Satelliten-TV Empfang: Antennen, LNBs & Komponenten

Empfangsstation Satelliten-TV: Aufbau und Komponenten

Eine Empfangsstation für Satelliten-TV besteht aus drei Hauptkomponenten: der Antenne, dem Außengerät (LNB) und dem Innengerät (Receiver).

Die Antenne: Funktion und Aufbau

Die Hauptaufgabe der Antenne ist es, die Signale vom Satelliten zu erfassen und die elektromagnetischen Wellen in elektrische Signale umzuwandeln. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Feeder und einem Parabolspiegel.

Der Reflektor: Material und Schutz

Der Reflektor empfängt die Signale von den Satelliten. Er wird in einem Stück aus Fiberglas, Aluminium oder Stahl gefertigt und ist mit einer Schicht aus Polyester-Lack beschichtet, um Korrosion zu verhindern.

Antennenhalterung und Ausrichtung

Die Halterung des Reflektors hält die Antenne auf den Satelliten ausgerichtet.

Klemmstangen: Befestigung des Außengeräts

Klemmstangen, die nur bei einigen Antennentypen vorkommen, dienen dazu, das Außengerät zu befestigen.

Parabolreflektoren: Form und Funktion

Parabolreflektoren haben diese Form, um die maximale Menge elektromagnetischer Wellen vom Satelliten zu erfassen und die gesamte Energie in einem einzigen Punkt der Antenne zu bündeln.

Arten von Reflektoren

• Zentrisch-fokussierte Antenne
• Offset-Parabolantenne
• Flachantenne

Zentrisch-fokussierte Antenne

Dieser Antennentyp ist durch die Form des Reflektors definiert, auf der die anderen Reflektortypen basieren. Der Feeder befindet sich in der Mitte der Parabel (Fokus) und konzentriert das Signal der Antenne. Der Wirkungsgrad beträgt ca. 60%. Ein Nachteil ist der Schatten, den der im Fokus befindliche Feeder auf den Parabolspiegel wirft.

Offset-Parabolantenne

Eine Offset-Parabolantenne ist ein Reflektor, der durch einen Ausschnitt einer Parabel gebildet wird. Die Spiegelfläche ist kleiner als die einer zentrisch-fokussierten Antenne. Das Außengerät (LNB) befindet sich nicht im Zentrum, sondern wird von einem Arm gestützt, der zum Brennpunkt führt. Dadurch wird ein Schattenwurf auf den Reflektor vermieden. Der Wirkungsgrad beträgt ca. 70%.

Flachantenne

Flachantennen basieren auf einem Cluster kleiner, elementarer Antennenkonfigurationen, die für optimale Leistung (ca. 80%) richtig gespeist werden. Vorteile sind der geringe Platzbedarf und ein höherer Abstrahlwinkel. Sie werden verwendet, um Signale von Satelliten mit hoher Sendeleistung zu empfangen und sind rund oder quadratisch.

Multifokale (Toroidal) Antennen

Multifokale Antennen, auch Toroidal-Antennen genannt, bestehen aus einem ringförmigen elliptischen Subreflektor und einer Antenne, wobei mehrere Feeder verwendet werden. Ohne externe Bewegung können sie Signale von mehreren Satelliten in verschiedenen Umlaufbahnen und Positionen empfangen. Es können sich bis zu 16 Feeder (LNBs) anbringen lassen.

Cassegrain- und Gregorian-Antennen

Cassegrain- und Gregorian-Antennen sind Antennen, deren Brennpunkt in der Regel einen zweiten Reflektor, den sogenannten Subreflektor, nutzt. Das Außengerät (LNB) befindet sich im zentralen Hauptreflektor. Sie werden in der Radioastronomie und für das Satelliten-Tracking eingesetzt.

Der Feeder: Signalaufnahme und Aufbau

Der Feeder ist das Element, das für die Sammlung des Signals der Parabel verantwortlich ist. Er sollte im Fokus der Parabel platziert werden, wo alle von der Parabel eingefangenen elektromagnetischen Wellen konzentriert und auf den Feeder geleitet werden. Er besteht aus einem Horn, einem Wellenleiter und einer Sonde.

