Rauscharmer Signalumsetzer

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 Fiberoptikkabeln und den Empfang mit einem Satellitenreceiver.

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

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

LNB zerlegt. Link: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 passenden Abmessungen. Es dient der Impedanzanpassung und erfüllt als Hohlleiterstruktur auch eine Filterfunktion gegen Fremdeinstrahlung. Das zum Parabolspiegel zeigende Ende ist offen (für elektromagnetische Wellen; eine Schutzkappe aus Kunststoff verhindert jedoch, dass Staub oder Wasser eindringen) und lässt die Wellen eintreten. Am anderen Ende befinden sich die Erreger der Antennenkonstruktion, d. h. der Übergang von Hohlleiter auf Streifenleiter.
2. Viele LNB sind in der Lage, die Polarisationsmodi der einfallenden Wellen (horizontale, vertikale oder zirkulare Polarisation) zu trennen. 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 entsprechend angeordneten Dipolantennen.
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 problemlos an den Satellitenreceiver mit normalem Koaxialkabel verlustarm weiterleiten zu können. Hochfrequenztechnisch wird die Umsetzung 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). Beim Universal-LNB (10,7–12,75 GHz) kann mit einer überlagerten Schaltfrequenz (22 kHz ±20 %) alternativ das neu hinzugekommene Highband 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 mit Rückkanal entwickelt. Dieser ermöglicht die Steuerung von bis zu 256 verschiedenen Komponenten einer Satellitenempfangsanlage. DiSEqC-Komponenten arbeiten, um die Verlustleistung zu reduzieren, mit einer Betriebsspannung von 12 Volt.

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 (ggf. auch als Schnee oder Eis) anhaften können.

Problemfelder des Satellitenempfangs

Vergegenwärtigt man sich die Sendekeule eines Satelliten, also seine Ausleuchtungszone auf der Erdoberfläche (englisch footprint genannt), so 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 Abstand zwischen Signal und Rauschen (Signal-Rausch-Verhältnis, 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) hintereinanderschaltet werden. Hierbei spielt auch die Verstärkung der einzelnen Stufen eine entscheidende Rolle. Die Rauschmaße, die bei fast allen Herstellern als kleiner 0,3 dB angegeben werden (Stand 03-2006) sind völlig unrealistisch und dienen nur Marketing-Zwecken.

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 LNB mit dünner Folienabdeckung angeboten, um einen nochmals geringeren Dämpfungswert zu erreichen. Diese sind jedoch sehr empfindlich und schwierig zu reinigen.

Ursprung der Bezeichnung

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 und 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 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 einem LNC vorgeschalteter Polarisator oder eine im Hohlleiter angeordnete Polarisationsweiche mit anschließend für jede Polarisation eigenem LNC 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

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.

Unterscheidung der LNBs nach dem Empfangsbereich

Bis vor einigen Jahren waren nur für das heute so bezeichnete Low-Band (10,7–11,7 GHz) ausgelegte LNBs üblich. Seit dem Aufkommen der digitalen Technik verwendet Astra 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. Digitaltaugliche Anlagen benötigen einen solchen Universal-LNB. 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.

Unterscheidung der LNBs nach Anzahl 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. 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.

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. Diese werden hauptsächlich zum Senden und Empfangen von Internet-Signalen verwendet. Ein iLNB kann je nach Art im Ku- oder Ka-Band zum Satelliten senden und von ihm Empfangen.

Standort

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

• Einkabelsystem
• Satblock-Verteilung
• Skew (Satellit)

Weblinks

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

• LNB-Arten
• ASTRA Recommendations