Un convertidor reductor de bajo ruido ( LNB ) es un dispositivo receptor montado en antenas parabólicas que se utiliza para la recepción de televisión por satélite y que recoge las ondas de radio de la antena y las convierte en una señal que se envía a través de un cable al receptor dentro del edificio. También llamado convertidor reductor de bajo ruido ( LNC ) [1] [2] o incluso convertidor reductor de bajo ruido ( LND ) [3] , el dispositivo a veces se denomina incorrectamente amplificador de bajo ruido ( LNA ) [4] .
El LNB es una combinación de amplificador de bajo ruido, mezclador de frecuencia , oscilador local y amplificador de frecuencia intermedia (FI). Funciona como el extremo frontal de RF del receptor de satélite, recibiendo la señal de microondas del satélite recogida por la antena parabólica, amplificándola y convirtiendo el bloque de frecuencias a un bloque más bajo de frecuencias intermedias (FI). Esta conversión descendente permite que la señal se transmita al receptor de televisión por satélite de interior mediante un cable coaxial relativamente barato ; si la señal permaneciera en su frecuencia de microondas original, requeriría una línea de guía de ondas costosa y poco práctica .
El LNB es generalmente una pequeña caja suspendida sobre uno o más brazos cortos, o brazos de alimentación, frente al reflector de la antena, en su foco (aunque algunos diseños de antenas tienen el LNB sobre o detrás del reflector). La señal de microondas de la antena es captada por una bocina de alimentación en el LNB y se envía a una sección de guía de ondas. Uno o más pines de metal, o sondas, sobresalen en la guía de ondas en ángulos rectos con el eje y actúan como antenas , alimentando la señal a una placa de circuito impreso dentro de la caja blindada del LNB para su procesamiento. La señal de salida de FI de frecuencia más baja emerge de un zócalo en la caja al que se conecta el cable coaxial.
El LNB obtiene su energía del receptor o del decodificador , utilizando el mismo cable coaxial que transporta las señales del LNB al receptor. Esta alimentación fantasma viaja al LNB, en sentido opuesto a las señales del LNB.
En la antena parabólica de la estación terrestre de satélite ( de enlace ascendente ) se utiliza un componente correspondiente, llamado convertidor ascendente de bloque (BUC), para convertir la banda de canales de televisión a la frecuencia de enlace ascendente de microondas.
La señal que recibe el LNB es extremadamente débil y debe ser amplificada antes de la conversión descendente. La sección del amplificador de bajo ruido del LNB amplifica esta señal débil mientras agrega la mínima cantidad posible de ruido a la señal.
La calidad de bajo nivel de ruido de un LNB se expresa como factor de ruido (o, a veces , temperatura de ruido ). Esta es la relación señal/ruido en la entrada dividida por la relación señal/ruido en la salida. Normalmente se expresa como un valor en decibeles (dB). El LNB ideal, en realidad un amplificador perfecto, tendría un factor de ruido de 0 dB y no agregaría ruido a la señal. Cada LNB introduce algo de ruido, pero las técnicas de diseño inteligentes, los costosos componentes de alto rendimiento y bajo nivel de ruido, como los HEMT , e incluso el ajuste individual del LNB después de la fabricación, pueden reducir parte del ruido que aportan los componentes del LNB. El enfriamiento activo a temperaturas muy bajas también puede ayudar a reducir el ruido y se utiliza a menudo en aplicaciones de investigación científica.
Cada LNB que sale de la línea de producción tiene un factor de ruido diferente debido a las tolerancias de fabricación . El factor de ruido indicado en las especificaciones, importante para determinar la idoneidad del LNB, normalmente no es representativo de ese LNB en particular ni del rendimiento en todo el rango de frecuencias, ya que el factor de ruido que se indica con más frecuencia es el promedio típico del lote de producción.
