Rauscharmer Signalumsetzer

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Montierter LNB

Als rauscharmer Signalumsetzer (vom englischen Low Noise Block, kurz LNB; und Low Noise Converter, kurz LNC) wird die erste, im Brennpunkt einer Parabolantenne befindliche elektronische Baugruppe einer Satellitenempfangsanlage bezeichnet.

Sie setzt die Satellitenfrequenz von beispielsweise 10,7–11,75 oder 11,8–12,75 GHz auf den Bereich 950–2150 MHz um und ermöglicht dadurch die Kabelübertragung durch ein Koaxialkabel und neuerdings auch mit Lichtwellenleitern und den Empfang mit einem Satellitenreceiver. Ein „digitaltauglicher“ Universal-LNB muss keine digitalen Signale verarbeiten, sondern nur den vollen Frequenzbereich von 10,7 bis 12,75 GHz umsetzen können. Anfangs wurden digitale DVB-Signale nur im oberen Bereich ab 11,7 GHz gesendet, angesichts der Analog-TV-Abschaltung sind inzwischen aber fast alle Transponder ab 10,7 GHz aufwärts mit Digital-TV-Signalen belegt.

Ein LNB besteht aus der Kombination eines rauscharmen Verstärkers (LNA) mit einem Block-Umsetzer (siehe unten). Ist noch ein Feedhorn (vom englischen feed horn für „Einspeisungshorn“) angebaut, wird es auch als LNBF (Low Noise Block Feed) oder LNF (Low Noise Feed) bezeichnet.

Aufbau und Funktion[Bearbeiten]

Nachdem die hochfrequenten Mikrowellen eines geostationären Telekommunikationssatelliten durch einen Parabolspiegel gebündelt wurden, erfüllt der LNB beim Satellitenempfang folgende weitere Aufgaben:

LNB zerlegt (alle Teile)
Blockdiagramm eines Universal-LNB
Historisches TV-SAT-LNB mit HF-Filter, Polarisation links- und rechtsdrehend
  1. Das Feedhorn (auch: Hörnchen) besteht aus einem metallischen Zylinder oder Konus mit genau zum Empfangs-Frequenzbereich passenden Abmessungen. Es dient der Impedanzanpassung und erfüllt als Hohlleiterstruktur auch eine Filterfunktion gegen Fremdeinstrahlung. Das zum Parabolspiegel zeigende Ende ist offen und lässt die elektromagnetischen Wellen eintreten, eine Schutzkappe aus Kunststoff verhindert, dass Staub oder Wasser eindringen. Am anderen Ende befinden sich die Erreger der Antennenkonstruktion, d. h. der Übergang vom Hohlleiter auf Streifenleiter.
  2. Die LNBs müssen die Polarisationsmodi der einfallenden Wellen trennen (horizontale, vertikale oder zirkulare Polarisation). Während das in der Anfangszeit des Satellitenempfangs durch mechanische Drehvorrichtungen oder Polarizer erreicht wurde, gibt es dafür seit den 1990er Jahren meist getrennte Signalpfade mit passend angeordneten Antennen. Diese beiden Empfangsantennen, die von links und von oben in den Hohlleiter der Rillenhornantenne ragen, sind im nebenstehenden Bild deutlich zu sehen. Sie leiten die Empfangsenergie auf kurzem Weg zu den nachgeschalteten Verstärkertransistoren.
  3. Er verstärkt die aufgefangenen Signale und setzt die Frequenz nach dem Prinzip des Überlagerungsempfängers auf die Zwischenfrequenz (ZF) herab. Das ist notwendig, um das empfangene Signal mit normalem Koaxialkabel verlustarm an einen Satellitenreceiver weiterleiten zu können. Die Umsetzung wird erreicht, indem das Empfangssignal mit einer lokalen Oszillatorfrequenz (LOF) multiplikativ gemischt wird (typisch: 9,75 GHz bei Lowband- und 10,6 GHz bei Highband-Empfang). Durch ferngesteuerte Umschaltung dieser Frequenz können beim sogenannten Universal-LNB verschiedene Satelliten-Frequenzbänder auf den gleichen ZF-Bereich abgebildet und so zwischen dem Lowband (überwiegend analoge Programme) und dem Highband (überwiegend digitale Programme) gewechselt werden.

