время как другие просто постукивают по конвертеру отверткой, чтобы проверить, как это повлияет на полученный сигнал. Используемый метод определяется индивидуальным разработчиком системы.
Входной КСВ (Input VSWR)
КСВН — это аббревиатура от коэффициента стоячей волны напряжения, который также можно назвать обратными потерями. Техническое описание КСВН представляет собой отношение падающего напряжения или первичной волны напряжения, присутствующего в линии передачи или волноводе, к любому отраженному напряжению в этой линии, которое может присутствовать в результате несоответствия. В идеальной ситуации, когда линия передачи (питание) абсолютно согласована с нагрузкой (LNB), отраженного напряжения не будет, а КСВ будет указан как 1:1 или идеальное соответствие. Как и большинство вещей, в реальном мире это не так. Изменения электрических и физических параметров линии передачи и нагрузки редко совпадают идеально. Это несоответствие приведет к тому, что часть энергии, содержащейся в первичной волне (принятом сигнале), будет отражаться обратно от нагрузки (LNB) и теряться. Что еще хуже, отраженная волна также будет мешать падающей (входящей) волне, вызывая также ослабление сигнала. Очень важно поддерживать хорошее соответствие между каналом и LNB, чтобы гарантировать передачу максимального количества сигнала на LNB.
Некоторые примеры использования LNB:
-
Существует множество приложений, в которых выбор правильного LNB будет иметь значение между работой системы в полную силу и производительностью, далеко не удовлетворительной. Ниже перечислены примеры некоторых приложений и типов LNB, которые обеспечат наилучшую производительность:
-
Спутниковые цифровые сети требуют высокостабильной системы ФАПЧ (+/- 4, 5, 10, 12,5, 25 кГц) или даже внешнего опорного LNB с ФАПЧ.
-
Приложения цифрового видео MPEG II требуют высокостабильных DRO LNB (+/- 150, 250, 500 кГц).
-
Системы VSAT и POS могут использовать DRO LNB, но большинство пользователей предпочитают PLL, чтобы обеспечить максимально возможную надежность системы.
-
Радио- и телевещательные станции используют типы PLL, чтобы обеспечить наиболее надежную работу своей станции.
-
Передвижные телевизионные репортажные станции (ПТРС) (SNG) используют конверторы PLL, обеспечивающие наиболее надежную работу в самых плохих условиях.
-
Также существуют LNB с внутренним полосовым фильтром, который можно использовать для подавления помех 5G в C-диапазоне.