Los satélites utilizan frecuencias de radio comparativamente altas ( microondas ) para transmitir sus señales de televisión . Como las señales de satélite de microondas no pasan fácilmente a través de paredes , techos o incluso ventanas de vidrio , es preferible que las antenas de satélite se instalen en exteriores. Sin embargo, el vidrio de plástico es transparente a las microondas y las antenas parabólicas residenciales se han ocultado con éxito en interiores mirándolas a través de ventanas de acrílico o policarbonato para preservar la estética externa de la casa. [5]
El propósito del LNB es utilizar la heterodinación para tomar un bloque (o banda ) de frecuencias relativamente altas y convertirlas en señales similares transportadas a una frecuencia mucho más baja (llamada frecuencia intermedia o IF). Estas frecuencias más bajas viajan a través de cables con mucha menos atenuación , por lo que queda mucha más señal en el extremo del receptor satelital del cable. También es mucho más fácil y económico diseñar circuitos electrónicos que funcionen a estas frecuencias más bajas, en lugar de las frecuencias muy altas de la transmisión satelital.
La conversión de frecuencia se realiza mezclando una frecuencia fija producida por un oscilador local dentro del LNB con la señal entrante, para generar dos señales iguales a la suma de sus frecuencias y la diferencia. La señal de suma de frecuencias se filtra y la señal de diferencia de frecuencia (la FI) se amplifica y se envía por el cable al receptor:
donde es una frecuencia.
La frecuencia del oscilador local determina qué bloque de frecuencias entrantes se convierte a las frecuencias esperadas por el receptor. Por ejemplo, para convertir a frecuencias inferiores las señales entrantes del Astra 1KR , que transmite en un bloque de frecuencia de 10,70 a 11,70 GHz, a un rango de sintonización de FI de un receptor europeo estándar de 950 a 2150 MHz, se utiliza una frecuencia de oscilador local de 9,75 GHz, lo que produce un bloque de señales en la banda de 950 a 1950 MHz.
Para el bloque de frecuencias de transmisión más altas que utilizan Astra 2A y 2B (11,70–12,75 GHz), una frecuencia de oscilador local diferente convierte el bloque de frecuencias entrantes. Normalmente, se utiliza una frecuencia de oscilador local de 10,60 GHz para convertir el bloque a 1100–2150 MHz, que todavía está dentro del rango de sintonización de FI de 950–2150 MHz del receptor. [6]
En una configuración de antena de banda C, las frecuencias de transmisión suelen ser de 3,7 a 4,2 GHz. Al utilizar una frecuencia de oscilador local de 5,150 GHz, la FI será de 950 a 1450 MHz, que nuevamente está dentro del rango de sintonización de FI del receptor.
Para la recepción de portadoras de televisión por satélite de banda ancha , típicamente de 27 MHz de ancho, la precisión de la frecuencia del oscilador local del LNB solo necesita ser del orden de ±500 kHz, por lo que se pueden utilizar osciladores dieléctricos (DRO) de bajo costo. Para la recepción de portadoras de ancho de banda estrecho o que utilizan técnicas de modulación avanzadas , como 16-QAM , se requieren osciladores locales del LNB altamente estables y con bajo ruido de fase. Estos utilizan un oscilador de cristal interno o una referencia externa de 10 MHz de la unidad interior y un oscilador de bucle de enganche de fase (PLL) .
Con el lanzamiento del primer satélite de transmisión DTH en Europa ( Astra 1A ) por SES en 1988, el diseño de antenas se simplificó para el mercado masivo previsto. En particular, el alimentador (que recoge la señal y la dirige al LNB) y el polarizador (que selecciona entre señales polarizadas de forma diferente) se combinaron con el propio LNB en una sola unidad, llamada alimentador de LNB o alimentador de LNB (LNBF), o incluso un LNB "tipo Astra". La prevalencia de estas unidades combinadas ha significado que hoy en día el término LNB se utiliza comúnmente para referirse a todas las unidades de antena que proporcionan la función de conversión descendente de bloque, con o sin alimentador.
El tipo Astra LNBF, que incluye una bocina de alimentación y un polarizador, es la variedad más común y se fija a una antena parabólica mediante un soporte que sujeta un collar alrededor del cuello de la guía de ondas del LNB, entre la bocina de alimentación y el paquete electrónico. El diámetro del cuello y el collar del LNB suele ser de 40 mm, aunque también se fabrican otros tamaños. En el Reino Unido, el "miniparabólico" que se vende para su uso con Sky Digital y Freesat utiliza un LNBF con un soporte de sujeción integrado.
