จานดาวเทียมทำงานอย่างไร: ตัวสะท้อน ฟีด LNB และเครื่องรับ

จานดาวเทียมพาราโบลารวบรวมคลื่นวิทยุที่มาถึงและส่งพลังงานไปยังฟีด จากนั้น LNB ขยายสัญญาณอ่อนและแปลงความถี่ลงก่อนเครื่องรับถอดข้อมูล ตัวสะท้อน ฟีด วงจรขยาย ตัวแปลงความถี่และเครื่องรับมีหน้าที่ต่างกัน จึงไม่ควรเรียกทั้งหมดว่าเป็นการขยายของจาน

จานรวบรวมคลื่นอย่างไร

ดาวเทียมอยู่ไกลมากเมื่อเทียบกับขนาดสายอากาศ หน้าคลื่นในบริเวณจานจึงประมาณเป็นระนาบได้ พาราโบลาอุดมคติสะท้อนคลื่นที่เข้ามาขนานกับแกนให้มารวมใกล้จุดโฟกัส

ฟีดฮอร์นหรือฟีดชนิดอื่นเชื่อมสนามกับทางรับสัญญาณ ตัวสะท้อนแบบพาสซีฟไม่สร้างกำลังไฟเพิ่ม แต่ใช้พื้นที่รับคลื่นและรูปแบบที่มีทิศทาง

จาน offset ช่วยลดการบังพื้นที่เปิดด้วยฟีดได้ มุมหน้าจานที่มองเห็นจึงไม่จำเป็นต้องตรงกับมุมเล็งของลำคลื่น

จากคลื่นสู่ภาพหรือข้อมูล

1. ตัวสะท้อนรวบรวมคลื่นจากทิศทางเป้าหมายเข้าสู่ฟีด
2. ฟีดเชื่อมสัญญาณและรองรับเงื่อนไขโพลาไรเซชัน
3. วงจรขยายสัญญาณรบกวนต่ำเพิ่มระดับโดยพยายามเพิ่มสัญญาณรบกวนให้น้อย
4. ตัวแปลงความถี่เปลี่ยน RF ไปเป็นความถี่กลางที่เหมาะสม
5. เครื่องรับเลือกช่อง ถอดการมอดูเลต แก้ข้อผิดพลาดและถอดรหัส

LNB ในงานทีวีดาวเทียมโดยทั่วไปหมายถึง Low-Noise Block downconverter ระบบอื่นอาจใช้ชุดวงจรและอินเทอร์เฟซต่างกัน

เหตุผลของการแปลงความถี่

แทนที่จะส่ง RF สูงผ่านสายภายในบ้านที่ยาว การแปลงลงช่วยให้เหมาะกับการสูญเสียของสายและวงจรรับ ในแบบจำลองง่าย f_IF = |f_RF − f_LO|

ถ้า RF = 11.20 GHz และ LO = 9.75 GHz จะได้ IF = 1.45 GHz หรือ 1450 MHz นี่คือตัวอย่างคำนวณ ไม่ใช่ค่าที่ใช้กับ LNB ทุกตัว

LNB Ku บางแบบใช้แรงดันและโทนควบคุม แต่ต้องดูรุ่นจริง การตั้ง LO หรือโพลาไรเซชันผิดอาจทำให้รับช่องไม่ได้แม้มีระดับสัญญาณสูง

ขนาดจานกับอัตราขยาย

สำหรับพื้นที่เปิดวงกลม ใช้ G ≈ η(πD/λ)² เป็นค่าประมาณ โดย D คือเส้นผ่านศูนย์กลาง λ คือความยาวคลื่น และ η คือประสิทธิภาพพื้นที่เปิด

ที่ 12 GHz และ η = 0.60 จาน 0.60 m ให้ค่าคำนวณประมาณ 35.3 dBi ส่วน 3 m ให้ประมาณ 49.3 dBi จึงไม่ควรให้จาน 3 m ทุกตัวมีค่าแน่นอน 40 dBi ในทุกความถี่ Ku

เมื่อความถี่และประสิทธิภาพคงที่ เส้นผ่านศูนย์กลางสองเท่าให้อัตราขยายเชิงเส้นสี่เท่า หรือประมาณ 6 dB แต่จานใหญ่โดยทั่วไปมีลำคลื่นแคบลงและต้องเล็งเหมาะสม

หน่วยของกำลังสัญญาณอ่อน

1 nW = 10⁻⁹ W ส่วน 1 pW = 10⁻¹² W ต่างกันหนึ่งพันเท่า ไม่ควรเรียกหนึ่งในพันล้านวัตต์ว่าหนึ่งพิโกวัตต์

กำลังที่รับไม่ได้เท่ากันทุกดาวเทียม ต้องรวมกำลังส่ง อัตราขยายทั้งสองด้าน ระยะและการสูญเสีย ความสูงของวงโคจรอย่างเดียวไม่บอกกำลังปลายทางหรือ C/N ขั้นต่ำที่เหมาะกับทุกมอดูเลชัน

การเล็งและโพลาไรเซชัน

แอซิมัทคือทิศในแนวราบ มุมเงยคือมุมจากขอบฟ้า ทั้งคู่ขึ้นกับสถานที่และดาวเทียม แยกทิศเหนือแม่เหล็กจากทิศเหนือจริงในการใช้ข้อมูล

โพลาไรเซชันเชิงเส้นอาจต้องหมุนฟีดหรือ LNB ตามเงื่อนไข ต้นไม้และอาคารอาจบังเส้นทาง แต่ไม่มีกฎว่าทุกจานต้องคลาดเคลื่อนต่ำกว่า 0.1°

ยืนยันดาวเทียมหรือสัญญาณเป้าหมายพร้อมการล็อก คุณภาพและข้อผิดพลาด ไม่ใช่เลือกเฉพาะจุดที่แถบความแรงสูงสุด

จานกับแผงอิเล็กทรอนิกส์

สถานี GEO แบบประจำที่มองไปยังทิศเกือบคงที่ ส่วนดาวเทียม LEO เคลื่อนผ่านท้องฟ้า เทอร์มินัลอาจใช้การติดตามเชิงกลหรือปรับลำคลื่นทางอิเล็กทรอนิกส์

แผง phased array สร้างลำคลื่นจากความสัมพันธ์ของเฟสและแอมพลิจูดหลายองค์ประกอบ ไม่จำเป็นต้องมีตัวสะท้อนพาราโบลา รูปร่างภายนอกอย่างเดียวไม่บอกระบบภายในทั้งหมด

ส่งข้อมูลกลับได้หรือไม่

ทีวีรับอย่างเดียวกับอินเทอร์เน็ตสองทางเป็นคนละระบบ การส่งกลับต้องมีทางส่ง RF โมเด็มและบริการที่รองรับ ต่อเราเตอร์เข้ากับ LNB ทีวีไม่ได้สร้างอัปลิงก์โดยอัตโนมัติ

ดู หลักการตัวสะท้อนพาราโบลา และ สายอากาศ SATCOM ของ Dolph Microwave โดยเทียบความถี่ การรับหรือส่ง โพลาไรเซชัน ขนาดและเงื่อนไขติดตั้งของระบบจริง