Konvertor a vstupní jednotky přijímačů

| Tisk

První aktivní částí signálového řetězce při příjmu signálu z družice je konvertor. Jeho úkolem je zpracovat signál, přijatý anténou (nejčastěji parabolou) a převést (konvertovat) ho do pásma s nižší frekvencí, kterou je možné vést klasickým koax. kabelem s výrazně menším útlumem než na původní frekvenci v řádu desítky GHz. Pro označení této drobné součástky se používá i několik zkratek – např. LNB (low-noise-block) nebo LNC (low-noise-converter). Ale prostě a jednoduše stačí tuto součástku označovat jen jako KONVERTOR. Jeho úkolem je totiž KONVERZE do jiného frekvenčního pásma.

Nebudu se tu zabývat popisem různých druhů konvertorů, ale přiblížím Vám tuto součástku spíš z pohledu konstruktérského a popíši Vám jednotlivé díly samotného konvertoru.

Z čeho se skládá LNB

Konvertor prodělal za poslední desítky let několik změn. Elektricky je však jeho konstrukce pořád stejná. Skládá se víceméně z obvodů na blokovém schémátku níže:


obrázek

Vstupní filtr má za úkol potlačit vše, co nespadá do satelitního pásma. Jde o jednoduchý LC článek, řešení vyleptanými mikropásky přímo na plošném spoji. Spolu se vstupním vlnovodem potlačí vše pod cca 9 GHz a to o desítky dB. Propust má samozřejmě vložený určitý útlum i na pracovní frekvenci a proto zeslabuje i signál v užitečném pásmu. Toto zeslabení je ovšem zvláště při běžném příjmu zanedbatelné a naopak tato propust je dnes čím dál tím důležitější, neboť pásmo se neustále zaplňuje různými jinými službami, jejichž výkon je řádově vyšší než úroveň signálu z družice.

Následuje zesilovač, tvořený 1-2 tranzistory typu HEMT. Tento 1. tranzistor spolu s přizpůsobením ke vstupními vlnovodu rozhodující mírou určuje šumové číslo LNB.

Praktické provedení této části LNB:

obrázek

Jde o starý typ jednopásmového konvertoru (můj vlastní, stáří 16let a dodnes funkční) s udávaným šumovým číslem 1,2 dB (max 1,3 dB). Na obrázku jsou vidět vyleptané cívky a stejně tak jsou kondenzátory tvořené vyleptanými spoji. Červená tečka vpravo nahoře je vstupní tranzistor.

Následuje další zesilovací stupeň a směšovač. Jeho úkolem je převést vstupní signál z pásma 10-12 GHz do pásma 0,9-2 GHz. Oscilátor kmitá o mezifrekvenční kmitočet výše a jeho signál se smíchá ve směšovači se vstupním signálem z antény. Vzniknou dva nové signály – rozdílový, který je námi požadovaná mezifrekvence a součtový, který je nepotřebný, vzhldem k vysoké frekvenci má ovšem velmi nízkou úroveň a odfiltruje se. Mezifrekvenční signál se zesílí zesilovačem, jehož konstrukce se již velmi přibližuje běžnému zesilovači v V.TV pásmu a signál putuje po koax. kabelu do přijímače.

Pohled na část výstupního mezifrekvenčního zesilovače. V plechové krabičce se nachází teplotně stabilizovaný oscilátor.


obrázek

Velmi důležitým blokem v LNB je napájecí část. Ta zajištuje tvorbu stabilních napájecích napětí pro tranzistory, dále záporné napětí pro HEMT tranzistory, dále u nových LNB vyhodnocuje velikost napětí z přijímače a podle toho spíná polarizaci a současně u UNI LNB detekuje přítomnost signálu 22 kHz a podle toho spíná odpovídající oscilátor pro horní nebo spodní pásmo (HIGH band nebo LOW band). Konstrukčně se jedná o poměrně jednoduchou část.

Napájecí obvody staršího LNB:


obrázek

Co bylo dříve?

První komerčně dostupné konvertory byly určeny pro příjem jednoho pásma a jedné polarizace. Nejčastěji se vysílalo v pásmu 10,95-11,7GHz. Konvertor měl jen jeden oscilátor a napájel se napětím 14-18 V. Pro změnu polarizace se užíval mechanický nebo magnetický polarizátor. To vyžadovalo kromě koax. vedení i další přívod napětí nebo ovládacích pulzů pro polarizátor.

