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Il porte le nom de LNB « universel » : s’il est devenu un composant commun, aussi bien pour une antenne fixe que pour une antenne motorisée, vous devez être attentifs à sa qualité et l’utiliser correctement. Nous rappelons son rôle et son fonctionnement ainsi que quelques conseils. Il peut aussi s’appeler LNB Twin, Quatwin, Quattro ou encore Monobloc : explications et utilisation.

Une antenne terrestre collecte directement un signal transmis depuis l’émetteur : son niveau est suffisant pour l’envoyer vers le tuner du téléviseur. En réception satellite, le niveau de signal recueilli par l’antenne parabolique est trop faible pour être exploité directement : il faut l’amplifier. C’est l’un des rôles dévolus au LNB (Low Noise Block downconverter), encore nommé tête de réception ou convertisseur. C’est un composant actif, contrairement à l’antenne terrestre qui est passive. Le qualificatif « universel » est relatif à la capacité d’un tel LNB de pouvoir capter tous les signaux dans la totalité de la bande Ku (10,7 à 12,75 GHz) et quelle que soit la polarisation ; ce que ne permettaient pas les LNB utilisés au début de la réception directe par satellite.

Principe
En transmission dite Hertzienne, que ce soit par voie satellitaire ou par voie terrestre, la structure de l’onde électromagnétique est la même ; le satellite fait simplement appel à des fréquences beaucoup plus élevées et donc plus directives. Dans tous les cas, la détection du champ électrique doit être assurée par une antenne : un LNB universel en comporte deux (une pour chaque polarisation) dont la longueur est de l’ordre de quelques millimètres (liée à la longueur d’onde). L’énergie disponible au niveau d’une antenne est considérablement atténuée (environ 200 dB) par rapport à l’émission du satellite ; il faut la concentrer au foyer de l’antenne par réflexion sur l’antenne. Pour en recueillir le maximum, on utilise une sorte d’entonnoir (comme on le ferait pour recueillir de l’eau de pluie dans une bouteille) ou « cornet » qui constitue la partie conique du LNB (orienté vers l’antenne). Ce cornet et le guide d’ondes (circulaire) qui lui est associé permettent aux deux petites antennes de collecter et de détecter les signaux correspondant aux deux polarisations émises par le satellite.

Polarisations
En émission terrestre, les émetteurs utilisent généralement la polarisation horizontale (éléments des antennes « râteau » situés dans un plan horizontal) pour des fréquences différentes : la bande de fréquence est suffisamment large (compte tenu du nombre de programmes à diffuser) pour que celles-ci n’interfèrent pas entre elles ; cependant, devant le grand nombre de réémetteurs, la polarisation verticale est aussi utilisée pour éviter des brouillages entre émetteurs. En réception satellite, on utilise systématiquement les deux polarisations, horizontale et verticale, de manière alternée ; cela permet d’utiliser le maximum de fréquences dans la largeur de bande disponible et de protéger les deux polarisations les unes par rapport aux autres. Cela nécessite la présence de deux petites antennes que nous évoquions, pour chacune des polarisations. Ceci vous explique aussi pourquoi il est très important qu’un LNB universel soit correctement orienté, avec le maximum de précision, pour que chaque antenne reçoive ce qui lui est destiné ; dans le cas contraire, chaque antenne recueillera moins de signal et une partie du signal qui ne lui est pas destiné : c’est ce que l’on désigne par la « contre-polarisation ».

