低ノイズブロックダウンコンバータ

低雑音ブロックダウンコンバータ（LNB ）は、衛星テレビ受信用の衛星放送受信アンテナに取り付けられた受信装置であり、アンテナからの電波を収集し、ケーブルを介して建物内の受信機に送信される信号に変換します。低雑音ブロック[ ^{1] [2]、}低雑音コンバータ（LNC）、または低雑音ダウンコンバータ（LND）^[3]とも呼ばれるこの装置は、不正確に低雑音増幅器（LNA）と呼ばれることもあります。^[4]

LNB は、低雑音増幅器、周波数ミキサー、局部発振器、中間周波数(IF) 増幅器を組み合わせたものです。衛星受信機のRF フロントエンドとして機能し、アンテナで集められた衛星からのマイクロ波信号を受信し、増幅し、周波数ブロックを中間周波数(IF) のより低いブロックにダウンコンバートします。このダウンコンバートにより、比較的安価な同軸ケーブルを使用して屋内の衛星テレビ受信機に信号を伝送できます。信号が元のマイクロ波周波数のままであれば、高価で非実用的な導波管ラインが必要になります。

LNB は通常、1 つまたは複数の短いブームまたはフィード アームに吊り下げられた小さなボックスで、パラボラアンテナの反射鏡の前の焦点に配置されています (ただし、パラボラアンテナの設計によっては、LNB が反射鏡の上または後ろに配置されているものもあります)。パラボラアンテナからのマイクロ波信号は、LNB のフィードホーンによって受信され、導波管の一部に送られます。1 つまたは複数の金属ピンまたはプローブが軸に対して直角に導波管に突き出ており、アンテナとして機能して、信号をLNB のシールド ボックス内のプリント回路基板に送り、処理します。低周波の IF 出力信号は、同軸ケーブルが接続されているボックスのソケットから出力されます。

LNB は、LNB から受信機に信号を伝送するのと同じ同軸ケーブルを使用して、受信機またはセットトップ ボックスから電力を取得します。このファントム電源は、LNB からの信号とは逆方向に LNB に伝わります。

ブロック アップコンバータ(BUC)と呼ばれる対応するコンポーネントは、衛星地球局(アップリンク) アンテナで使用され、テレビ チャンネルの帯域をマイクロ波アップリンク周波数に変換します。

LNB が受信する信号は非常に弱いため、ダウンコンバージョンの前に増幅する必要があります。LNBの低ノイズ アンプセクションは、信号に最小限のノイズを加えながら、この弱い信号を増幅します。

LNB の低ノイズ品質は、ノイズ指数(またはノイズ温度) として表されます。これは、入力の信号対ノイズ比を出力の信号対ノイズ比で割ったものです。通常はデシベル(dB) 値で表されます。理想的な LNB、つまり実質的に完全なアンプは、ノイズ指数が 0 dB で、信号にノイズを追加しません。すべての LNB はある程度のノイズを発生させますが、巧妙な設計手法、HEMTなどの高価な高性能低ノイズ部品、さらには製造後の LNB の個別の調整によって、LNB の部品に起因するノイズの一部を減らすことができます。非常に低い温度への能動冷却もノイズの削減に役立ち、科学研究用途でよく使用されます。

製造許容差のため、生産ラインから出荷されるすべての LNB のノイズ フィギュアは異なります。仕様書に記載されているノイズ フィギュアは、LNB の適合性を判断する上で重要ですが、通常、その特定の LNB や周波数範囲全体のパフォーマンスを代表するものではありません。これは、最も頻繁に引用されるノイズ フィギュアが、生産バッチ全体の平均化された 標準フィギュアであるためです。

衛星は比較的高い無線周波数（マイクロ波）を使用してテレビ信号を送信します。マイクロ波衛星信号は壁、屋根、さらにはガラス 窓さえも簡単には通過しないため、衛星アンテナは屋外に設置することが望ましいです。しかし、プラスチックの窓ガラスはマイクロ波を透過するため、住宅の衛星放送受信アンテナはアクリルやポリカーボネートの窓を通して屋内に隠すことができ、家の外観の美観を損なわないようになっています。^[5]