Das Horn (Speisehorn)

Das Horn ist der Teil des Feeders, der die von der Parabel reflektierten elektromagnetischen Wellen empfängt. Die Form hängt vom Antennentyp ab (z.B. für Offset-Antennen, konisch glatt oder gewellt für zentrisch-fokussierte Antennen, Drossel-Zylinder mit konzentrischen Ringen). Der Eingang des Horns muss durch ein geeignetes Material geschützt werden, das den Durchgang von elektromagnetischen Wellen ermöglicht und das Eindringen von Staub, Wasser, Insekten usw. verhindert.

Der Wellenleiter

Der Wellenleiter ist für die Leitung der vom Horn erfassten elektromagnetischen Wellen zur Sonde verantwortlich. Er bildet zusammen mit dem Horn einen einheitlichen Block aus Messing, Kupfer, Silber o.ä. Konstruktiv ist er als runde oder rechteckige Röhre ausgeführt.

Die Sonde

Die Sonde ist im Wellenleiter untergebracht und durch ein isolierendes Medium getrennt. Ihre Aufgabe ist es, die hochfrequenten elektromagnetischen Wellensignale in elektrischen Strom umzuwandeln, der das elektrische Signal an einen rauscharmen Verstärker im LNB weiterleitet.

Das Außengerät (LNB): Funktion und Aufbau

Das Außengerät (LNB) ist die Komponente, die die vom Satelliten empfangenen Signale verarbeitet. Es wird im Brennpunkt des Reflektors platziert, entweder durch Stäbe bei Primärfokus-Antennen oder durch einen Tragarm bei Offset-Antennen. Es besteht aus Polarisations- und Wandlerkomponenten.

Der Polarisator: Typen und Funktion

Der Polarisator liegt zwischen dem Feeder und dem LNB. Je nach Polarität können sie unterteilt werden in:

• Lineare Polarisatoren (Orthomode- und Diskriminator-Typen)
• Zirkulare Polarisatoren

Orthomode-Linearpolarisator

Er ermöglicht die gleichzeitige Verfügbarkeit von Satelliten-TV-Signalen in vertikaler (V) und horizontaler (H) Polarisation. Er besitzt zwei Wellenleiter und zwei LNB-Anschlüsse. Seine Nutzung ist heute praktisch überflüssig.

Diskriminator-Linearpolarisator

Dieser Typ ist nicht für den Einsatz in gemeinsamen TV-Empfangsanlagen geeignet. Obwohl er Signale unterschiedlicher Polaritäten empfangen kann, ist es nicht möglich, mehrere Kanäle unterschiedlicher Polarität gleichzeitig an verschiedene Fernsehgeräte zu liefern.

Zirkularpolarisator

Die Diskriminierung der Signale erfolgt durch eine im Feeder selbst angebrachte Isolierfolie. Die Position dieser Folie bestimmt die Diskriminierung zwischen links- und rechtszirkularer Polarisation.

Der LNB-Konverter: Frequenzumsetzung

Die Frequenz des Satelliten-Downlinks ist zu hoch, um direkt über Koaxialkabel in Gebäuden verteilt zu werden. Um dies zu ermöglichen, wird ein Gerät im Brennpunkt der Parabel benötigt, das das Mikrowellensignal in einen niedrigeren Frequenzbereich umwandelt, der als erste oder Zwischenfrequenz (ZF) bezeichnet wird und verteilt werden kann. Der Konverter wird über das Koaxialkabel mit der entsprechenden Gleichspannung (15 oder 20 V DC) versorgt, die auch zur Signalübertragung dient. Das Frequenzband für die ZF-Verteilung liegt zwischen 950 MHz und 2150 MHz. Da das gesamte Satellitenband von 10,7 bis 12,75 GHz nicht auf 950 bis 2150 MHz umgesetzt werden kann, werden Teilbereiche der beiden Unterbänder (Low-Band: 10,7-11,7 GHz und High-Band: 11,7-12,75 GHz) ausgewählt.