lnb schema
Schéma de fonctionnement

Oscillateur local
Les signaux captés par l’antenne ont des fréquences trop élevées pour être transmises directement vers le terminal numérique : il faut abaisser ces fréquences afin qu’elles soient compatibles avec celles que peut exploiter le tuner du terminal, soit entre 950 et 2150 MHz : cette plage de fréquences porte le nom de « Bande Intermédiaire Satellite ou B.I.S ». Un oscillateur local, intégré au LNB, le permet en effectuant une opération mathématique simple : une soustraction. La fréquence B.I.S. est obtenue en retranchant de la fréquence d’entrée celle de l’oscillateur local. Comme la bande des fréquences d’entrée (10,7 à 12,75 GHz) est plus large (2,05 GHz) que celle de la B.I.S. (1,2 GHz), il faut couper celle-ci en deux et utiliser deux oscillateurs locaux. Les LNB universels utilisent ainsi deux oscillateurs locaux dont les fréquences sont normalisées à 9750 MHz et à 10600 MHz. Il est essentiel que ces deux fréquences soient stables, aussi bien dans le temps qu’en fonction des importantes variations de température auxquelles sont soumis les LNB en extérieur (de –20 à +60 degrés Celsius, et quelquefois plus). On obtient ainsi une couverture totale de la bande des fréquences reçues : pour 10,7 GHz, soit 10700 MHz, on a 10700-9750 = 950 MHz pour la BIS et pour 12,75 GHz, soit 12750 MHz, on a 12750-10600 = 2150 MHz pour la BIS.

Amplification et bruit
Le signal BIS disponible sur la prise F du LNB doit avoir un niveau suffisant pour compenser les pertes qu’il va subir avant d’arriver au tuner, notamment dans le câble coaxial. C’est le rôle de l’amplificateur : la valeur moyenne du signal de sortie est de 70 dBµV soit 3,16 mV. Cette valeur de niveau n’a pas de signification en soi : il faut surtout tenir compte du facteur de bruit ou NF (Noise Figure ou facteur de bruit). Plus cette valeur est basse (exprimée en dB), meilleure sera la qualité du LNB : elle vaut en général 0,6 à 0,8 dB, et quelquefois moins ; si elle est trop élevée, le signal utile risque d’être « noyé » dans le bruit et son exploitation par le tuner devient aléatoire. Au contraire, si cette valeur est faible, il sera possible d’exploiter un signal plus faible et de compenser, dans une certaine mesure, la taille de l’antenne.

Vu sur un mesureur de champ
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Spectre de polarisation verticale bande haute sur Astra correspondant à un bon positionnement du convertisseur.
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Même spectre avec un mauvais positionnement du convertisseur : visualisation de la contre polarisation.

Bruit de phase en numérique
La transmission de signaux numériques utilise la Modulation d’Amplitude en Quadrature (ou QAM) qui permet d’obtenir, à partir de deux signaux I et Q, une constellation de points correspondant aux symboles transmis. Dans le cas du satellite, seuls quatre points ou états, correspondant aux sommets d’un carré sont utilisés : cette modulation porte le nom de 4-QAM ou QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Pour que la démodulation soit assurée de manière correcte et stable, ces quatre points doivent rester au sommet du carré ; s’ils s’en écartent trop, les symboles ne seront plus détectés (pixellisations et gels d’images). Or, dans un LNB, les circuits de conversion de fréquence/amplification peuvent induire un décalage de phase dont la conséquence sera justement que les points en question ne sont plus à leur place ; ce qui ne manquera pas d’induire pixellisation d’image voire coupure totale. Pour apprécier le bruit de phase, on mesure, en balayant l’espace du carré (360 degrés ou un cycle), la dispersion de ces points ; cette mesure s’effectue par rapport aux fréquences de l’oscillateur local dans une bande déterminée par rapport à celle-ci (1 kHz, 10 kHz et 100 kHz) et s’exprime en dBc/Hz (décibel cycle par Hertz). Les valeurs limites de ce bruit de phase (spectral) sont –50 dBc @ 1 kHz, -75 dBc @ 10 kHz et –95 dBc @ 100 kHz. De telles mesures ne peuvent se faire qu’en laboratoire, mais sachez que si ces critères sont respectés, vos ennuis seront moindres.

