LNB: come funziona, come si sceglie e come si gestisce

In combinazione con la parabola, il Low Noise Block Converter (LNB) è un componente fondamentale di ogni impianto di ricezione satellitare. Gli è infatti assegnata la funzione di ricevere il segnale microonde satellitare, focalizzato dalla parabola, per convertirlo a una frequenza intermedia inviata con uno o più cavi ai decoder posti nelle abitazioni.

Da qualche tempo, accanto ai tradizionali modelli universali con uscita singola o multipla (Twin, Quad, Octo e Monoblocco Dual-Triple Feed), a quelli impiegati negli impianti centralizzati con multiswitch esterni all’LNB (Quattro e Ottici) e a quelli di seconda generazione con multiswitch integrato nell’LNB (SCR/dCSS), troviamo quelli di terza generazione, decisamente più versatili e performanti, che sfruttano la tecnologia WideBand per semplificare la distribuzione dei segnali, riducendo il numero dei cavi coassiali necessari e garantendo, da parte dell’installatore, un lavoro rapido e a regola d’arte.

Il Low Noise Block Converter è da considerarsi il vero “cuore” dell’impianto di ricezione satellitare. Infatti racchiude in un blocco il più possibile compatto (per non mascherare il disco della parabola) molte e sofisticate tecnologie, dalle microonde alle medie frequenze fino al multiswitching. Il tutto deve funzionare perfettamente nelle più severe condizioni ambientali esterne.

Esistono diversi tipi di LNB a seconda della banda satellitare in cui operano, fra cui le più utilizzate sono le bande S (2-4GHz), C (4-8 GHz), X (8-12 GHz), Ku (12-18 GHz) e Ka (27-40 GHz). I servizi di diffusione televisiva da satellite operano soprattutto in segmenti di frequenza delle bande C, X e Ku, diversi per i diversi paesi. In particolare per l’Europa viene usata la banda 10.700-12.750 MHz, a cavallo fra le bande X e Ku, ma normalmente individuata come Ku, a cui fanno riferimento tutti i modelli di LNB di cui parliamo in seguito.

LNB Universali

I transponder geostazionari per il broadcasting TV operano nella banda a microonde Ku che comprende la banda bassa (10.700-11.700 MHz) e la banda alta (11.700-12.750 MHz), e trasmettono segnali con polarizzazione lineare orizzontale (H) o verticale (V). L’utilizzo di due polarizzazioni ortogonali consente di impiegare le stesse frequenze per le due polarizzazioni senza che i rispettivi canali si interferiscano. La struttura chiamata LNB “Universale” è in grado di coprire le due le bande Ku con le due polarizzazioni, fornendo un segnale a frequenza intermedia compresa tra 950 MHz e 2.150 MHz.

La bocca a microonde (chiamata anche “feedhorn” ovvero “tromba di alimentazione” da cui anche la denominazione LNBF) riceve il segnale satellitare focalizzato dalla parabola. Dopo amplificazione e battimento con l’oscillatore locale a microonde, il segnale viene convertito a media frequenza.

Segue uno switch 4:1 che seleziona il segnale IF da inviare sul coassiale in uscita fra le 4 diverse combinazioni: Verticale/Bassa, Orizzontale/Bassa, Verticale/Alta, Orizzontale /Alta, quello da inviare a IF sul cavo coassiale.

Lo switch è pilotato, attraverso il cavo coassiale IF, da diversi valori della tensione di alimentazione a cui viene sovrapposto un tono a 22 KHz (vedi tabella). In tal modo l’LNB è in grado servire una larghezza di banda satellitare di 4.800 MHz, pari al doppio di quella microonde e impiegando una banda IF quattro volte inferiore.

Tabella 1: tensioni di alimentazione/commutazione degli LNB universali

I principali tipi di blocchi LNB Universali con diverso numero di uscite IF o con più LNB realizzati nello stesso blocco, si possono così riassumere.