LNB-Funktionsweise und Signalverarbeitung

Um dies zu realisieren, verfügen LNBs über:

• Einen Polaritätsschalter am Eingang mit zwei orthogonalen Resonatoren für die beiden Polaritäten (H und V).
• Zwei Eingangsverstärker (einen für jede Polarität).
• Einen Band-Diskriminator (zwei lokale Oszillatoren).

Die Polaritätsauswahl erfolgt standardisiert durch eine Spannungsänderung: 10-15 V für vertikale und 16-20 V für horizontale Polarisation. Zusätzlich wird ein 22-kHz-Ton zur Umschaltung zwischen Low- und High-Band verwendet. Zur Bandumsetzung wird das gewählte Eingangssignal (über Resonator und Verstärker) mit einem lokalen Oszillator gemischt. Bei dieser Mischung treten Frequenzaddition und -subtraktion auf, und durch Filterung wird das ZF-Signal im gewünschten Band erzeugt.

Bestandteile eines LNB

• Rauscharmer Vorverstärker (LNA)
• Lokaler Oszillator
• ZF-Verstärker

Rauscharmer Vorverstärker (LNA)

Er verstärkt die sehr schwachen Signale, die vom Wellenleiter kommen, um etwa 10 dB.

Lokaler Oszillator

Er wandelt die Frequenz des Antennensignals in den ZF-Bereich (950-2150 MHz) um. Diese Umwandlung ist entscheidend, um das Signal über ein Koaxialkabel übertragen zu können.

ZF-Verstärker

Seine Aufgabe ist es, die am Ausgang des Konverters erhaltene Zwischenfrequenz (ZF) zu verstärken. Er hebt das Signal auf Werte zwischen 30 und 40 dB an, was zusammen mit dem 10-dB-Vorverstärker eine Gesamtverstärkung von 40 bis 50 dB für den LNB ergibt.

Wichtige LNB-Spezifikationen

• Eingangsfrequenzbereich
• Ausgangsfrequenzbereich
• Konversionsverstärkung (nicht mehr als 60 dB)
• Lokale Oszillatorfrequenz
• Oszillator-Phasenrauschen
• Rauschmaß (wichtig: weniger als 1 dB)

LNB-Typen

Universal-LNB

Er ermöglicht dem Benutzer den Empfang der gesamten Übertragungskapazität von Satelliten. Er schaltet die Polarität und das Band (Low/High) durch die Versorgungsspannung und einen 22-kHz-Ton. Ein Anschluss ist ideal für Einzelanlagen.

Twin-LNB

Ein Twin-LNB enthält zwei Universal-LNBs in einem Gehäuse und ist für zwei unabhängige Teilnehmer oder zwei Receiver ausgelegt.

Quatro-LNB

Ein Quatro-LNB ist ein Konverter, der alle Kanäle (Bänder) des Satelliten in vier separate Ausgänge aufteilt. Er benötigt einen externen Multischalter.

Quad-LNB (mit integriertem Multischalter)

Ein Quad-LNB (oder Octo-LNB) ist ein Universal-LNB mit integriertem Multischalter, der 4 oder 8 Ausgänge bietet. Dieser Multischalter ermöglicht es jedem Ausgang, unabhängig von den anderen, alle verfügbaren Eingänge auszuwählen. Dies ist nützlich für Einfamilienhäuser mit mehreren Satelliten-Receivern.

Das Innengerät: Signalverarbeitung im Gebäude

Das Innengerät (Satellitenreceiver) wird in den Gebäuden installiert. Seine Aufgabe ist es, die ZF-Signale vom Außengerät zu verarbeiten und ein Radiofrequenzsignal im UHF-Band zu erzeugen. Die Funktionsweise unterscheidet sich je nachdem, ob es sich um eine Einzel- oder Gemeinschaftsanlage handelt.