Die Stromversorgung des LNB erfolgt mittels Fernspeisung über das Antennenkabel. Der seit Ende der 1980er Jahre etablierte Marconi-Standard ermöglicht eine Auswahl der Polarisationsebene über die Höhe der Versorgungsspannung (14 Volt vertikal, 18 Volt horizontal). Die Schaltschwelle liegt bei 15 V und erlaubt Spannungsabfälle an bis zu 3 Dioden in vorgeschalteten DiSEqC-Schaltern sowie im Zuleitungskabel selbst. Beim Universal-LNB (10,7–12,75 GHz) kann mit einer überlagerten permanenten Schaltfrequenz (22 kHz ±20 %) alternativ das später hinzugekommene Highband ab 11,7 GHz ausgewählt werden. Um mehr als zwei Schaltkriterien bedienen zu können, wurde bereits Anfang der 1990er Jahre gemeinsam vom Satellitenbetreiber Eutelsat und der Firma Philips der digitale Steuerbus DiSEqC – später mit Rückkanal – entwickelt. Dieser ermöglicht mit einer modulierten 22 kHz-Frequenz die Steuerung von bis zu 256 verschiedenen Komponenten einer Satellitenempfangsanlage. DiSEqC-Komponenten können mit einer reduzierten Betriebsspannung von 12 Volt arbeiten, um die Verlustleistung zu reduzieren.

Die gesamte Funktionseinheit wird normalerweise in ein gemeinsames Wetterschutzgehäuse integriert. Neben dem Schutz vor Feuchtigkeit, Staub und Temperatureinflüssen muss es gewährleisten, dass im Bereich des Welleneintrittsfensters auch außen möglichst keine Verunreinigungen oder Wasser (gegebenenfalls auch als Schnee oder Eis) anhaften können.

Problemfelder des Satellitenempfangs[Bearbeiten]

Betrachtet man die Sendekeule eines Satelliten, also seine Ausleuchtungszone auf der Erdoberfläche (englisch footprint genannt), wird verständlich, dass die Signalleistungsdichte am Boden nur gering sein kann. Damit sich das Nutzsignal aus dem thermischen Grundrauschen der kosmischen Hintergrundstrahlung auf das gesamte Basisband bezogen überhaupt heraushebt, werden Parabolspiegel verwendet. Diese leiten bei korrekter Ausrichtung auf den geostationären Satelliten ausreichend viel Nutzsignal und nur wenig Störungen in den „Feed“ des LNB. Bei zu geringem Rauschabstand (SNR, englisch Signal-to-noise ratio genannt), wie es durch einen zu kleinen oder falsch ausgerichteten Parabolspiegel, durch Dämpfung des Signals (Schneefall, Regen) oder durch Einspeisung weiterer Rauschquellen (Reflexionen) kommen kann, ist kein Empfang mehr möglich.

Da die Rauschleistung des thermischen Rauschens von der Basisbandbreite abhängt, wird das umso problematischer, je größer der genutzte Frequenzbereich ist.

Bei einem Universal-LNB wird zwischen zwei verschiedenen Frequenzbereichen umgeschaltet, um den gesamten Empfangsbereich von 10,7–12,75 GHz abzudecken, da die Frequenzbandbreite zwischen oberer und unterer Grenzfrequenz (2,05 GHz) nicht in den Empfangsbereich des Satellitenreceivers von 950–2150 MHz passt.