LNB universali singoli: rappresentano la versione normale base normale adatta per impianti di ricezione con un singolo ricevitore.

LNB universali con più uscite: sono provvisti di più uscite indipendenti (cioè ciascuna contiene tutte le due semigamme e le due polarizzazioni) per collegare più ricevitori ad una stessa antenna parabolica; possono essere Twin (2 uscite), Quad (4 uscite), Octo (8 uscite).

LNB universali monoblocco (dual feed): integrano nello stesso blocco due diversi LNB, per la ricezione di due satelliti vicini con la stessa parabola e possono avere una o più uscite (Twin, Quad, Octo) indipendenti per collegarsi ad altrettanti ricevitori. I due diversi LNB sono tarati per catturare i segnali provenienti da due slot orbitali distanti tra loro 6°, 4°. Per esempio, per un sistema dual-feed dedicato ai satelliti Astra 19,2° Est e Hotbird 13° Est bisogna scegliere un LNB monoblocco da 6° (19,2°-13°=6,2°) mentre per un dual-feed Hotbird 13° Est ed Eutelsat 9° Est un monoblocco da 4° (13°-9°=4°). Gli LNB monoblocco integrano i circuiti di commutazione DiSEqC che permettono a ciascun ricevitore di ricevere l’uno o l’altro transponder.

LNB per impianti multiutenza

I seguenti modelli servono in modo specifico per impianti multiutenza, in particolare per impianti condominiali, in combinazione con multiswitch esterni oppure con multiswitch incorporato nello stesso LNB (LNB di seconda generazione).

LNB Quattro: Rispetto agli LNB universali non hanno nessun switch interno e forniscono pertanto le quattro diverse sottobande LV, LH, HV,(HH) su quattro uscite separate . La quattro uscite vengono utilizzate attraverso un apposito centralino a cui accedono i diversi ricevitori per la selezione del canale per mezzo del protocollo DiSEqC. Attenzione a non confondere gli LNB quattro con gli LNB quad, che hanno 4 uscite indipendenti da collegare direttamente ai ricevitori, mentre gli LNB quattro non vanno collegati direttamente ai ricevitori, poiché non hanno circuiti di commutazione interni e debbono necessariamente passare per una centrale di testa IF-IF o un centralino multiswitch SCR/dCSS. 

LNB con uscita in fibra ottica

Hanno un impiego analogo agli LNB quattro con il vantaggio di utilizzare una sola fibra in luogo dei 4 cavi. Un circuito presente all’interno dell’LNB, grazie al battimento con un oscillatore locale, converte i quattro piani microonde, HL, HH, VL, VH, a una frequenza intermedia da 950 MHz a 5,45 GHz, poi convertita in un segnale ottico con la lunghezza d’onda di 1.310 nm. Nei punti di arrivo della fibra, un convertitore da fibra a coax effettua il processo inverso ripristinando i quattro segnali HL, HH, VL e VH in cavo coassiale. In tal modo si coprono grandi distanze con basse attenuazioni. L’LNB oltre al connettore ottico di uscita prevede anche un connettore di alimentazione.

LNB SCR: integrano insieme ai circuiti dell’LNB universale anche gli switch SCR che consentono di inviare canali IF diversi ai diversi decoder usando un solo cavo. Ve ne sono di due tipi: LNB SCR ad una sola uscita: utilizzati per gestire indipendentemente fino a 4 decoder SCR compatibili con un solo cavo di discesa in combinazione con uno o due splitter (divisori di segnale) bidirezionali, che oltre a dividere il segnale proveniente dall’LNB, lasciano passare i toni SCR inviati dal decoder all’LNB. LNB SCR con uscita supplementare “legacy” tradizionale: da utilizzare nel caso si voglia utilizzare insieme al decoder SCR compatibile anche un decoder che non supporta la tecnologia SCR. 