Orientation du LNB
Lorsque vous avez correctement pointé votre antenne, vous ne devez pas oublier d’orienter tout aussi correctement votre LNB. Cette orientation correcte conditionne le bon fonctionnement du terminal qui lui sera raccordé : la contre-polarisation doit être minimisée. Le seul appareil qui permette de réaliser un parfait positionnement est le mesureur de champ/analyseur de spectre panoramique : il permet de visualiser et d’éliminer cette contre-polarisation, mais aussi d’apprécier le taux d’erreur en réception numérique. Les valeurs (avant correction) doivent être de l’ordre de 5.10-3 mais peuvent descendre en dessous : nous avons mesuré des valeurs de 5.10-4 avec de bons LNB. Les figures illustrent la différence entre la « bonne position » et une « mauvaise position » obtenue en tournant le LNB d’une dizaine de degrés seulement ! Si vous ne disposez pas d’un tel appareil, vous pouvez vous aider de l’indicateur de qualité du signal présent dans le menu installation de la plupart des terminaux numériques : la bonne orientation correspond à la qualité optimale du signal.

A titre d’exemple, pour Hot Bird à 13 degrés est et pour la région lyonnaise, le LNB doit être tourné de 8 degrés par rapport à la verticale dans le sens des aiguilles d’une montre (en vous plaçant devant le réflecteur de l’antenne et le LNB). Si vous êtes plus à l’ouest par rapport à cette région, il faudra tourner une peu plus le LNB ; si, au contraire, vous êtes plus à l’est, il faudra tourner le LNB d’une valeur plus petite. Si vous êtes à une longitude supérieure à 13 degrés est (celle du satellite), il vous faudra inverser le sens de rotation du LNB !

Un LNB, c’est fragile !
lnb tete de reception Si vous habitez dans une région chaude et ensoleillée, vous pourrez peut-être observer la disparition de tel ou tel programme en milieu de journée ou en fin d’après-midi, alors que le soir tout est normal. L’explication est simple : l’oscillateur local dérive en fréquence lorsque le soleil fait son effet ! Le remède est aussi simple : remplacez votre LNB par un modèle de qualité supérieure ! La pluie et l’humidité sont aussi les ennemis du LNB : si de l’eau arrive à s’infiltrer à l’intérieur soit du cornet soit de l’électronique, le résultat est assuré : plus rien ! Veillez à l’état du plastique protecteur et obturateur du cornet : l’action des ultraviolets et des variations de température peut produire des fissures (voyez notre photo !) qui ne manqueront pas de laisser passer l’eau. Cette « capsule » en matière plastique obturant le cornet peut aussi être altérée par le soleil : une antenne bien conçue se doit de concentrer au foyer les ondes issues des satellites et non du soleil ! L’énergie solaire ne doit pas se retrouver au foyer mais ailleurs (si la surface de certaines antennes est granuleuse, il y a une raison…) ; sinon, dans le pire des cas, le plastique en question peut arriver à fondre ! Pensez aussi au fait que plus une antenne est accessible, plus son LNB l’est aussi et plus vous pouvez surveiller facilement son état !

LNB Monobloc, Twin, Quatwin et Quattro
Dérivés du LNB universel, ces LNB sont adaptés à des cas particuliers de réception. Le LNB « monobloc » regroupe en un seul boîtier deux sources, deux LNB universels et un commutateur DiSEqC pour la réception de deux satellites séparés par 6 degrés de longitude. L’avantage est de pouvoir relier ce LNB avec un seul câble au terminal. Le LNB monobloc existe avec deux sorties indépendantes, utiles pour alimenter un terminal à double tuner. Certains d’entre vous veulent utiliser un LNB monobloc avec une autre antenne et un commutateur DiSEqC : nous vous le déconseillons, car les commutations d’un LNB monobloc obéissent aux ordres 1, 2, 3 et 4 du DiSEqC. Dans ces conditions, les conflits sont inévitables ! Pour commuter le LNB supplémentaire, il est préférable d’utiliser un terminal muni d’une commutation auxiliaire 0/12 volts, ou, à défaut, d’utiliser un commutateur manuel ! Un LNB « twin » comporte deux sorties indépendantes pour alimenter séparément deux terminaux numériques et un LNB « quatwin » quatre sorties indépendantes pour en alimenter quatre séparément. Quant aux LNB « quattro », ils offrent en permanence les quatre polarités sur quatre sorties distinctes : leur utilisation est spécifique aux installations collectives. Nous espérons que désormais le LNB « universel » n’aura plus de secret pour vous !

Jean-Louis Gaillard
article paru dans Télé Satellite n°153

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