Los LNB sin una bocina de alimentación incorporada generalmente se proporcionan con una brida (C120) alrededor de la boca de la guía de ondas de entrada que está atornillada a una brida correspondiente alrededor de la salida de la bocina de alimentación o la unidad polarizadora.
Es habitual polarizar las señales de televisión por satélite porque permite transmitir más canales de televisión utilizando un bloque de frecuencias determinado. Este enfoque requiere el uso de equipos de recepción que puedan filtrar las señales entrantes en función de su polarización. De este modo, se pueden transmitir dos señales de televisión por satélite en la misma frecuencia (o, más habitualmente, en frecuencias muy próximas entre sí) y, siempre que estén polarizadas de forma diferente, el equipo de recepción puede separarlas y mostrar la que se necesite en ese momento.
En todo el mundo, la mayoría de las transmisiones de televisión por satélite utilizan polarización lineal vertical y horizontal , pero en América del Norte, las transmisiones DBS utilizan polarización circular izquierda y derecha . Dentro de la guía de ondas de un LNB DBS de América del Norte se utiliza una placa de material dieléctrico para convertir las señales polarizadas circulares izquierda y derecha en señales polarizadas lineales verticales y horizontales, de modo que las señales convertidas puedan tratarse de la misma manera.
La sonda dentro de la guía de ondas del LNB recoge señales que están polarizadas en el mismo plano que la sonda. Para maximizar la fuerza de las señales deseadas (y minimizar la recepción de señales no deseadas de polarización opuesta), la sonda se alinea con la polarización de las señales entrantes. Esto se logra de manera más simple ajustando la inclinación del LNB ; su rotación sobre el eje de la guía de ondas. Para seleccionar de forma remota entre las dos polarizaciones y para compensar las imprecisiones del ángulo de inclinación, solía ser común colocar un polarizador frente a la boca de la guía de ondas del LNB. Esto hace girar la señal entrante con un electroimán alrededor de la guía de ondas (un polarizador magnético) o hace girar una sonda intermedia dentro de la guía de ondas utilizando un servomotor (un polarizador mecánico), pero estos polarizadores de inclinación ajustables rara vez se utilizan hoy en día.
La simplificación del diseño de antenas que acompañó a los primeros satélites de transmisión DTH de Astra en Europa que produjeron el LNBF se extendió a un enfoque más simple para la selección entre señales polarizadas verticales y horizontales también. Los LNBF de tipo Astra incorporan dos sondas en la guía de ondas, en ángulos rectos entre sí, de modo que, una vez que el LNB se ha inclinado en su soporte para que coincida con el ángulo de polarización local, una sonda recoge señales horizontales y la otra verticales, y un interruptor electrónico (controlado por el voltaje de la fuente de alimentación del LNB desde el receptor: 13 V para vertical y 18 V para horizontal) determina qué polarización se transmite a través del LNB para amplificación y conversión descendente de bloque.
Estos LNB pueden recibir todas las transmisiones de un satélite sin partes móviles y con solo un cable conectado al receptor, y desde entonces se han convertido en el tipo de LNB más común producido.
A continuación se muestra un ejemplo de un LNB de banda C de América del Norte :
A continuación se muestra un ejemplo de un LNB lineal estándar:
En Europa, a medida que SES lanzó más satélites Astra a la posición orbital 19,2°E en la década de 1990, el rango de frecuencias de enlace descendente utilizadas en la banda FSS (10,70–11,70 GHz) creció más allá de lo que cubrían los LNB y receptores estándar de la época. La recepción de señales de Astra 1D requirió una extensión del rango de sintonización de FI de los receptores de 950 a 1.950 MHz a 950–2.150 MHz y un cambio de la frecuencia del oscilador local de los LNB de los 10 GHz habituales a 9,75 GHz (los llamados LNB "mejorados").
