LNB
Feedhorn, LN-AMP, Mixer, ZF, Line-AMP im Block
LNBs (LowNoiseBlock) für den Empfang von Satellitenfernsehen gibt es schon für kleines Geld. Der vom LNB abgedeckte Empfangs-Frequenzbereich liegt zwischen 10,7 und 12,75 GHz. Das vom LNB ausgegebene Zwischenfrequenzband (ZF) beginnt bei modernen Systemen bei 950 MHz und endet bei 2150 MHz. Dieses Frequenzband wird dann im Empfangsgerät oder im Fernsehapparat weiterverarbeitet. Innerhalb der ZF befinden sich die einzelnen Fernsehkanäle. Diese durch TV Signale belegten Bereiche eignen sich nicht für den Empfang von kosmischen Radiosignalen und sollten deshalb gemieden werden.
Ein Vergleich zwischen LNBs von verschiedenen Herstellern und unterschiedlichem Alter zeigt, dass sich der mechanische Aufbau von Speisesystemen für SAT Anlagen nur wenig verändert hat. Ursprünglich wurden häufig Parabolspiegel verwendet, deren Speisesystem mittig über dem Reflektor an mehreren Haltestreben angebracht ist. Später kamen dann so genannte Offset-Reflektoren auf den Markt. Diese Reflektoren sind so geformt, dass sie nur einen Teil eines viel größeren Paraboloids darstellen. Dadurch sitzt das Speisesystem seitlich vor und nicht mittig über dem Reflektor. Das empfangene Signal wird somit weder durch die Haltestreben noch durch das Speisesystem selbst abgeschwächt.
Offsetsysteme haben in der Regel einen sehr flachen Reflektor, während klassische Parabolspiegel oft eine tiefere Reflektorschüssel aufweisen. Über die so genannte Reflektor- oder Spiegeltiefe können diese Unterschiede deutlich gemacht werden. Dabei wird der Durchmesser des Reflektors zur Entfernung des Fokusbereiches vor dem Reflektor in Beziehung gesetzt. In der Praxis geschieht das indem die Fokuslänge durch den Reflektordurchmesser dividiert wird: F/D. Der Wert ist immer kleiner Eins. Flache Reflektoren, so wie sie häufig in Offsetsystemen verwendet werden, haben dabei ein F/D zwischen 0,9 und 0,6. Tiefe Reflektoren haben ein F/D mit einem Betrag der kleiner als 0,5 ist.
Für die Speisesysteme folgt daraus, dass sie an das jeweilige F/D Verhältnis angepasst sein müssen, um die gegebene Reflektorfläche so effektiv wie möglich ausnutzen zu können. Um maximale Effizienz zu gewährleisten muß der Öffnungswinkel des Feedhorns am Speisesystem (LNB) durch eine entsprechende Formgebung am vorderen Ende des Hörnchens angepasst sein. Die meisten der am Markt angebotenen Speisesysteme sind für Offset-Systeme mit entsprechend flachen Reflektoren gebaut. Sie haben eine viel kleineren Öffnungswinkel als Speisesysteme für tiefe Spiegel. Hier einige Beispiele dazu:
Oben sind drei tiefe Parabolsysteme abgebildet (F/D: 0,42, 0,36, 0,36) darunter sind flache Konfigurationen dargestellt (F/D: 0,89, 0,75, 0,89).
Die Abbildung rechts unten zeigt die Konfiguration unten links für einen Reflektordurchmesser von 400 cm (F/D: 0,89). Dabei befindet sich der Fokus in einer Entfernung von 357 cm vor dem Reflektor. Somit beträgt der optimale Öffnungswinkel des Speisehörnchens nur etwa 60°. Während bei einem tiefen Reflektor (0,46) der Öffnungswinkel zum Beispiel etwa 110° betragen kann. Für tiefe Reflektoren kommen Öffnungswinkel bis hin zu 180° zur Anwendung.
Diese einfache Betrachtung zeigt gut, dass preiswerte LNB´s aus dem Elektronikmarkt tiefe Reflektorsysteme nicht optimal ausnutzen können. Hilfreich für die Charakterisierung eines beliebigen Parabolreflektorsystems könnte diese Berechnung sein:
https://satlex.de/de/fdratio-params.html?
Kurz gesagt: Ein tiefer, großer Reflektor, der mit einem konventionellen SAT-TV-LNB ausgerüstet wird arbeitet dann mit einem Wirkungsgrad den vielleicht schon ein viel kleinerer, flacher Spiegel bietet. Das heißt aber auch, dass schwache Strahlungsquellen für nur mäßig angepasste Systeme nicht sichtbar sind, obwohl die reine Reflektorgröße eine große Empfindlichkeit verspricht.
Als Beispiele sind hier drei unterschiedliche LNBs abgebildet:
Links im Bild ein 11 GHz LNB aus einem modernen Camping System mit einem 40cm Reflektor, rechts daneben ein LNB aus 2005 für ein 80cm SAT-System. Der mechanische Aufbau der beiden Feeds ist mechanisch im Bereich des Strahlers tatsächlich vollkommen identisch. Diese Speisesysteme sind für flache Reflektoren ausgelegt.
Ein Feedhorn für einen großen, tiefen Spiegel (300cm) ist hier abgebildet:
Das Feed ist nicht als Trichter ausgebildet. Um den inneren Hohlleiter herum befinden sich mehrere Ringe. Damit wird ein relativ großer Öffnungswinkel erreicht. Der äußere Ring, ein so genannter Choke-Ring, sitzt mechanisch zurückversetzt gegenüber den anderen Ringen. Diese Maßnahme bewirkt eine optimale Anpassung der Antennenkeule an den großen Reflektor. Spillover, also das Überstrahlen der Reflektorfläche nach außen wird dadurch verhindert.
Der o. a. Strahler ist für einen Reflektor mit F/D ~ 0,4 optimiert. TV-Speisesysteme für Offsetantennen sind in der Regel für F/D > 0,6 optimiert.
Sollen sehr schwache Signale detektiert werden, sollte das Speisesystem so wenig wie möglich Eigenrauschen produzieren. Ein Kennwert, der von Herstellern häufig den LNB´s zugeordnet wird ist mit NF (Noisefigure) bezeichnet. Dabei werden nicht selten Werte um 0,1 dB angegeben. Der messtechnische Nachweis dieses Wertes ist nur relativ aufwendig zu bewerkstelligen. Für ein einfaches Qualitätsurteil genügt es jedoch die Verstärkung unterschiedlicher LNB´s an einer Signalquelle zu vergleichen.
Der Aufwand dafür hält sich in Grenzen.