Da jeder Verstärker rauscht und dieses Eigenrauschen dem Signal hinzufügt, kann das SNR in einer Signalkette nie besser, sondern immer nur schlechter werden. Ein LNB benötigt deshalb einen im gesamten Basisband besonders rauscharmen Verstärker, um auch bei schlechten Empfangsverhältnissen noch einen Empfang zu ermöglichen. Typisch für Universal-LNBs ist seit 2004 ein Eigenrauschen (verwandte Begriffe: Rauschmaß, Rauschzahl, engl. noise figure, noise floor) von etwa 0,6 dB (0,6-0,7 dB bei 21 °C gelten als sehr gut). Niedrigere Rauschmaße von 0,2 und 0,3 dB sind im Consumerbereich nicht möglich, da in der ersten Stufe des LNAs laut den Datenblättern der Hersteller bereits der Verstärkungs-Transistor unter optimalen Bedingungen ein Eigenrauschen von ca. 0,3 dB aufweist. Das bedeutet, dass das Gesamtrauschmaß nur größer sein kann, wenn mehrere Verstärkerstufen (mit rauscharmen sogenannten HEMTs) hintereinandergeschaltet werden. Dabei spielt auch die Verstärkung der einzelnen Stufen eine entscheidende Rolle.

Bei der Auswahl von Empfangskomponenten sollte auch die Wetterfestigkeit Berücksichtigung finden. Neben der allgemeinen Luftverschmutzung können auch Schnee und Eis sowie Vogelkot (Empfangsseite Feedhorn) das Signal dämpfen. Gelegentlich werden LNBs mit dünner Folienabdeckung angeboten, um einen nochmals geringeren Dämpfungswert zu erreichen. Diese sind jedoch sehr empfindlich und schwierig zu reinigen.

Ursprung der Bezeichnung[Bearbeiten]

Ein niedriges Eigenrauschen ist zwar ein wichtiges Qualitätsmerkmal dieses Bauteils, „Low Noise“ als Namensbestandteil ist aber doch recht eigentümlich und nur durch die historische Entwicklung zu erklären.

In den Anfangszeiten des Satellitenempfangs (und für Spezialanwendungen auch noch heute) wurde das Hochfrequenzsignal vom Satelliten nur verstärkt und ohne Umsetzung auf eine Zwischenfrequenz zum Empfänger geleitet. Dabei war ein geringes Rauschen besonders wichtig und die entsprechenden damals sehr aufwändigen Hochfrequenzverstärker wurden LNA (low-noise amplifier) genannt. Bei dieser Konstruktion sind nur kurze, dämpfungsarme Kabelverbindungen zwischen Antenne und Empfänger möglich.

Um Satellitenempfang auch für Privatanwender zu ermöglichen, wurde in den 1980er Jahren der LNC (low noise converter) eingeführt. Hier erfolgt neben der Verstärkung auch eine Umsetzung auf eine niedrigere Zwischenfrequenz (ZF), was die Verbindung zum Empfänger vereinfacht. Empfangsfrequenzbereich eines LNC war normalerweise 10,95–11,7 GHz; für die TV-SAT- und TDF-Satelliten gab es LNCs mit dem Empfangsfrequenzbereich von 11,7–12,5 GHz.

  • Zum Empfang mehrerer Polarisationsebenen war entweder ein in einem LNC vorgeschalteter Polarisator oder eine im Hohlleiter angeordnete Polarisationsweiche mit eigenem LNC für jede Polarisation notwendig.
  • Für den Empfang zwei verschiedener Satelliten-Frequenzbänder, wie vom Deutschen Fernmeldesatelliten DFS-Kopernikus erstmals im Rundfunk-Direktempfang verwendet, waren LNCs notwendig, die zwei Frequenzbänder empfangen können. DFS-Kopernikus sendete im Frequenzbereich von 10,95–11,7 und 12,5–12,75 GHz.

Seit Anfang der 1990er Jahre werden im Privatbereich LNBs verwendet, die beide Polarisationsebenen empfangen können. Der Zusatz Block bezieht sich darauf, dass von einem LNB mehrere Frequenzblöcke verschiedener Polarisation und Frequenz auf einmal verarbeitet werden;

Universal Twin LNBF
  • entweder werden sie über getrennte ZF-Signalausgänge parallel ausgegeben
  • oder die Empfänger wählen mittels Steuersignalen an einem LNB einen zum Empfang gewünschten Frequenzblock aus.