Konvertor jednopásmový a konvertor s magnetickým polarizátorem:


obrázek

Konvertor pro jedno pásmo bez polarizátoru. Vstupní ozařovač se šrouboval před konvertor. Musel se vybírat dle typu paraboly a její ohniskové vzdálenosti:


obrázek

Později se začaly natrhu objevovat konvertory s mag.polarizátorem integrovaným v těle LNB, které již využívaly změnu polarizace napětím 13/18 V. Odpadlo tak samostané vedení pro polarizátor.

Pro skupinový příjem se používaly pro každou polarizaci samostatné konvertory a tzv. polarizační výhybka:


obrázek

LNB v současné době

Rozvoj družicového vysílání si vyžádal zvětšení kapacity pro nové stanice a operátory. Ve stále větší míře se začalo rozšiřovat vysílání i v tzv. horním – 12,5GHz pásmu. Zpočátku byly na trhu samostné konvertory jen pro toto pásmo, ale krátce nato se na trhu objevily tzv. UNI konvertory, tedy konvertory schopné zpracovat obě dvě pásma. Pásma se přepínají signálem 22kHz. Tyto LNB zpracovávají současně obě dvě polarizace, přepínané napájecím napětím 13/18V v toleranci cca 1,5 V. Při velké délce koax. kabelu by mohlo dojít k poklesu napájení a nesprávnému vyhodnocování polarizace. Některé přijímače proto umí zvýšit toto napětí na 14/18V. I pokud máte krátký svod a necháte toto napětí zvýšené, konvertoru to rozhodně neublíží a přepínání je také spolehlivé. Konvertory v tomto provedení se vyrábí dodnes.

Vnitřní provedení běžného UNI konvertoru (MTI):


obrázek

Za zmínku stojí realizace oscilátorů. Na obrázku výše je jeden z oscilátorů odkrytovaný, ve funkčním stavu je u obou dvou plechový domeček. V krytu (domečku) je tranzistor a váleček ze spec.materiálu, tvořící dielektrický rezonátor, který stabilizuje jeho kmitočet a přihýbáním plechu domečku ho lze v malé míře měnit. Dříve se používal pro doladění šroub, nyní se doladí poklepem na „domeček“ oscilátoru.

Vnitřní provedení Megasat Twin:


obrázek

Vstupní vlnovod (to co se skrývá pod plast. víčkem):


obrázek

Parametry a provedení konvertorů

O kvalitě konvertoru by mělo hodně napovědět jeho mechanické provedení a samozřejmě jeho parametry. Ovšem právě parametry dnes o kvalitě LNB neřeknou vůbec nic. Ono je to často i jedno – pro příjem běžných družic vyhoví kdeco a rozdíly i mezi jednotlivými komerčními modely jsou minimální a fajnšmekr si bude muset vybrat sám z několika modelů a výrobců.

Dříve o výsledku příjmu rozhodovalo kromě samotného LNB ještě provedení ozařovače. Ideální bylo, když se podařilo zakoupit ozařovač (feedhorn) přímo s konkrétní parabolou a použít pak klasický přírubový konvertor. S rozšířením offsetových parabol se rozšířili i konvertory s ozařovačem pro nejběžnější typy parabol (jejich f/D). Dnešní výběr v běžném prodeji je minimální a pokud se chystáme realizovat nějaký extrémní příjem, je nutné experimentovat.

Pokud si ozařovač nesedne s parabolou, je k ničemu i šumové číslo. Výrobci (nebo prodejci?) bohužel nic jiného než je šumové číslo neuvádí. A i to je nesmyslné. S běžnou parabolou o obvyklé velikosti (60-90 cm) bude hrát většina LNB téměř stejně. I konstrukčně jsou si LNB velmi podobné.

Na trhu existuje i několik výjimek – např. úzké LNB firmy ALPS nebo Inverto, vhodné zejména na multifokusy:

Alps singl


obrázek

Inverto multiconnect twin


obrázek

Parametry – aneb co se dá měřit

- Šumové číslo LNB (Noise Figure) – jediný udávaný parametr a to ještě s nesmyslnnou hodnotou. Udává se pro celý LNB (i když je mírně závislý i na teplotě okolí a frekvenci). Nikdo nestanoví minimim/maximum nebo nějakou optimální hodnotu. Prodejci udávají extranízké hodnoty i 0,1 dB. Za další rok bude šumové číslo snad pod 0,05 dB a časem …... Možná se budou někteří divit, ale šumové číslo LNB jako celku se běžně u komerčních modelů pohybuje v rozsahu 0,9 – 1,2dB. U špičkových se pohybuje prý kolem 0,7dB.