LNB dCSS (o dLNB): integrano lo switch compatibile con il protocollo digitale dCSS che permette di servire con un singolo cavo, oltre a 4 decoder SCR compatibili, anche 12 decoder dCSS compatibili. Ve ne sono di tre tipi principali:
a una sola uscita: normalmente installata dal tecnico Sky sulla parabola per adeguarla a Sky Q;
con uscita supplementare “legacy”: da utilizzare nel caso si voglia utilizzare insieme al decoder Sky Q anche un decoder che non supporta la tecnologia dCSS;
con uscita supplementare “ibrida”: una uscita per decoder SCR/dCSS e una ibrida per SCR/dCSS  oppure legacy tradizionale.

LNB WideBand (LNB di terza generazione)

Distribuiscono un’intera polarità (H o V), nelle gamme alta o bassa, su un solo cavo utilizzando tutta la banda IF estesa 290-2.340 MHz (in luogo della normale banda 950-2.150 MHz) disponibile sulle due uscite H e V. Utilizzato negli impianti centralizzati, nei quali rispetto agli LNB Quattro permette di utilizzare la metà dei cavi coassiali (2 cavi per un impianto Single Feed, 4 cavi per un impianto Dual Feed). Condizione essenziale per ottenere questo risultato è che, oltre all’LNB, anche tutti i componenti del sistema di distribuzione, come multiswitch e inseritori, siano di nuova generazione con ingresso WideBand. La tecnologia Wideband riduce significativamente i tempi di installazione, soprattutto nei condomini con canaline di ridotte dimensioni.

LNB con ingresso segnale DTT

Sono disponibili alcuni modelli di LNB dotati di ingresso per segnale DTT proveniente da una antenna della TV terrestre, che permettono di utilizzare una unica discesa per i segnali TV da satellite e da terrestre. Tali LNB dispongono al loro interno del combinatore delle due bande VHF/UHF del DTT e la 1° IF del segnale Sat. In tal modo si evita di installare un combinatore/miscellatore TV-Sat separato posto all’esterno dell’LNB. Alla fine della discesa sarà comunque necessario un dispositivo analogo per separare i due segnali TV sat e DTT e che deve permettere il passaggio della corrente continua che il decoder Sat fornisce al LNB.

Struttura degli LNB

In generale gli LNB per ricezione dei servizi televisivi in banda larga sono costituiti da un box (preferibilmente metallico) ad alta resistenza meccanica e termica per sopportare le condizioni climatiche più severe essendo richiesto il funzionamento in una gamma di temperatura -30 +70° C.

La bocca dell’LNB viene coperta da un tappo di plastica mentre la protezione da polvere, sporcizia e umidità, dei connettori viene assicurata da cappucci scorrevoli in plastica che coprono totalmente ciascuna presa F e la relativa spina intestata sul cavo coassiale. Viene richiesto un ottimo isolamento dalle interferenze generate dalle torri di telefonia mobile presenti nelle vicinanze, che utilizzano frequenze che cadono nella banda di media frequenza del Low Noise Block Converter. Il box dell’LNB prevede un’imboccatura in guida d’onda e racchiude un circuito stampato nel quale sono realizzati i vari circuiti.

I segnali relativi alle due polarizzazioni H e V sono prelevati da due sondine a 90° fra loro e sporgenti nell’imboccatura in guida, inviati a un preamplificatore a bassissima cifra di rumore (transistor tipo HEMT) e successivamente convertiti a media frequenza per battimento con l’oscillatore locale.

In tutti gli LNB, eccetto che in quelli Wideband, vi sono due oscillatori locali 9,75 GHz per la banda bassa (compresa tra 10,7 e 11,7 GHz) e 10,6 GHz per la banda alta (compresa tra 11,7 e 12,75 GHz), che consentono di ottenere una banda di media frequenza 950-2150 MHz. Negli LNB WideBand vi è un unico oscillatore locale a 10,41 GHz che converte l’intera banda 10,7-12,75 GHz nella banda 290-2340 MHz.

