Amplificador de baixo ru´ıdo com conversor descendente (LNB)

Juntamente com a antena, o dispositivo eletrˆonico constitu´ıdo basicamente pelo am- plificador de baixo ru´ıdo e conversor descendente de frequˆencia (LNB – Low Noise Block) ´e um dispositivo de suma importˆancia para um sistema de recepc¸˜ao via sat´elite. A Figura3.8ilustra o diagrama em blocos de um LNB t´ıpico em banda Ku, que ´e formado na entrada por um amplificador de baixo-ru´ıdo seguido por um filtro passa-faixa centrado na frequˆencia de recepc¸˜ao (11.7 a 12.2 GHz). O sinal filtrado ´e encaminhado para um misturador onde ´e realizado um batimento com uma frequˆencia fixa (para o modelo desse projeto igual 10.75 GHz), e dessa forma toda a faixa de frequˆencia da entrada na banda Ku ´e transladada para uma faixa na banda L, comercialmente padronizada entre 950 a 2050 MHz. Essa convers˜ao para uma banda inferior ´e necess´aria devido a atenuac¸˜ao nos cabos ter uma relac¸˜ao direta com a frequˆencia; quanto maior a frequˆencia maior a atenuac¸˜ao. Convertendo ent˜ao para uma faixa inferior (banda L) permite-se que o receptor possa estar localizado a distˆancias maiores, e tamb´em a utilizac¸˜ao de cabos de RF de baixo custo.

O sinal de sa´ıda do misturador conter´a v´arios sinais de acordo com a equac¸˜ao:

Fo = mFin± nFol (3.10)

en s˜ao n´umeros inteiros diferentes de zero (0, 1, 2, 3, ..., n).

O sinal resultante do batimento ´e filtrado por um novo filtro passa-baixa no est´agio de sa´ıda que elimina as componentes indesej´aveis e preserva a faixa a ser utilizada (nor- malmenteFin− Fol), antes de ser novamente amplificado e encaminhado para a sa´ıda do

dispositivo. Quando a frequˆencia do oscilador ´e maior do que o limite inferior do sinal de entrada ocorre uma invers˜ao do espectro no sinal em banda L, onde o sinal de entrada no superior da faixa ´e convertido para o inicio da faixa do sinal de sa´ıda.

Figura 3.8: Diagrama em blocos t´ıpico de um LNB

Conversor descendente do tipo bloco (block type) possui oscilador fixo, assim trans- ladam toda a faixa de recepc¸˜ao para uma faixa inferior intermedi´aria, ficando a cargo do receptor a correta sintonia da frequˆencia a ser utilizada. Os conversores que possuem sintetizadores vari´aveis de frequˆencia (agile type) convertem a sa´ıda para uma frequˆencia intermedi´aria (FI) fixa e, portanto, o receptor utilizado ter´a tamb´em frequˆencia fixa de entrada, sem a necessidade de realizac¸˜ao de sintonia.

Na ´area de sat´elites de comunicac¸˜ao geo-estacion´arios, os fabricantes de LNB pa- dronizaram a faixa de frequˆencia de sa´ıda sempre em banda L independente da faixa de entrada (Ku, C ou banda Ka), o que permite manter os mesmos equipamentos p´os LNB, necessitando mudar apenas o alimentador e LNB em caso de mudanc¸a de faixa de recepc¸˜ao.

Sistema de RF com LNBs profissionais possuem o dipolo de captac¸˜ao de sinal com orientac¸˜ao fixa, e desta forma, a resoluc¸˜ao da polarizac¸˜ao correta pode ser feita de dois modos distintos: Atrav´es da inclinac¸˜ao (Skew) manual do LNB e consequentemente da sua sonda durante a instalac¸˜ao ou, atrav´es de elemento m´ovel no alimentador acionado por um

motor. Como nesse trabalho se pretendia pesquisar a recepc¸˜ao de sinais de v´arios sat´elites geo-estacion´arios, optou-se por um alimentador com com dispositivo m´ovel acionado por motor e comandado por uma sa´ıda apropriada em um receptor, instalado exclusivamente para realizar essa tarefa.