Proč je 0,1 dB nesmysl? Nebudu ani zacházet do fyzikálních dějů a jevů, ale stačí jen základ – jako vstupní tranzistor se dnes nejčastěji používá NE3512, výrobce NEC. Dle datasheetu je jeho nejnižší šum. číslo (v poměrně uzkém rozsahu frekvencí sat. pásma) cca 0,35dB:


obrázek

Kde se tedy podaří zázrakem snížit šumové číslo celého LNB je záhada. Úsměvně působí např. údaje o šum. čísle LNB Alps na fotce výše tak, jak se dá nalézt na internetu – výrobce uvádí (těžko se to hledá) 0,6dB. Budiž. U jednoho prodejce je již 0,3dB a nedávno jsem obdržel ceník jiného prodejce, kde již u tohoto LNB bylo ono magické 0,1dB.

- Konverzní zisk (GAIN) udává zisk LNB (výstupní napětí z LNB). Tento parametry se ještě občas někde udává, ale je to již spíše výjimka). Běžný LNB má zisk kolem 50dB, některé však mají zisk až k 60dB. Vysoké hodnoty jsou často zbytečné a mohou způsobit celou řadu problémů, které se bez měření těžko hledají. Kontraproduktivní pak může být použití ziskové paraboly většího průměru a tohoto LNB. Lehce může být úroveň na vstupu přijímače i přes 90dBuV a tuner může být zahlcen silným signálem. Citlivé to je pak zejména v místech s velkým množstvím datových pojítek (internet, mw trasy, přenos dat telemetrie apod.), kdy mohou tyto signály z blízkých pásem pronikat do LNB a způsobit rozkmitání mezifrekvenčního zesilovače.
Nedávno jsem byl na měření zarušeného sat. příjmu pojítkem v pásmu 10 GHz. Zákazník používal pro příjem Astry 3 parabolu 90 cm a LNB Diavolo TWIN. Docházelo k výpadkům příjmu na některých TP. Pouhou výměnou LNB došlo k výraznému zlepšení. Horší je to v tom, že mnoho současných tunerů sat. přijímačů neobsahuje žádnou selektivní část (filtr) na vstupu a signál jde přímo na demodulátor, kde je zpracováván.

Příklad vstupní části tuneru sat. přijímače:


obrázek

Výstupní úroveň v mém konkrétním případě sice klesla na 80 dBuV na výstupu z LNB, ale digitální parametry signálu byly v normě. Před záměnou byly úrovně k 90dBuV a na spektráku byly patrné signály i mimo sat. pásmo s ještě vyšší úrovní – kmitající mf zesilovač v LNB.



Oddělení polarizačních rovin (cross-polar-discrimination) – aneb o kolik dB je oddělaná sousední polarizace. Minimum je 20 dB, špičkové LNB se pohybují kolem 27, i ke 30 dB, některé ďábelské značky balancují právě pár desetin nad touto hodnotou. Při dnešní hustotě transpondérů a při vysílaní na shodné frekvenci jen odlišné polarizaci (někde i častý případ – DIGI TV, 12565 MHz na Astra3) docela důležitý, ale rovněž nikde neudávaný parametr.

Fázový šum (PhaseNoise) – fázový šum je vlastnost všech oscilátorů, vlastně krátkodobá nestabilita oscilátoru, projevující se jako náhodná fázová modulace s malým zdvihem. Udává se v dBc/Hz v určité vzdálenosti od jmenovité frekvence oscilátoru. Na trhu jsem našel jeden jediný LNB, navíc starší model, který tuto hodnotu udává. Přitom při extrémním DX příjmu může být tento parametr mnohem důležitější než vlastní šumové číslo v hodnotách 0,1 dB.

Parametrů je mnohem více, vrátím se k nim v některém z dalších článků.

Závěr

Chtěl jsem Vám přiblížit trošku tuhle nyní levnou, ale pro příjem nutnou součást přijímacího řetězce i z jiné stránky než jen z nabídek e-shopů. Nemohl jsem si odpustit i trošku historie, přece jen my pamětnící na tuto dobu vzpomínáme rádi.

Radomír Kovář