El lanzamiento del Astra 1E y los satélites posteriores supuso el primer uso por parte de Astra de la banda de frecuencias BSS (11,70-12,75 GHz) para nuevos servicios digitales y requirió la introducción de un LNB que recibiera todo el rango de frecuencias de 10,70-12,75 GHz, el LNB "Universal".
Un LNB universal tiene una frecuencia de oscilador local conmutable de 9,75/10,60 GHz para proporcionar dos modos de funcionamiento: recepción de banda baja (10,70–11,70 GHz) y recepción de banda alta (11,70–12,75 GHz). La frecuencia del oscilador local se conmuta en respuesta a una señal de 22 kHz superpuesta a la tensión de alimentación del receptor conectado. Junto con el nivel de tensión de alimentación utilizado para cambiar entre polarizaciones, esto permite que un LNB universal reciba ambas polarizaciones (vertical y horizontal) y el rango completo de frecuencias en la banda Ku del satélite bajo el control del receptor, en cuatro subbandas: [7]
A continuación se muestra un ejemplo de un LNB universal utilizado en Europa:
A continuación se muestra un ejemplo de un LNB utilizado para DBS :
A continuación se muestran ejemplos de LNB de banda K :
A continuación se muestra un ejemplo de un LNB de banda A de Norsat K :
A continuación se muestra un ejemplo de un LNB de banda S :
Este rango de frecuencia de LNB es bastante raro, ya que los únicos satélites de transmisión directa que funcionan con la frecuencia de banda S son IndoStar-1 e IndoStar-2 , ambos utilizados por el proveedor de transmisión directa al hogar de Indonesia MNC Vision . Se eligió la banda S para estos satélites porque sus frecuencias penetran eficientemente la atmósfera y brindan transmisiones de alta calidad a antenas de diámetro pequeño de 80 cm en regiones que experimentan fuertes lluvias, como Indonesia. Un rendimiento de recepción similar en banda Ku o C requiere una mayor potencia de transmisión o una antena parabólica mucho más grande para penetrar la atmósfera húmeda.
Un LNB con una bocina de alimentación única pero con múltiples salidas para conectar a múltiples sintonizadores (en receptores separados o dentro del mismo receptor en el caso de un receptor PVR con sintonizador doble). Normalmente, se proporcionan dos, cuatro u ocho salidas. Cada salida responde a las señales de selección de banda y polarización del sintonizador independientemente de las otras salidas y "aparece" ante el sintonizador como un LNB independiente. Este tipo de LNB normalmente puede obtener su energía de un receptor conectado a cualquiera de las salidas. Las salidas no utilizadas pueden dejarse sin conectar (pero impermeabilizadas para proteger todo el LNB).
Nota: En los EE. UU., un LNB con dos salidas se denomina "LNB dual", pero en el Reino Unido el término "LNB dual" describía históricamente un LNB con dos salidas, cada una de las cuales produce solo una polarización, para la conexión a un multiconmutador (el término y los LNB dejaron de usarse con la introducción del LNB universal y el multiconmutador equivalente, el LNB quattro; consulte a continuación). Hoy en día, "LNB dual" (y "alimentación dual") describe antenas para recepción desde dos posiciones de satélite, utilizando dos LNB separados o un solo LNB monobloque con dos bocinas de alimentación. En el Reino Unido, el término "LNB de doble salida", o simplemente "LNB doble", se usa generalmente para un LNB con una sola bocina de alimentación pero dos salidas independientes. [3]
Un tipo especial de LNB (que no debe confundirse con el LNB cuádruple) diseñado para usarse en una instalación de antena compartida para enviar señales a cualquier número de sintonizadores. Un LNB quattro tiene una bocina de alimentación única y cuatro salidas, cada una de las cuales suministra solo una de las subbandas Ku (banda baja/polarización horizontal, banda alta/polarización vertical, baja/vertical y alta/horizontal) a un multiconmutador o una matriz de multiconmutadores, que luego envía a cada sintonizador conectado la subbanda que requiera ese sintonizador. [8]
Aunque un LNB quattro suele parecerse a un LNB cuádruple, no se puede conectar (sensatamente) a receptores directamente. Observe nuevamente la diferencia entre un LNB cuádruple y un LNB quattro: un LNB cuádruple puede controlar cuatro sintonizadores directamente, y cada salida proporciona señales de toda la banda Ku . Un LNB quattro se utiliza para conectarlo a un multiconmutador en un sistema de distribución de antena parabólica compartida y cada salida proporciona solo una cuarta parte de las señales de la banda Ku .
