LNB

 Aufbau und Funktion

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

1. Das Feedhorn (auch: "Hörnchen", "feed") 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 eindringt) 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 dies in der Anfangszeit des Satellitenempfangs durch mechanische Drehvorrichtungen oder Blenden 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. Dies 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 so genannten Universal-LNB verschiedene Satelliten-Frequenzbänder auf den gleichen ZF-Bereich abgebildet und so praktisch zwischen dem Lowband (überwiegend analoge Programme) und dem Highband (überwiegend digitale Programme) gewechselt werden.

Die Stromversorgung des LNB erfolgt über das Antennenkabel mittels Fernspeisung. 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 Tonfrequenz (22 kHz ±20%) alternativ das obere 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 (Digital Satellite Equipment Control) mit Rückkanal entwickelt. Dieser ermöglicht die Steuerung von bis zu 256 verschiedenen Komponenten einer Satellitenempfangsanlage. DiSEqC-Komponenten arbeiten, um die Verlustleistung (nach einer zukünftigen EG-Richtlinie) zu reduzieren, mit einer Betriebsspannung von 12 V.

Die gesamte Funktionseinheit wird oft in ein gemeinsames Wetterschutzgehäuse integriert. Neben dem Schutz vor Feuchtigkeit, Staub und Temperatureinflüssen muss dieses 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 bzw. den damit "ausgeleuchteten" Bereich auf der Erdoberfläche (auch 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 Signal und nur wenig Hintergrundstrahlung in den feed (das „Hörnchen“, eine Hohlleiterstruktur) des LNB. Bei zu geringem Verhältnis zwischen Signal und Rauschen (engl.: signal-noise-ratio, S/N Ratio, SNR), 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 das Nutzsignal zu klein.

Da die Rauschleistung des thermischen- oder Johnson-Rauschens von der Basisbandbreite abhängt, wird dies um so 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 in einer Signalkette das Signal-Rausch-Verhältnis 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 (0,6-0,7dB bei 21°C gelten als sehr gut). Niedrigere Rauschmaße von 0,2 und 0,3 dB sind im Konsumerbereich nicht möglich, da in der ersten Stufe des LNAs laut den Datenblättern der Hersteller bereits nur der Transistor alleine schon ein Eigenrauschen von ca. 0,3 dB aufweist. Das bedeutet, wenn man mehrere Verstärkerstufen (mit rauscharmen sogenannten HEMTs) hintereinanderschaltet, dass das Gesamt-Rauschmaß nur noch größer werden kann. Hierbei spielt auch die Verstärkung der einzelnen Stufen eine entscheidende Rolle. Die Rauschmaße, die bei fast allen Herstellern als kleiner 0,3dB angegeben werden (Stand 03-2006) sind völlig unrealistisch und dienen nur Marketing-Zwecken.

 

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 kritisch 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. Hierbei erfolgt neben der Verstärkung eine Umsetzung auf eine niedrigere Zwischenfrequenz (ZF), was die Verbindung zum Empfänger vereinfacht.

• Zum Empfang mehrerer Polarisationsebenen war entweder ein einem LNC vorgeschalteter Polarizer oder eine im Hohlleiter angeordnete Polarisationsweiche mit anschließend für jede Polarisation eigenem LNC notwendig.
• Für den Empfang verschiedener Satelliten-Frequenzbänder, wie vom Deutschen Fernmeldesatelliten DFS-Kopernikus erstmals im Rundfunk-Direktempfang verwendet, waren weitere darauf abgestimmte LNC notwendig.

Seit Anfang der 1990er Jahre werden im Privatbereich LNB (Low Noise Block Converter) verwendet. Der Zusatz Block bezieht sich darauf, dass von einem LNB mehrere Frequenzblöcke verschiedener Polarisation und Frequenz auf einmal verarbeitet werden;

• entweder werden sie über getrennte ZF-Signalausgänge parallel ausgegeben
• oder die Empfänger wählen mittels Steuersignalen an einen 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 oft vom LNBF (Low Noise Block Feed) oder auch vom LNF (Low Noise Feed) - Feed meint sinngemäß die Signalzuführung.

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

 

Bauformen

Unterscheidung des LNB nach dem Empfangsbereich:

Bis vor einigen Jahren waren nur für das heute so bezeichnete Lowband (10,7 - 11,7 GHz) ausgelegte LNB üblich. Seit dem Aufkommen der digitalen Technik verwendet ASTRA zusätzlich das so genannte Highband (11,7 - 12,75 GHz). LNB, die beide Frequenzbereiche direkt in das vom Receiver genutzte Frequenzband umsetzen können, wurden dann als Universal-LNB bezeichnet. Bei reinen Lowband-LNBs wird das Highband dann meistens trotzdem noch empfangen, nur liegt es in einem für handelsübliche Receiver zu hohen und daher unerreichbaren Frequenzbereich. Mit Hilfe eines vor den Receiver bzw. vor den Multischalter geschalteten zusätzlichen Frequenz(band)umsetzers kann dann meistens dennoch das Highband empfangen werden.

Unterscheidung des LNB 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 an bis zu acht Sat-Receiver.

• 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, meist 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.

• Unicable-LNB: solch ein LNB bietet 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 ein UB=Userband ("UB Slot ID" und "UB-Frequenz" (UB= UserBand) aus. Die Programmwahl erfolgt für jeden Receiver getrennt über DiSEqC-gesteuerte Befehle im LNB. 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.

Eine einheitliche Bezeichnung hat sich für die beiden 4-fach-Typen leider nicht durchgesetzt, was zu Missverständnissen führen kann.

Unterscheidung des LNB durch Zusatzfunktion:

• iLNB: wird neuerdings bei Satellitenanlagen verwendet, die einen Rückkanal aufweisen. "interaktive LNB", verwendet zum Senden und Empfangen von Internet-Signalen.

 

Installation

Bei der oben genannten Version zum Empfang von 19,2° Astra und 13° Hotbird wird ein Monoblock-LNB benötigt, auch Duo-LNB genannt. Falls der Monoblock-LNB nicht mittig auf den Arm installiert wird, so sollte der Hotbird-LNB im Brennpunkt der Schüssel liegen und der für den Astra-Satelliten links daneben. Mit Blick über den LNB auf die Schüssel.

 

Standort

Die zuvor beschriebenen Bauformen beziehen sich allesamt 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...)