LNCs sind deshalb heute nur noch an Altanlagen und in professionellen Antennenanlagen zu finden und werden im Direktempfang nicht mehr neu installiert.

Bei vollständiger Integration der Komponenten spricht man manchmal auch vom LNBF oder auch vom LNF. „Feed“ meint sinngemäß die Signalzuführung.

Die verschiedenen Abkürzungen werden aber in der Praxis auch von Experten häufig synonym gebraucht.

Bauformen[Bearbeiten]

LNBF mit integriertem DiSEqC-switch und geöffnetem Rillenhornstrahler

Erst mit dem Aufkommen der DTH (Direct to Home)-Antennen (Astra war dabei einer der Vorreiter) werden die Feedhörner direkt an die Ku-Band-LNBs angebaut. Zuvor hatten die LNBs einen normierten Flansch, der auf den Gegenflansch des Feedhorns passte. Das war insofern auch notwendig, da die LNBs in den Anfangsjahren weder eine Ebenenumschaltung noch eine Low/High-Band-Umschaltung kannten. Die Ebenentrennung wurde mit sogenannten Orthomodes – dafür war dann pro Ebene ein separater LNC notwendig – oder Polarisatoren gemacht. LNBs werden häufig gemeinsam in Empfangsanlagen mit den sogenannten Multischaltern eingesetzt.

Unterscheidung der LNBs nach dem Empfangsbereich
Bis Ende der 1990er Jahre waren nur für das heute so bezeichnete Low-Band (10,7–11,7 GHz) ausgelegte LNBs üblich. Seit dem Aufkommen der digitalen Technik verwenden die Satellitenbetreiber zusätzlich das sogenannte High-Band (11,7–12,75 GHz). LNBs, die beide Frequenzbereiche direkt in das vom Receiver genutzte Frequenzband umsetzen können, werden seitdem als Universal-LNB bezeichnet. Für Anlagen mit denen (meist digitale) Programme im High-Band empfangen werden sollen ist ein solches Universal-LNB notwendig. Die Bezeichnung digitaltauglich für den LNB selbst ist irreführend, weil jeder LNB analoge wie digitale Signale sowohl aus dem Low-Band als auch dem High-Band in die entsprechenden Frequenzen umsetzen kann. Sie rührt daher, dass auf dem älteren Low-Band hauptsächlich Analogsignale zu finden sind, während das später hinzugekommene High-Band vorzugsweise mit digitalen Programmen belegt ist. Im Zuge der Verdrängung analoger Kanäle zugunsten digitaler Sendetechniken können aber zunehmend auch im Low-Band digitale Sendungen empfangen werden. Der Begriff digitaltauglich für einen LNB besagt also nur, dass dieser auch die Frequenzen/Kanäle des High-Bandes umsetzen kann und hat mit einer eventuell analogen oder digitalen Elektronik im LNB nichts zu tun. Die meisten LNB, die nur das Low-Band empfangen können, werden immer mehr durch die kompatiblen Universal-LNB vom Markt verdrängt und kaum noch bei Neuinstallationen oder Reparaturen verbaut. Im Zuge der Abschaltung der analogen Sat-Versorgung in Deutschland werden die meisten dieser LNB durch die Universal-LNB beim Kunden ersetzt werden.
Für DVB-S2 (bzw. HDTV) reicht jeder digitaltaugliche LNB. Für die allermeisten HDTV-Sender (Ausnahmen sind v. a. Tele 5, WDR und Sky) muss dieser sogar nicht einmal digitaltauglich sein.
Unterscheidung der LNBs nach Anzahl und Art der Ausgänge
  • Single- oder Einzel-LNB mit einem Ausgang zum direkten Anschluss eines Receivers.
  • Twin- oder Doppel-LNB mit zwei unabhängigen Ausgängen zum Anschluss von zwei Receivern. Die entsprechende Umschaltvorrichtung (Multischalter) ist dabei üblicherweise integriert. Es gibt aber auch (ältere) Varianten sog. Dual-LNB für den reinen Lowband-Empfang mit zwei verschiedenen Anschlüssen die fest jeweils horizontale und vertikale Polarisation liefern (zum Anschluss an einen externen Multischalter).
  • Quad- oder Quattro-Switch-LNB mit 4 unabhängigen Anschlüssen zum Anschluss von 4 Receivern. Der Multischalter ist dabei integriert.
  • Quattro-LNB mit 4 verschiedenen Anschlüssen (auch mit Hinweis: Eignung für Speisesystem). Bei dieser Variante ohne eingebauten Multischalter werden horizontal und vertikal polarisierte Signale jeweils getrennt für Lowband und Highband herausgeführt. Über einen nachgeschalteten Multischalter kann dann eine Verteilung an nahezu beliebig viele Satellitenreceiver erfolgen (bis zu einigen hundert).
  • Octo-LNB mit integriertem Multischalter für den direkten Anschluss von bis zu acht Sat-Receivern.
  • DUO-LNB oder auch Monoblock-LNB: Hier können 2 benachbarte Satellitenpositionen gleichzeitig mit einem breiten LNB-Kopf empfangen werden. Früher auch oft Schiel-LNB genannt. Ein Multischalter, oft auch für mehrere Ausgänge, ist bereits integriert. Der LNB ist so eingestellt, dass er gleichzeitig den Satelliten Astra 19,2° Ost sowie Hotbird 13° Ost oder Astra 23,5° Ost empfangen kann. Die beiden Satellitenpositionen werden über Toneburst oder DiSEqC gesteuert.
Ein iLNB für Astra2Connect
  • Unicable-LNB hat einen einzigen Anschluss, über diesen können mehrere Receiver über ein gemeinsames Koaxialkabel angeschlossen werden. Ein Unicable-LNB gibt dabei nicht wie sonst üblich ein komplettes Frequenzband, sondern lediglich für jeden anschließbaren Receiver ein UB (=User Band) (UB Slot ID und UB-Frequenz) aus. Die Programmwahl erfolgt im LNB für jeden Receiver getrennt über DiSEqC-gesteuerte Befehle. Die Ausgangsfrequenz am LNB ändert sich dabei nicht. Ein Unicable-LNB kann üblicherweise maximal vier Satelliten-Receiver mit Signal versorgen, manche Hersteller ermöglichen den Anschluss von bis zu 16 Receivern, das ist aber nicht standardisiert und dafür geeignete Receiver sind proprietär. Es gibt neben den reinen Unicable-LNBs auch welche mit 1 bis 3 sogenannten Legacy-Ausgängen, an denen nicht Unicable-fähige Receiver angeschlossen werden können.

