Что такое МШУ/МШПР/LNB?

МШУ или малошумящий усилитель. Прежде чем рассматривать это устройство, раскроем некоторые термины, которые далее будут встречаться в статье.

Полезный радиосигнал – Радиосигнал с определенными радиочастотой и параметрами модуляции, предназначенный для приема данным радиоприемником.

Радиоприемник – функционально-законченная часть радиоприемного устройства, соединяемая с антенно-фидерным устройством (антенной), служащая для выделения, усиления и преобразования полезного радиосигнала.

Радиоприемное устройство – радиоэлектронное устройство, реализующее функцию приема радиосигналов и включающее радиоприемник и антенно-фидерное устройство (антенну)

Фактически МШУ – это радиоприемник. Его функция — это усиление и перенос спектра входного сигнала в область частот от 900 до 2150 МГц (L band), т.е. функционально законченное устройство, соединяемое с антенной, и служащая для выделения, усиления и преобразования полезного радиосигнала. В российской терминологии можно встретить название МШПР - малошумящий усилитель-преобразователь. В западной терминологии называется LNB или Low Noise Block-downconverter.

Попробуем поподробнее разобраться что это за устройство. Как ясно из приведенных трех различных аббревиатур прежде всего это усилитель, основной функцией которого является усиление полезного радиосигнала, при этом в процессе усиления он должен обладать малым уровнем собственных шумов.

В процессе развития микроэлектроники и компонентной базы, стало возможным существенно уменьшить размеры и даже совместить усилитель с понижающим конвертером (преобразователем частот) в одном корпусе (блоке). Этот общий блок совмещенного усилителя с преобразователем (конвертером) устанавливается непосредственно к приемному порту облучателя антенно-фидерной системы (АФС), то есть преобразование и усиление выполняется в нем и уже преобразованный и усиленный полезный радиосигнал передается по коаксиальному проводу к модему для дальнейшей обработки.

Спутниковые сети работают в диапазонах L, S, C, X, Ku, Ka, Q и V. Принимаемый сигнал со спутника преобразуется из диапазонов S, C, X, Ku, Ka, Q и V в L и уже после этого передается через коаксиальный кабель к модему. Если прием ведется в L диапазоне, то преобразования не происходит, а происходит только усиление, поэтому усилители без преобразования еще называют LNA (Low Noise Amplifier) т.е. МШУ без конвертера. Усиленные сигналы диапазонов S, C, X, Ku, Ka и выше можно было бы передать в кабель без преобразования, но для этого потребовался бы очень качественный дорогой кабель с большим сечением, чтобы не было затухания, поэтому сигналы конвертируют «вниз», чтобы потом передать по относительно недорогому и гибкому кабелю к модему.

Основные параметры МШУ

Приведем основные параметры, характеризующие МШУ и разберемся с некоторыми из них. В Таблице даны значения основных параметров для МШУ определенного типа и могут отличаться в других случаях.

Шумовая температура (Noise Temperature, NT) – показывает уровень шумов, генерируемых самим МШУ к полезному радиосигналу. Чем меньше это значение, тем лучше МШУ справляется с усилением слабых радиосигналов. Измеряется в Кельвинах (К). Ноль Кельвинов показывает, что нет никакой молекулярной активности или полное отсутствие шумов в системе (абсолютный ноль). Хорошим параметром мало шумности МШУ считается до 15 Кельвинов, но обычно выше. Существуют таблицы пересчета шумовой температуры в шумовые значения (Noise Figure, NF) в децибелах (dB) b и наоборот из шумовых значений в шумовую температуру по формулам:

NF = 10 log (1+(NT/290),

NT = ((10^(NF/10))-1)290

Например, шумовой температуре 35K соответствует уровень шумов в 0,5 dB.

Коэффициент усиления (Gain) – показывает значение раз, в которое усилитель усиливает полезный радиосигнал. Измеряется в децибелах (dB). Помимо самого количества раз большое значение имеет равномерность этого коэффициента (Gain Flatness), т.к. цифровые системы очень чувствительны к таким колебаниям. Обычно требуется коэффициент 55-65 dB с равномерностью от ±5.0 dB до ±1.0 dB. При этом равномерность рассматривается на 27 МГц отрезках.

Стабильность гетеродина (Local oscillator (L.O.) frequency stability) – для переноса (конвертации) частот из диапазонов S, C, X, Ku, Ka, Q и V в L используется схема, при которой частота локального генератора (гетеродина) смешивается с частотой полезного сигнала. Локальный генератор должен генерировать стабильную частоту переноса. Существуют три основных варианта генераторов: встроенный генератор с диэлектрическим резонатором или Dielectric Resonant Oscillator (DRO) со стабильностью ±1.0 MHz to ±250 kHz ; встроенный генератор с контуром фазовой автоподстройки частоты Phase Locked Loop (PLL) со стабильностью ±100 kHz to ±5 kHz; внешний опорный генератор Reference Oscillator со стабильностью 0 to ±1 kHz. Решение о применении тех или иных типов должно основываться на характере конечного использования, например для приема ТВ сигнала подойдет DRO, а в спутниковой связи VSAT лучше использовать PLL. В системах, где необходима повышенная стабильность лучше использовать LNB со стабилизаций от внешнего источника опорной частоты.