También se pueden conectar varios sintonizadores desde un enrutador de canal satelital (SCR) o un LNB unicable en un sistema de distribución de un solo cable . Un LNB unicable tiene un conector de salida, pero funciona de manera diferente a los LNB estándar, por lo que puede conectar varios sintonizadores en cadena a lo largo de un solo cable coaxial.
En lugar de convertir en bloque todo el espectro recibido, un LNB SCR convierte en bloque una pequeña sección de la señal recibida (equivalente al ancho de banda de un único transpondedor en el satélite) seleccionada de acuerdo con un comando compatible con DiSEqC del receptor, para emitir a una frecuencia fija en la FI. Se pueden asignar hasta 32 sintonizadores a una frecuencia diferente en el rango de FI y, para cada uno de ellos, el LNB SCR convierte en bloque el transpondedor solicitado individualmente correspondiente. [9]
La mayoría de los LNB SCR también incluyen un modo de operación heredado o una salida heredada separada que proporciona el bloque de espectro recibido convertido a todo el rango de FI de la manera convencional.
Los LNB de banda ancha universales ASTRA con una frecuencia de oscilador de 10,40 o 10,41 GHz están entrando en el mercado. La banda de frecuencia intermedia es mucho más amplia que en un LNB convencional, ya que la banda alta y la baja no están divididas.
Las señales LNB de banda ancha pueden ser aceptadas por los nuevos sintonizadores de banda ancha y por los nuevos sistemas SCR (por ejemplo, Inverto/Fuba, [10] Unitron, [11] Optel, [12] GT-Sat/Astro), con o sin transmisión óptica. Las señales de banda ancha pueden convertirse en señales quattro convencionales [13] y viceversa. [14]
En febrero de 2016, Sky (Reino Unido) lanzó un nuevo LNB compatible únicamente con su nuevo sintonizador de banda ancha. [15] Este LNB tiene un puerto para todos los canales polarizados verticales, tanto de banda baja como alta, y otro puerto para todos los canales horizontales de banda baja y alta. El modelo básico tiene solo 2 conexiones y presumiblemente tiene un oscilador local de 10,41 GHz con una frecuencia intermedia de 290-2340 MHz desde una entrada de 10,7-12,75 GHz. Este LNB parece ser el mismo que el LNB de banda ancha universal ASTRA de Unitron. [16] Se necesitan dos cables como mínimo para acceder a todos los canales. En la caja Sky Q, varios sintonizadores pueden seleccionar varios canales, más de los dos habituales para los sistemas coaxiales duales. Este tipo de LNB es incompatible con el LNB universal Astra más común que se usa en el Reino Unido, lo que significa que el LNB se cambia durante la actualización. Existe un modelo de LNB con 6 conexiones, 2 para Sky Q y 4 Astra Universal LNB para usuarios con múltiples sistemas heredados como Freesat además de Sky Q. En casos donde solo es posible un único cable, como bloques de apartamentos, se pueden utilizar multiconmutadores compatibles con Sky Q, que en su lugar utilizan SCR BSkyB. [17]
Los LNB para sistemas de distribución satelital de fibra funcionan de manera similar a los LNB eléctricos convencionales, excepto que las cuatro subbandas en todo el espectro de la banda Ku de 10,70 a 12,75 GHz a través de dos polarizaciones de señal se convierten simultáneamente en bloques descendentes (como en un LNB quattro). Las FI de las cuatro subbandas se apilan para crear una FI con un rango de 0,95 a 5,45 GHz (un ancho de banda de 4,5 GHz), que se modula en una señal óptica utilizando un láser semiconductor para enviarla por el cable de fibra.