Outra caracter´ıstica importante para o desenvolvimento desse trabalho e que deve ser observado num LNB, ´e com relac¸˜ao ao seu oscilador interno no que se refere `a precis˜ao e estabilidade em frequˆencia. O projeto apresentado neste trabalho, requer um oscilador com alta precis˜ao e estabilidade. Essa exigˆencia decorre do fato da largura de banda do sinal de beacon, e por consequˆencia, a do receptor utilizado serem bastante estreitas, e sendo assim, qualquer variac¸˜ao na frequˆencia do oscilador pode levar o sinal de sa´ıda do LNB para fora da largura de banda do receptor e, isso pode ser interpretado erroneamente como uma variac¸˜ao na potˆencia no sinal recebido.

Variac¸˜oes de temperatura no ambiente pode afetar a estabilidade do oscilador do LNB. Os LNBs fabricados e dispon´ıveis atualmente possuem osciladores que podem va- riar entre trˆes tipos b´asicos:

Diel´etrico ressonante Este tipo de oscilador emprega um material diel´etrico ressonante (DRO – Dieletric Resonant Oscillator) para a gerac¸˜ao da frequˆencia. Exibe uma estabilidade que dependendo do fabricante pode ser de at´e _{±1000 KHz para as} variac¸˜oes de temperatura ao longo de um dia e, por isso, ´e mais usado apenas em equipamentos de uso residencial.

Realimentado em fase Utiliza um cristal com alta estabilidade realimentado em fase (PLL – Phase Locked Loop) para gerac¸˜ao da frequˆencia de referˆencia do oscila- dor. Dependendo do fabricante esse tipo de oscilador pode conseguir estabilidades m´ınimas de at´e_{±5 KHz.}

Referˆencia externa Nesse tipo de oscilador ´e utilizada uma frequˆencia externa que atua como uma referˆencia para a gerac¸˜ao da frequˆencia do oscilador, e neste caso, pode se conseguir osciladores altamente est´aveis. Se na gerac¸˜ao da frequˆencia externa for empregado um equipamento com oscilador utilizando padr˜ao de c´esio, pode se conseguir estabilidade de_{1 · 10}−12_.

Como os sat´elites de comunicac¸˜oes em banda Ku operam em sub-bandas da banda dispon´ıvel de 10.7-12.75 GHz, que por sua vez dependem da regi˜ao global de classificac¸˜ao

do ITU, os fabricantes comercializam tamb´em os LNBs para essas sub-bandas. Para a regi˜ao 2, a grande maioria dos sat´elites pesquisados operam na faixa de 10.7 a 11.7 GHz e 11.7 a 12.2 GHz [18].

Outro tipo de LNB comercializado, restrito a equipamentos residenciais, ´e o co- nhecido no jarg˜ao t´ecnico como LNB universal. Este possui dois dipolos instalados de maneira ortogonal que, uma vez que todo o corpo do LNB esteja alinhado na posic¸˜ao cor- reta, ´e capaz de captar sinais de RF tanto com polarizac¸˜ao horizontal como vertical. Al´em disso possui tamb´em dois osciladores fixos que podem ser chaveados e, com isso cobrir toda a faixa reservada para a banda Ku (10.7-12.75 GHz).

Atrav´es de comandos el´etricos que chegam pelo cabo de FI e originados no receptor, ´e feita a selec¸˜ao instantˆanea da polarizac¸˜ao e do oscilador/faixa de RF a ser utilizada. A selec¸˜ao da polarizac¸˜ao ´e feita atrav´es da alimentac¸˜ao de n´ıveis de tens˜ao diferentes no cabo de RF, geralmente 13 e 18 Volts. A selec¸˜ao do oscilador e como consequˆencia a faixa utilizada ´e feita atrav´es da inserc¸˜ao ou n˜ao de um tom de frequˆencia baixa (22 KHz) no cabo de RF. A Tabela 3.3 mostra os comandos poss´ıveis e os resultados obtidos de polarizac¸˜ao / oscilador.

Tabela 3.3: Selec¸˜ao de polarizac¸˜ao e faixa de frequˆencia de operac¸˜ao no LNB universal

Tens˜ao de alimentac¸˜ao

Tom de frequˆencia

Oscilador Local se- lecionado Polarizac¸˜ao selecionada Faixa de frequˆencia 13 V 0 kHz 9.75 GHz Vertical (10.70-11.70 GHz) 18 V 0 kHz 9.75 GHz Horizontal (10.70-11.70 GHz) 13 V 22 kHz 10.60 GHz Vertical (11.70-12.75 GHz) 18 V 22 kHz 10.60 GHz Horizontal (11.70-12.75 GHz)