Фазовый шум (Phase noise) - показывает уровень шумов, индуцированных генератором. Под шумами здесь следует понимать смещение фазы выходных сигналов из-за непостоянства частоты генератора, которая смешивается с частотой полезного сигнала. Фазовые шумы измеряются на 100Hz, 1.0kHz, 10kHz, 100kHz и 1.0MHz отстройках (офсетах) от центральной частоты принимаемого полезного радиосигнала. Уровень фазовых шумов влияет на количество ошибок (Bit Error Rate (BER)) при данной скорости потока в демодуляторе, который может ошибочно фиксировать изменение фазы несущей там, где этого не происходило, что приведет к ошибочной записи в буфер значения принятого бита, соответственно, чем меньше значение фазовых шумов, тем меньше ошибок в приемнике или модеме. Уровень фазовых шумов измеряется в dBc/Hz (decibels relative to carrier) на определенной частоте отстройки от несущей.

Коэффициент стоячей волны по напряжению, КСВН (Voltage Standing Wave Ratio, VSWR) - также известен как обратные потери (Return Loss), характеризует насколько эффективно линия передачи (облучатель) согласована с нагрузкой (LNB), т.е. как эффективно передается радиочастотная мощность в данном случае от облучателя к нагрузке (LNB) и выражается как отношение максимальной к минимальной амплитуде возникающих напряжений вдоль линии. Из-за несогласования волновода с LNB, часть энергии отражается обратно в волновод и возникает стоячая волна, характеризуемая максимумами (пучностями) и минимумами (узлами) – точки, в которых амплитуда максимальна и минимальна. Несогласование может возникать как от электрических, так и от физических причин. Разделив максимум на минимум, мы получим значение КСВН. В идеальной системе КСВН=1.

Электропитание

Как любое электронное устройство, МШУ требует питания своих внутренних цепей. Как правило питание осуществляется постоянным током и может подаваться от модема по тому же самому кабелю, по которому снимается полезный сигнал. Если модем не имеет возможности подачи питания, то используется внешний источник питания и кабели соединяются с помощью тройника. В некоторых случаях МШУ имеет отдельный вход для питания.

Коаксиальные кабели

Для передачи усиленного и сконвертированного сигнала от LNB к модему используются коаксиальные кабели. В зависимости от длины нужно выбирать кабель, который имеет приемлемые потери на единицу длины. Как правило используется кабель RG6U, который на расстоянии 30м имеет потери примерно 2dB. Приемлемыми потерями в кабеле считаются величина примерно 3dB, таким образом через кабель RG6U можно передавать сигнал на расстояние до 60м. Можно выбрать кабель RG11U и передавать сигнал до 150м, но необходимо принять внимание, что разъемы с этим кабелем должны быть скреплены пайкой в то время, как на RG6U достаточно зажимов. Информация о потерях на единицу длины кабеля нужно смотреть в соответствующих спецификациях к кабелю.

Классификация МШУ.

1. Как правило основным параметром классификации является частотный диапазон, в котором работает МШУ на прием:

1.1 C LNB 3.40-4.80 GHz (фланец WR229)

1.2 X LNB 7.25-7.75 GHz (фланец WR 112)

1.3 Ku LNB 10.70-12.75 GHz (фланец WR75)

1.4 Ka LNB 17.70-21.20 GHz (фланец WR42)

1.5 Q LNB 37.50-42.50 GHz (фланец WR22)

2. По типу локального генератора:

2.1 DRO LNB - генератор с диэлектрическим резонатором или Dielectric Resonant Oscillator (DRO)

2.2 PLL LNB - генератор с контуром фазовой автоподстройки частоты Phase Locked Loop (PLL)

2.3 External Reference для генерирования используется внешний опорный генератор

3. По количеству встроенных генераторов:

3.1 Однодиапазонный Single-Band

3.2 Двухдиапазонный Dual-Band

3.3 Трехдиапазонный Triple-Band

3.4 Четырехдиапазонный Quad-Band

3.5 Пятидиапазонный 5-Band

Внешний вид МШУ.

Радиоволны характеризуются прежде всего частотой f, измеряемой в Герцах (Hz). Для систем спутниковой связи более удобно измерять частоту в Мега-герцах (МГц) или даже, а Гига-герцах (ГГц). Как известно из школьного учебника физики частота (f) и длина волны (λ) связаны обратно-пропорциональной зависимостью, то есть чем выше частота, тем меньше длина волны и наоборот, чем ниже частота- тем больше длина волны. Это взаимосвязь частоты и длины волны напрямую влияют на габаритные размеры фланцев МШУ и их виды. Как правило МШУ представляет собой железный корпус, с максимальными габаритами до 30 см для МШУ С диапазона и нескольких см для МШУ Ka диапазона, защищающий внутренние цепи LNB от неблагоприятных внешних условий с прямоугольным фланцем для крепления болтами к приемному порту облучателя с одной стороны и выходным разъемом (F, N или SMA) типов. На корпусе наносится логотип производителя и основные параметры, а также серийный номер.

На мировом рынке МШУ широко представлены такими производителями, как Norsat, SMW, XMW и др. Со многими компаниями у нас установлены партнерские отношения. Компания Navtelsat осуществила поставки большого количества различных МШУ и имеет богатый опыт подбора, поставок и консультирования по данному типу оборудования.

Navtelsat Technical team
+7 (812) 702-12-12