En el receptor, la señal óptica se convierte nuevamente en la señal eléctrica tradicional para "aparecer" ante el receptor como un LNB convencional. [18]
Un LNB monobloque (o monobloc) es una unidad única que comprende dos, tres o cuatro LNB y un conmutador DiSEqC , diseñado para recibir señales de dos, tres o cuatro satélites espaciados muy cerca uno del otro y para enviar la señal seleccionada al receptor. Las bocinas de alimentación de los dos LNB están a una distancia fija entre sí para la recepción de satélites con una separación orbital particular (a menudo 6°, pero también 4°). Aunque se puede lograr la misma funcionalidad con LNB separados y un conmutador, un LNB monobloque, construido en una unidad, es más cómodo de instalar y permite que las dos bocinas de alimentación estén más cerca entre sí que los LNB con carcasa individual (normalmente de 60 mm de diámetro). La distancia entre las bocinas de alimentación depende de la separación orbital de los satélites que se van a recibir, del diámetro y la longitud focal de la antena parabólica utilizada y de la posición del sitio de recepción en relación con los satélites. Por lo tanto, los LNB monobloque suelen ser una solución de compromiso diseñada para funcionar con antenas parabólicas estándar en una región particular. [19] Por ejemplo, en algunas partes de Europa, los monobloques diseñados para recibir los satélites Hot Bird y Astra 19,2°E son populares porque permiten la recepción de ambos satélites en una sola antena sin necesidad de una antena motorizada costosa, lenta y ruidosa. Una ventaja similar la proporciona el LNB dúo para la recepción simultánea de señales de las posiciones Astra 23,5°E y Astra 19,2°E .
También están disponibles unidades LNB monobloque triples, que permiten a los usuarios recibir tres satélites:
Por ejemplo, Hotbird 13°E , Eutelsat 16°E y Astra 19,2°E o lo mismo se puede utilizar para las posiciones: Eutelsat 7°E , Eutelsat 10°E y Hotbird 13°E . Este monobloque se puede utilizar para otras posiciones con el mismo espaciado (3°+3°=6° de espaciado).
Otro ejemplo muy popular para diferentes espaciamientos es: Astra 1: 19,2°E , Astra 3: 23,5°E y Astra 2: 28,2°E (espaciado de 4,3°+4,7°=9°).
También hay disponibles cuatro unidades LNB monobloque de alimentación, que permiten a los usuarios recibir señales de cuatro satélites, por ejemplo, Eurobird 9°E , Hotbird 13°E , Astra 19,2°E y Astra 23,5°E (espaciado 4°+6,2°+4,3°=14,5°).
La mayoría de los receptores que se venden hoy en día son compatibles al menos con DiSeqC 1.0 , lo que permite cambiar automáticamente entre 4 satélites (todos LNB Monoblock contemporáneos ), cuando el usuario cambia de canal en el control remoto.
Es posible que la humedad en un LNB se congele, lo que provoca la acumulación de hielo a temperaturas muy bajas. Esto solo es probable que ocurra cuando el LNB no recibe energía del receptor de satélite (es decir, no se están viendo programas). Para combatir esto, muchos receptores de satélite ofrecen una opción para mantener el LNB encendido mientras el receptor está en modo de espera. De hecho, la mayoría de los LNB se mantienen encendidos porque esto ayuda a estabilizar la temperatura y, por lo tanto, la frecuencia del oscilador local mediante el calor disipado de los circuitos del LNB. En el caso de los receptores BSkyB del Reino Unido , el LNB permanece encendido mientras está en modo de espera para que el receptor pueda recibir actualizaciones de firmware y actualizaciones de la Guía electrónica de programas . En los Estados Unidos, el LNB conectado a un receptor Dish Network permanece encendido para que el sistema pueda recibir actualizaciones de software y firmware e información de guía por aire durante la noche. En Turquía, otro tipo de LNB, los MDU Digiturk, se mantienen encendidos para recibir contenido VOD , firmware STB, datos EPG y claves de TV de pago para ver contenido cifrado.
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