LNB の目的は、ヘテロダインを使用して、比較的高い周波数のブロック (またはバンド) を、はるかに低い周波数 (中間周波数または IF と呼ばれる) で伝送される同様の信号に変換することです。これらの低い周波数は、はるかに少ない減衰でケーブルを通過するため、ケーブルの衛星受信機端にはるかに多くの信号が残ります。また、衛星伝送の非常に高い周波数ではなく、これらの低い周波数で動作する電子回路を設計する方がはるかに簡単で安価です。

周波数変換は、LNB 内部の局部発振器によって生成された固定周波数を入力信号と混合して、それらの周波数の合計と差に等しい 2 つの信号を生成することによって実行されます。周波数の合計信号はフィルター処理され、周波​​数差信号 (IF) が増幅されてケーブルを通じて受信機に送信されます。

Cバンド

${\displaystyle f_{\text{IF}}=f_{\text{LO}}-f_{\text{recv}}}$

K _uバンド

${\displaystyle f_{\text{IF}}=f_{\text{recv}}-f_{\text{LO}}}$

ここで、は周波数です。 ${\displaystyle \scriptstyle f}$

局部発振器周波数によって、受信周波数のどのブロックが受信機で想定される周波数にダウンコンバートされるかが決まります。たとえば、 10.70～11.70GHzの周波数ブロックで送信するAstra 1KRからの入力信号を、標準的な欧州受信機のIFチューニング範囲である950～2,150MHzにダウンコンバートするには、9.75GHzの局部発振器周波数が使用され、950～1,950MHzの帯域の信号ブロックが生成されます。

アストラ2Aと2Bが使用する高周波数ブロック（11.70～12.75GHz）については、異なる局部発振器周波数が受信周波数ブロックを変換します。通常、10.60GHzの局部発振器周波数を使用してブロックを1,100～2,150MHzにダウンコンバートしますが、これは受信機の950～2,150MHzのIFチューニング範囲内です。^[6]

C バンド アンテナ セットアップでは、送信周波数は通常 3.7～4.2 GHz です。5.150 GHz の局部発振器周波数を使用すると、IF は 950～1,450 MHz になり、これも受信機の IF チューニング範囲内になります。

通常 27 MHz 幅の広帯域衛星テレビ搬送波を受信する場合、 LNB 局部発振器の周波数精度は ±500 kHz 程度でよいため、低コストの誘電体発振器 (DRO)を使用できます。狭帯域幅搬送波や16-QAMなどの高度な変調技術を使用する搬送波を受信する場合は、安定性が高く位相ノイズの少ない LNB 局部発振器が必要です。これらは、内部水晶発振器または屋内ユニットからの外部 10 MHz リファレンスと位相ロック ループ(PLL)発振器を使用します。

1988 年にSES社がヨーロッパ初の DTH 放送衛星 ( Astra 1A )を打ち上げたことにより、予想される大量市場向けにアンテナ設計が簡素化されました。特に、フィードホーン(信号を集めて LNB に送る) と偏光子(異なる偏光信号を選択する) が LNB 自体と 1 つのユニットに統合され、LNB フィードまたは LNB フィードホーン (LNBF)、あるいは「Astra タイプ」LNB と呼ばれるようになりました。これらの統合ユニットが普及したため、今日では LNB という用語は、フィードホーンの有無にかかわらず、ブロック ダウンコンバージョン機能を提供するすべてのアンテナ ユニットを指すのに一般的に使用されています。

フィードホーンと偏光子を含む Astra タイプの LNBF は最も一般的な種類で、フィードホーンと電子パッケージの間の LNB の導波管ネックの周りにカラーを締め付けるブラケットを使用して皿に取り付けられます。LNB ネックとカラーの直径は通常 40 mm ですが、他のサイズも製造されています。英国では、Sky DigitalおよびFreesat用に販売されている「ミニ皿」は、クリップイン マウントが統合された LNBF を使用しています。

フィードホーンが組み込まれていない LNB には通常、入力導波管口の周りに (C120) フランジが設けられており、このフランジはフィードホーンまたは偏光子ユニットの出力の周りの対応するフランジにボルトで固定されています。

衛星テレビ信号を偏波化することは、特定の周波数ブロックを使用してより多くのテレビチャンネルを送信する方法を提供するため、一般的です。このアプローチでは、偏波に基づいて受信信号をフィルタリングできる受信装置を使用する必要があります。2 つの衛星テレビ信号を同じ周波数 (または、より一般的には、近接した周波数) で送信できます。偏波が異なっている場合、受信装置はそれらを分離して、現在必要な方を表示できます 。

世界中で、ほとんどの衛星テレビ送信は垂直および水平の直線偏波を使用していますが、北米のDBS送信は左旋円偏波と右旋円偏波を使用しています。北米の DBS LNB の導波管内では、誘電体のスラブを使用して左旋円偏波と右旋円偏波の信号を垂直および水平の直線偏波信号に変換し、変換された信号を同じように処理できるようにしています。

LNB 導波管内のプローブは、プローブと同じ平面で偏波された信号を収集します。必要な信号の強度を最大化するため (および反対の偏波の不要な信号の受信を最小限に抑えるため)、プローブは入力信号の偏波に合わせて配置されます。これは、LNB のスキュー(導波管軸を中心とした回転) を調整することで最も簡単に実現できます。2 つの偏波をリモートで選択し、スキュー角度の不正確さを補正するために、LNB の導波管口の前に偏光子を取り付けるのが一般的でした。これは、入力信号を導波管の周りの電磁石で回転させる (磁気偏光子) か、サーボ モーターを使用して導波管内の中間プローブを回転させる (機械偏光子) かのいずれかですが、このような調整可能なスキュー偏光子は現在ではほとんど使用されていません。

ヨーロッパで最初の Astra DTH 放送衛星に伴って LNBF が実現したアンテナ設計の簡素化は、垂直偏波信号と水平偏波信号の選択に対するよりシンプルなアプローチにも及んでいます。Astra タイプの LNBF には、導波管内に 2 つのプローブが互いに直角に組み入れられています。そのため、LNB をマウント内で傾斜させてローカル偏波角度に合わせると、1 つのプローブが水平信号を収集し、もう 1 つのプローブが垂直信号を収集します。電子スイッチ (受信機からの LNB 電源の電圧によって制御: 垂直の場合は 13 V、水平の場合は 18 V) が、増幅およびブロック ダウンコンバージョンのために LNB を通過する偏波を決定します。

このような LNB は、可動部品がなく、受信機に接続された 1 本のケーブルだけで衛星からのすべての送信を受信できるため、それ以来、生産される LNB の中で最も一般的なタイプになりました。

以下は北米のC バンドLNB の例です。

• 局部発振器: 5.15GHz
• 周波数: 3.40～4.20GHz
• 騒音温度: 25～100ケルビン(dB 評価ではなくケルビン評価を使用)。
• 偏光: 直線

標準的なリニア LNB の例を次に示します。

• 局部発振器: 10.75GHz
• 周波数: 11.70～12.20GHz
• ノイズ指数: 1 dB（標準）
• 偏光: 直線

ヨーロッパでは、1990 年代にSES がさらに多くのAstra衛星を19.2°Eの軌道位置に打ち上げたため、 FSSバンド (10.70～11.70 GHz)で使用されるダウンリンク周波数の範囲が、当時の標準的な LNB と受信機で対応できる範囲を超えて拡大しました。Astra 1Dからの信号を受信するには、受信機の IF チューニング範囲を 950～1,950 MHz から 950～2,150 MHz に拡張し、LNB の局部発振器周波数を通常の 10 GHz から 9.75 GHz (いわゆる「拡張」LNB) に変更する必要がありました。

Astra 1Eとその後の衛星の打ち上げにより、Astra は新しいデジタル サービスに初めてBSS周波数帯域 (11.70～12.75 GHz) を使用し、10.70～12.75 GHz の全周波数範囲を受信する LNB、つまり「ユニバーサル」LNB の導入が必要になりました。

ユニバーサル LNB は、9.75/10.60 GHz の切り替え可能な局部発振器周波数を備えており、低帯域受信 (10.70–11.70 GHz) と高帯域受信 (11.70–12.75 GHz) の 2 つの動作モードを提供します。局部発振器周波数は、接続された受信機からの電源電圧に重畳された 22 kHz 信号に応じて切り替えられます。偏波を切り替えるために使用される電源電圧レベルと合わせて、ユニバーサル LNB は、受信機の制御下で、衛星K _uバンドの周波数範囲全体と両方の偏波 (垂直と水平)を 4 つのサブバンドで受信できます。^[7]

以下はヨーロッパで使用されているユニバーサル LNB の例です。

• ノイズ指数: 0.2 dB（標準）
• 偏光: 直線

DBSに使用される LNB の例を次に示します。

• 局部発振器: 11.25GHz
• 周波数: 12.20～12.70GHz
• ノイズ指数: 0.7 dB
• 偏光: 円形

K _aバンドLNBの例を次に示します。

以下はNorsat K _aバンドLNBの例です。

S バンドLNBの例を次に示します。

• 局部発振器: 1.57GHz
• 周波数: 2.52-2.67GHz
• 騒音温度: 最大 50ケルビン(dB 定格ではなくケルビン定格を使用)。
• 偏光: 直線

このLNBの周波数範囲は非常にまれであり、 Sバンド周波数で動作する唯一の直接放送衛星はIndoStar-1とIndoStar-2であり、両方ともインドネシアの直接家庭プロバイダーMNC Visionによって使用されています。これらの衛星にSバンドが選択された理由は、その周波数が効率的に大気圏を貫通し、インドネシアなどの多雨地域にある小径80cmアンテナに高品質の送信を提供できるためです。同様のKuバンドまたはCバンドの受信性能を得るには、湿った大気圏を貫通するために、より大きな送信電力またははるかに大きな皿が必要です。

フィードホーンが 1 つだが、複数のチューナー (別々の受信機内、またはツインチューナー PVR 受信機の場合は同じ受信機内) に接続するための複数の出力を持つ LNB。通常、2 つ、4 つ、または 8 つの出力が提供されます。各出力は、他の出力とは独立してチューナーのバンドおよび偏波選択信号に応答し、チューナーには別の LNB として「表示されます」。このような LNB は通常、出力のいずれかに接続された受信機から電力を得ます。使用しない出力は未接続のままにしておくことができます (ただし、LNB 全体を保護するために防水処理されます)。

注: 米国では、2 つの出力を持つ LNB は「デュアル LNB」と呼ばれますが、英国では、「デュアル LNB」という用語は歴史的に、マルチスイッチに接続するための、それぞれが 1 つの偏波のみを生成する 2 つの出力を持つ LNB を指していました (この用語と LNB は、ユニバーサル LNB とマルチスイッチに相当するクアトロ LNB の導入により使用されなくなりました。以下を参照)。今日、「デュアル LNB」(および「デュアル フィード」) は、2 つの衛星位置からの受信用のアンテナを指し、2 つの独立した LNB または 2 つのフィードホーンを備えた単一のモノブロック LNB のいずれかを使用します。英国では、「ツイン出力 LNB」または単に「ツイン LNB」という用語は、通常、単一のフィードホーンと 2 つの独立した出力を持つ LNB に対して使用されます。^[3]

特別なタイプのLNB（Quad LNBと混同しないでください）は、共有の皿アンテナ設備で使用して、任意の数のチューナーに信号を送信することを目的としています。quattro LNBには1つのフィードホーンと4つの出力があり、それぞれがK _uサブバンド（低帯域/水平偏波、高帯域/垂直偏波、低/垂直、高/水平）の1つだけをマルチスイッチまたはマルチスイッチのアレイに供給し、接続された各チューナーに必要なサブバンドを各チューナーに配信します。^[8]

クアトロ LNB は、通常、クアトロ LNB に似ていますが、受信機に直接接続することはできません (当然のことですが)。クアトロ LNB とクアトロ LNB の違いに再度注意してください。クアトロ LNB は、4 つのチューナーを直接駆動でき、各出力は K _{uバンド全体の信号を提供します。クアトロ LNB は、共有ディッシュ配信システムのマルチスイッチに接続するためのもので、各出力は K u}バンド信号の 4 分の 1 のみを提供します。

複数のチューナーは、単一のケーブル配信システム内の衛星チャンネル ルーター(SCR) またはユニケーブルLNBから供給される場合もあります。ユニケーブル LNB には 1 つの出力コネクタがありますが、標準の LNB とは異なる方法で動作するため、単一の同軸ケーブルに沿ってデイジー チェーン接続された複数のチューナーに供給できます。

SCR LNBは、受信スペクトル全体をブロックダウンコンバートする代わりに、受信機からのDiSEqC準拠のコマンドに従って選択された受信信号の小さなセクション（衛星上の単一のトランスポンダの帯域幅に相当）をダウンコンバートし、IFの固定周波数で出力します。最大32個のチューナーにIF範囲の異なる周波数を割り当てることができ、SCR LNBはそれぞれに対して、個別に要求された対応するトランスポンダをダウンコンバートします。^[9]

ほとんどの SCR LNB には、従来の方法で IF 範囲全体にブロックダウンコンバートされた受信スペクトルを提供するレガシー動作モードまたは個別のレガシー出力も含まれています。

発振器周波数が 10.40 GHz または 10.41 GHz の ASTRA ユニバーサル ワイドバンド LNB が市場に投入されています。高帯域と低帯域が分割されていないため、中間周波数帯域は従来の LNB よりもはるかに広くなっています。

広帯域LNB信号は、新しい広帯域チューナーや、光伝送の有無にかかわらず、新しいSCRシステム（Inverto/Fuba、^[10] Unitron、^[11] Optel、^[12] GT-Sat/Astroなど）で受信できます。広帯域信号は従来のクアトロ信号に変換でき^[13]、その逆も可能です。^[14]

2016年2月、Sky（英国）は、同社の新しいワイドバンドチューナーとのみ互換性のある新しいLNBを発売した。^[15]このLNBには、低帯域と高帯域の両方の垂直偏波チャネルすべて用のポートが1つと、低帯域と高帯域のすべての水平チャネル用のポートがもう1つある。基本モデルには接続が2つしかなく、おそらく10.7～12.75GHzの入力から290～2340MHzの中間周波数を持つ10.41GHzの局部発振器を備えている。このLNBは、UnitronのASTRAユニバーサルワイドバンドLNBと同じもののようだ。^[16]すべてのチャネルにアクセスするには、最低2本のケーブルが必要である。Sky Qボックスでは、複数のチューナーで複数のチャネルを選択でき、これはデュアル同軸システムの通常の2つよりも多い。このタイプのLNBは、英国で使用されているより一般的なAstraユニバーサルLNBとは互換性がないため、アップグレード中にLNBが変更される。 LNBには6つの接続を持つモデルがあり、そのうち2つはSky Q用、4つはAstra Universal LNBで、Sky Qに加えてFreesatなどの複数のレガシーシステムを持つユーザー向けです。アパートなど1本のケーブルしか使用できない場合は、代わりにBSkyB SCRを使用するSky Q互換のマルチスイッチを使用できます。^[17]

光ファイバー衛星配信システム用の LNB は、従来の電気 LNB と同様に動作しますが、2 つの信号偏波にわたる 10.70～12.75 GHz のK _uバンドスペクトル全体の 4 つのサブバンドすべてが同時にブロック ダウンコンバートされます (クアトロ LNB の場合と同様)。4 つのサブバンドの IF が積み重ねられて、0.95～5.45 GHz (帯域幅 4.5 GHz) の範囲の 1 つの IF が作成され、半導体レーザーを使用して光信号で変調され、光ファイバー ケーブルに送信されます。

受信機では、光信号は従来の電気信号に戻され、受信機には従来のLNBとして「見える」ようになります。^[18]

モノブロック（またはモノブロック）LNB は、2、3、または 4 つの LNB とDiSEqCスイッチで構成される単一のユニットで、互いに近接した 2、3、または 4 つの衛星からの信号を受信し、選択した信号を受信機に送るように設計されています。2 つの LNB のフィードホーンは、特定の軌道間隔（通常は 6° ですが、4° の場合もあります）の衛星を受信するために、一定の距離を置いて配置されています。別々の LNB とスイッチでも同じ機能を実現できますが、1 つのユニットで構成されたモノブロック LNB の方が設置が簡単で、個別にケースに入れられた LNB（通常は直径 60 mm）よりも 2 つのフィードホーンを近づけることができます。フィードホーン間の距離は、受信する衛星の軌道間隔、使用するパラボラアンテナの直径と焦点距離、および衛星に対する受信サイトの位置によって異なります。そのため、モノブロック LNB は通常、特定の地域で標準的なパラボラアンテナで動作するように設計された妥協策です。^[19]例えば、ヨーロッパの一部では、ホットバード衛星とアストラ19.2°E衛星を受信するように設計されたモノブロックが人気です。これは、高価で遅くて騒音の多い電動アンテナを必要とせずに、1つのアンテナで両方の衛星を受信できるためです。同様の利点は、アストラ23.5°Eとアストラ19.2°Eの両方の位置からの信号を同時に受信できるデュオLNBによって提供されます。

3 つの衛星を受信できるトリプル モノブロック LNB ユニットも用意されています。

たとえば、Hotbird 13°E、Eutelsat 16°E、Astra 19.2°E または、Eutelsat 7°E、Eutelsat 10°E、Hotbird 13°Eの位置に同じものを使用できます。このモノブロックは、同じ間隔 (3°+3°=6°間隔) の他の位置にも使用できます。

間隔が異なる他の非常に一般的な例としては、Astra 1: 19.2°E、Astra 3: 23.5°E、Astra 2: 28.2°E (4.3°+4.7°=9°間隔) があります。

また、4 つのフィード モノブロック LNB ユニットも利用可能で、これにより、ユーザーは 4 つの衛星 (たとえば、Eurobird 9°、Hotbird 13°、Astra 19.2°、Astra 23.5°E (4°+6.2°+4.3°=14.5° 間隔)) からの信号を受信できます。

現在販売されているほとんどの受信機は、少なくともDiSeqC 1.0と互換性があり、ユーザーがリモコンでチャンネルを変更すると、4 つの衛星 (すべての最新のモノブロック LNB ) 間で自動的に切り替えることができます。

LNB 内の水分が凍結し、非常に低い温度で氷が積もることがあります。これは、LNB が衛星受信機から電力を受け取っていないとき (つまり、番組を視聴していないとき) にのみ発生する可能性があります。これに対処するため、多くの衛星受信機では、受信機がスタンバイ状態のときに LNB に電力を供給し続けるオプションを提供しています。実際、ほとんどの LNB に電力が供給されているのは、LNB の回路から放出される熱によって温度が安定し、その結果、局部発振器の周波数が安定するからです。英国のBSkyB受信機の場合、スタンバイ状態のときでも LNB に電力が供給されているため、受信機はファームウェアの更新と電子番組ガイドの更新を受信できます。米国では、Dish Network受信機に接続された LNB に電力が供給されているため、システムは夜間にソフトウェアとファームウェアの更新とガイド情報を無線で受信できます。トルコでは、別の LNB タイプのDigiturk MDU に電力が供給されており、暗号化されたコンテンツを視聴するために、 VODコンテンツ、STB ファームウェア、EPG データ、および有料テレビ キーを受信します。

ウィキメディア・コモンズには、低ノイズブロック (LNB)に関連するメディアがあります。

• バイアスティー
• ブロックアップコンバータ（BUC）
• オルソモードトランスデューサー
• 信号対雑音比
• 送受信統合アセンブリ(TRIA)
• デュオLNB
• 単一ケーブル配線
• 光ファイバー衛星配信

• LNB の謎を解明。
• LNBの説明とブロック図
• ノイズ温度とノイズ指数
• SES公式ウェブサイト
• Astra 推奨事項 (LNB タイプを含む衛星受信機器用)