Gli oscillatori locali microonde possono essere stabilizzati con un quarzo attraverso un circuito PLL (Phase Lock Loop), anche se nella maggioranza dei casi viene utilizzata una semplice cavità dielettrica, sufficiente per ottenere la stabilità di frequenza adeguata per l’ampia banda dei canali Sat. Negli LNB Universali si trova inoltre lo switch 4:1 che sceglie fra le quattro sottogamme HL, HH, VL e VH. Negli LNB con più uscite si trova uno switch 4:1 per ciascuna delle 2,4 o 8 uscite. Negli LNB SCR/dCSS si trovano i router  adeguati alle due tecnologie.

Negli LNB Ottici vi sono due OL, uno per convertire tutta la banda Sat con polarizzazione verticale nella media frequenza 0,95-3,0 GHz e l’altro per convertire l’intera banda Sat con polarizzazione orizzontale nella media frequenza 3,4-5,4 GHz. Le due medie frequenze modulano di frequenza il laser ottico e trasmesse sulla fibra ottica. Al termine della fibra ottica un convertitore da ottico a RF effettua il processo inverso e lo riconverte su cavo coassiale in formato Quad o Quattro o Wideband.

Le principali caratteristiche

Riassumiamo le principali caratteristiche dei Low Noise Block Converter, con i valori previsti tipici dei componenti in commercio.

Dimensioni meccaniche: vi sono anzitutto misure standard che riguardano il diametro del collo dell’LNB utilizzato per il fissaggio alla parabola. Il diametro maggiormente utilizzato è il 40 mm ed è previsto anche il diametro di 23 mm, sono previsti appositi adattatori per i due casi.

Cifra di rumore: indica quanto rumore viene aggiunto ai segnali in transito dai circuiti dell’LNB, deve essere molto bassa considerando il bassissimo livello dei segnali provenienti dai satelliti posti in orbita geostazionaria a 36000 Km. Gli LNB in commercio hanno cifre di rumore ottimali (0,1-0,6 dB) grazie all’impiego di preamplificatori microonde realizzati con dispositivi GaAsFET.

Attenuazione da incrocio di polarizzazione (Cross Polar Isolation) >20 dB (typ. 25 dB) per evitare che i segnali sulle due polarizzazioni incrociate H e V si disturbino a vicenda.

Stabilità degli oscillatori locali: l’instabilità è contenuta in ±1.0MHz  a 25°C e in ±2.0 MHz in tutta la gamma di temperatura -30℃~+70℃ (oppure -40℃~+60℃)

Rumore di fase degli OL: deve essere contenuto per modulazioni multifase tipo DVB-S2, con i seguenti valori <-60 dBc/Hz a 1 KHz, <-80 dBc/Hz a 10 KHz, <-100 dBc/Hz a 100 KHz

Guadagno di conversione: generalmente compreso tra 40 e 60 dB con una piattezza di ±0.5dB/26MHz. Il suo valore, insieme a quello del livello di uscita (tipicamente 0 dBm a 1 dB di compressione), va considerato nel progetto dell’impianto, per decidere se inserire eventuali amplificatori di linea in funzione della lunghezza e perdita dei cavi di distribuzione.

Reiezione della frequenza immagine: deve essere almeno di 40 dB per attenuare segnali microonde indesiderati, che sarebbero convertiti nella stessa banda IF.

Resistenza a interferenze LTE: previsto un filtro che blocca LTE a freq. <930 MHz

Altre caratteristiche come la compatibilità HD e 4K servono solo di richiamo dell’attenzione del cliente ma sono sostanzialmente inutili poiché l’LNB non può incidere sulla definizione del segnale TV, anche il modello più economico di LNB, se installato correttamente, è in grado di garantire una visione perfetta.

Scelta di un LNB

Essendo il cuore dell’impianto di ricezione satellitare, la scelta del modello di LNB riveste un ruolo fondamentale e richiede la raccolta di un insieme di informazioni di base come:
quali satelliti si vogliono ricevere, in quali stanze portare il cavo d’antenna satellitare, con quanti decoder (o TV con tuner satellitare integrato) e con quale tipologia di servizio dell’eventuale operatore Pay-TV.