Für die beiden 4-fach-Typen hat sich bisher keine einheitliche Bezeichnung durchgesetzt, was zu Missverständnissen führen kann.

Unterscheidung der LNBs durch Zusatzfunktion
  • iLNB (interaktiver LNB): Wird neuerdings bei Satellitenanlagen mit Rückkanal verwendet, hauptsächlich zum Senden und Empfangen von Internet-Signalen. Je nach Bauart kann er im Ku- oder Ka-Band zum Satelliten senden und von ihm empfangen.

Monoblock LNB[Bearbeiten]

Ein sogenannter Monoblock LNB fasst in einem Gehäuse zwei LNBs für zwei unterschiedliche Satellitenpositionen zusammen. Die Satellitenpositionen sind dabei durch das LNB-Gehäuse sowie die Größe der Parabolantenne vorgegeben. Zusätzlich ist ein DiSEqC-Relais eingebaut. Dadurch kann zwischen den beiden Satellitenpositionen mittels des DiSEqC-Signals umgeschaltet werden.

Standort[Bearbeiten]

Die zuvor beschriebenen Bauformen beziehen sich auf die in Deutschland üblichen Satellitenfernsehsysteme, die allesamt im Ku-Band arbeiten. Es gibt jedoch noch eine Vielzahl weiterer LNBs für andere Frequenzbereiche und Anwendungen, z. B. Meteosat-LNBs, L-Band-LNBs, S-Band-LNBs, C-Band-LNBs.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Rauscharme Signalumsetzer (LNBs) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien