วิวัฒนาการทางเทคนิคของ LNB บรอดแบนด์: หลักการออกแบบที่จำเป็นสำหรับการรับสัญญาณดาวเทียม High-Throughput Satellite (HTS)

การวิเคราะห์ทางวิศวกรรมเกี่ยวกับแบนด์วิดท์ สัญญาณรบกวนเฟส ความเสถียรของความถี่ และการรับสัญญาณแบบหลายลำแสง

บทนำ

ด้วยการใช้งานเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ของดาวเทียม HTS ที่มีปริมาณข้อมูลสูง LNB แบบแบนด์วิดท์แคบแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการรับสัญญาณสำหรับแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ การมอดูเลตอันดับสูง และการอยู่ร่วมกันของลำแสงหลายลำแสงได้อีกต่อไป LNB แบบบรอดแบนด์ได้กลายเป็นฮาร์ดแวร์หลักสำหรับสถานีรับภาคพื้นดิน บทความนี้ได้รวบรวมวิวัฒนาการทางเทคนิคของ LNB แบบบรอดแบนด์ และแยกแยะข้อจำกัดการออกแบบที่สำคัญสำหรับสถานการณ์ HTS โดยให้ข้อมูลอ้างอิงสำหรับการเลือกทางวิศวกรรมและการพัฒนาผลิตภัณฑ์

1. วิวัฒนาการของเทคโนโลยี LNB

1. LNB แบบ DRO (Dielectric Resonator Oscillator): โซลูชันหลักในยุคแรกที่มีโครงสร้างเรียบง่ายและต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตาม มีปัญหาการดริฟท์ของอุณหภูมิของออสซิลเลเตอร์ภายในที่รุนแรงและแบนด์วิดท์การทำงานที่จำกัด เหมาะสำหรับดาวเทียมที่มีอัตราบิตต่ำแบบดั้งเดิมเท่านั้น และไม่สามารถรับการมอดูเลตอันดับสูงของ HTS ได้
2. LNB แบบ PLL แบบดั้งเดิม: ใช้การล็อคเฟสแบบอิงคริสตัลเพื่อปรับปรุงความเสถียรของความถี่ได้อย่างมาก ถูกจำกัดด้วยประสิทธิภาพของฟิลเตอร์และโซ่ RF แบนด์วิดท์ที่ใช้งานได้ของพอร์ตเดียวมีจำกัด ส่วนใหญ่ใช้สำหรับดาวเทียมกระจายเสียงย่านความถี่ Ku แบบดั้งเดิม
3. LNB แบบ PLL แบบบรอดแบนด์รุ่นใหม่: ปรับให้เหมาะสมสำหรับดาวเทียม HTS ที่มีปริมาณข้อมูลสูง มีแบนด์วิดท์ RF กว้างพิเศษ ประสิทธิภาพสัญญาณรบกวนเฟสที่ยอดเยี่ยม และการล็อคความถี่ในช่วงอุณหภูมิเต็ม รองรับการรับสัญญาณแบบหลายลำแสง แบนด์วิดท์ตัวพาขนาดใหญ่ และการถอดรหัสการมอดูเลตอันดับสูง เช่น 16APSK / 32APSK กลายเป็นโซลูชันหลักสำหรับสถานีรับ HTS สมัยใหม่

2. ข้อกำหนดทางเทคนิคหลักสำหรับ LNB ที่เข้ากันได้กับ HTS

ดาวเทียม HTS ที่มีปริมาณข้อมูลสูงมีลักษณะเฉพาะคือตัวพาแบบบรอดแบนด์ การมอดูเลตอันดับสูง การใช้ความถี่ซ้ำแบบหลายลำแสง และอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่จำกัด ทำให้มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับ LNB ซึ่งแตกต่างจากดาวเทียมกระจายเสียงแบบดั้งเดิม

2.1 แบนด์วิดท์การทำงานที่กว้างเป็นพิเศษ

ตัวพาแบบลำแสงเดี่ยวของ HTS ใช้สเปกตรัมที่กว้างขึ้น โซ่ RF และฟิลเตอร์ IF ของ LNB แบบแบนด์วิดท์แคบแบบดั้งเดิมจะทำให้เกิดการลดทอนภายในแบนด์และการบิดเบือนสัญญาณ LNB แบบบรอดแบนด์ควรครอบคลุมช่วงความถี่เป้าหมายทั้งหมดด้วยความเรียบภายในแบนด์ที่ดี เพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบือนแอมพลิจูดสำหรับตัวพาแบบบรอดแบนด์

2.2 ประสิทธิภาพสัญญาณรบกวนเฟส

การมอดูเลตอันดับสูง เช่น 32APSK มีความไวต่อสัญญาณรบกวนเฟสอย่างยิ่ง สัญญาณรบกวนเฟสที่ลดลงจะเพิ่มอัตราความผิดพลาดของบิตโดยตรง ส่งผลให้สูญเสียการล็อคและเกิดสิ่งประดิษฐ์แบบโมเสก แม้จะมี SNR เพียงพอ LNB ที่มุ่งเน้น HTS ควรปรับปรุงลูป PLL และอุปกรณ์ออสซิลเลเตอร์ภายในเพื่อลดสัญญาณรบกวนเฟสนอกแบนด์

2.3 ความเสถียรของความถี่ในช่วงอุณหภูมิเต็ม

สถานีภาคพื้นดินภายนอกอาคารต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างกลางวันและกลางคืนอย่างมาก การดริฟท์ของอุณหภูมิของสถาปัตยกรรม DRO จะทำให้ตัวพาแบบบรอดแบนด์ของ HTS ออกจากหน้าต่างการรับสัญญาณของตัวรับ การใช้งาน HTS ต้องใช้สถาปัตยกรรมล็อค PLL เพื่อจำกัดการเลื่อนความถี่ LO ภายในช่วงการทำงาน -40°C ~ +65°C อย่างเข้มงวด

2.4 การปฏิเสธนอกแบนด์และการป้องกันการรบกวน

การรบกวนระหว่างลำแสงที่อยู่ติดกันเป็นปัญหาสำคัญในสภาพแวดล้อมแบบหลายลำแสงของ HTS ฟิลเตอร์ส่วนหน้า RF ของ LNB ต้องการการปฏิเสธนอกแบนด์ที่ดีเพื่อลดการรบกวนความถี่ที่อยู่ติดกันและการรบกวนภาพ ป้องกันไม่ให้สัญญาณรบกวนที่แรงบีบอัดช่วงไดนามิกของตัวรับ

2.5 ช่วงไดนามิก

ระดับสัญญาณที่ได้รับแตกต่างกันอย่างมากระหว่างลำแสง HTS ที่แตกต่างกัน LNB ควรมีช่วงไดนามิกเชิงเส้นเพียงพอ: อัตราส่วนสัญญาณรบกวนต่ำสำหรับสัญญาณที่อ่อนแอและปราศจากการบิดเบือนการอิ่มตัวภายใต้สัญญาณเข้าที่แรง เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถรับสัญญาณในสถานการณ์แบบหลายลำแสงได้

3. สาระสำคัญของการออกแบบ LNB แบบบรอดแบนด์สำหรับ HTS

1. การเลือกรูปแบบออสซิลเลเตอร์ภายในแบบ PLL: ละทิ้งสถาปัตยกรรม DRO; ใช้โซลูชัน PLL ประสิทธิภาพสูงร่วมกับ TCXO เพื่อให้ได้การรักษาเสถียรภาพความถี่ในช่วงอุณหภูมิเต็มและกำจัดการเลื่อนความถี่ที่เกิดจากอุณหภูมิ
2. การออกแบบโซ่ RF แบบบรอดแบนด์: ปรับปรุง LNA, ฟิลเตอร์ และมิกเซอร์ เพื่อปรับปรุงความเรียบภายในแบนด์ตลอดทั้งแบนด์ และลดการบิดเบือนแอมพลิจูดสำหรับสัญญาณบรอดแบนด์
3. การปรับสัญญาณรบกวนเฟสให้เหมาะสม: กำหนดแบนด์วิดท์ลูป PLL อย่างเหมาะสม และเลือกชิป LO ที่มีสัญญาณรบกวนเฟสต่ำ เพื่อให้เป็นไปตามเกณฑ์การถอดรหัสสำหรับการมอดูเลตอันดับสูง เช่น 32APSK
4. การวางแผนเอาต์พุต IF: สำหรับตัวพาแบบบรอดแบนด์ของ HTS ให้ออกแบบช่วงเอาต์พุต IF อย่างสมเหตุสมผล เพื่อให้ตัวพาเต็มรูปแบบสามารถตกอยู่ในหน้าต่างการรับ IF ของตัวรับ
5. ความน่าเชื่อถือของ EMC และสิ่งแวดล้อม: สถานี HTS ส่วนใหญ่ติดตั้งภายนอกอาคาร การจัดวางวงจร การป้องกัน การออกแบบการเสื่อมสภาพตามอุณหภูมิ-ความชื้น ควรเป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับการใช้งานภาคสนามระยะยาว 7*24 ชั่วโมง
6. การแลกเปลี่ยนพอร์ตหลายพอร์ต: เมื่อใช้ LNB แบบหลายเอาต์พุตในโครงการ HTS ให้ประเมินการแยกพอร์ตต่อพอร์ตและการสูญเสียพอร์ต เพื่อหลีกเลี่ยงการเสื่อมประสิทธิภาพที่เกิดจากการแยกสัญญาณหลายทาง

4. ข้อผิดพลาดทางวิศวกรรมทั่วไป

ความเข้าใจผิด: การเข้าถึงแบนด์วิดท์ตามที่ระบุเพียงพอสำหรับการรับ HTS

ความเข้าใจผิด: สามารถใช้ LNB แบบ DRO สำหรับการรับ HTS ได้

ความเข้าใจผิด: LNB แบบหลายเอาต์พุตทั้งหมดเหมาะสำหรับการรับ HTS แบบรวมศูนย์

5. สรุป

ดาวเทียม HTS ที่มีปริมาณข้อมูลสูงกำหนดเกณฑ์ฮาร์ดแวร์ที่สูงขึ้นมากสำหรับ LNB สถานีภาคพื้นดินกว่าดาวเทียมกระจายเสียงแบบดั้งเดิม ประสิทธิภาพของ LNB แบบบรอดแบนด์ไม่เพียงแต่กำหนดโดยแบนด์วิดท์การทำงานเท่านั้น การล็อคความถี่ PLL สัญญาณรบกวนเฟส ความเรียบภายในแบนด์ ช่วงไดนามิก และการปฏิเสธนอกแบนด์ ร่วมกันกำหนดประสิทธิภาพการรับ HTS ในโลกแห่งความเป็นจริง สำหรับการติดตั้งทางวิศวกรรม ให้จัดลำดับความสำคัญ LNB แบบบรอดแบนด์ PLL ที่ปรับให้เหมาะสมกับ HTS หลีกเลี่ยงผลิตภัณฑ์ DRO และผลิตภัณฑ์เกรดผู้บริโภคแบบบรอดแบนด์ ตรวจสอบพารามิเตอร์ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญเสมอเพื่อให้แน่ใจว่าการรับสัญญาณที่เสถียรตลอด 7*24 ชั่วโมง