Impianto base

L’impianto di ricezione “base” adotta normalmente un LNB di tipo universale con una sola uscita, che permette di ricevere tutti i satelliti che trasmettono da un singolo slot orbitale, come per esempio Astra a 19,2° Est oppure Hotbird a 13° Est. La scelta dell’LNB dipende dal numero di decoder che si vogliono alimentare. Si utilizzano LNB universali Twin, Quad, Octo rispettivamente con 2, 4 oppure 8 uscite, di cui ogni uscita va collegata con il suo cavo coassiale di discesa ad ogni singolo decoder. In alternativa per ridurre il numero di cavi di discesao, si può utilizzare un LNB SCR che permette di portare il segnale satellitare a un massimo di quattro decoder/Tv (SCR compatibili) utilizzando un solo cavo e uno o due splitter.

Impianto dual-feed

Nei sistemi di ricezione dual-feed, che permettono di puntare contemporaneamente due slot orbitali vicini con un’antenna fissa, è possibile utilizzare sia gli LNB appena visti con apposito supporto dual-feed, oppure LNB monoblocco verificando la distanza (es. 3° o  6°) dei satelliti che si vogliono ricevere.

Impianti collettivi

Nel caso degli impianti collettivi vengono usati LNB Quattro che forniscono i segnali verticali e orizzontali di banda bassa e alta. Il multiswitch poi provvede a generare i 16 canali di utente. Se i corrugati esistenti non permettono di ospitare i cavi coassiali coassiale oppure le distanze in gioco sono eccessive e l’attenuazione troppo elevata, occorre utilizzare un Low Noise Block Converter con uscita ottica, con posa di una fibra fino al pianerottolo e poi di un convertitore ottico-coassiale con uscita dCSS.

Impianto Sky

In caso di impianto singolo con parabola su tetto o balcone, Sky provvede all’installazione di un LNB dCSS con una singola uscita in grado di gestire sia uno Sky Q Platinum/Black (12/8 user band dCSS) sia due MySky HD (4 user band SCR).

Nel caso di upgrade di impianti centralizzati tradizionali con dorsale a 4 o 5 cavi coassiali (VL, HL, VH, HH + eventuale terrestre), i tecnici di Sky aggiungono uno o più multiswitch dCSS in cascata a quelli esistenti (tradizionali oppure SCR) dotati di una uscita con 16 user band dedicate ai box Sky Q Platinum, MySky HD, Sky HD installati a casa dell’abbonato.

Impianto Sky + Tvsat

Per utilizzare anche un decoder tivùsat in un impianto Sky con LNB dCSS vi sono diverse soluzioni, che possono comportare o no il cambio del LNB.

La soluzione più semplice in un impianto dCSS Sky è quella di inserire uno splitter sul cavo di discesa, con l’avvertenza che il decoder tivùsat sia del tipo SCR, sul quale va scelta una delle 4 frequenze SCR lasciata libera dall’impianto Sky.

Se invece si vuole utilizzare lo stesso decoder Sky in una seconda casa in cui sia già presente un impianto sat singolo con decoder non SCR, occorre cambiare l’LNB con uno del tipo dCSS con presa supplementare legacy da cui far scendere un secondo cavo per il decoder non SCR. In tal caso una soluzione più completa, che utilizza in pieno i due cavi di discesa, è quella di utilizzare un LNB con due uscite dCSS, aperte quindi a tutti i possibili decoder di nuova generazione opportunamente configurati.

Schema riassuntivo

* verificare prima gli ingombri dell’LNB e lo spazio a disposizione sul supporto/staffa
^ richiede decoder compatibili dCSS e va installato preferibilmente da antennisti professionisti
° verificare la distanza orbitale tra i satelliti che si vogliono ricevere (es.: 4° o 6°)