Attenuazione, impedenza e curvatura nei cavi d'antenna

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Attenuazione

La perdita di segnale lungo un cavo coassiale è un parametro molto importante, sottovalutarla significa gettare al vento la sensibilità potenziale del nostro ricevitore o scanner. L'attenuazione viene espressa in dB per unità di lunghezza ad una specificata frequenza, quest'ultima variabile va sempre presa in considerazione dato che le perdite aumentano in modo proporzionale alla frequenza. L'attenuazione è determinata dalle perdite nel conduttore e nel dielettrico, come regola generale cavi di ampio spessore hanno basse perdite associate al conduttore. Le perdite associate al dielettrico invece sono indipendenti dalle dimensioni. Quest'ultime aumentano in maniera lineare con la frequenza, raddoppiando la frequenza raddoppiano le perdite. Le perdite dovute al dielettrico, ovvero all'isolante che separa i due conduttori concentrici, diventano dominanti quando la frequenza diviene molto alta.

Di seguito le caratteristiche dei cavi con impedenza di ampia diffusione con impedenza di 50 ohm. Puntualizziamo che i dati che vedrete si riferiscono a produzioni di aziende che garantiscono una buona qualità mentre in commercio esistono versioni di prestazioni diverse.

Cavo
Attenuazione
(a 100 MHz)
Attenuazione
(a 1000 MHz)
RG8
0.12 dB/metro
0.45 dB/metro
RG213
0.08 dB/metro
0.29 dB/metro
RT50/20
0.03 dB/metro
0.15 dB/metro

L'attenuazione che caratterizza i cavi inoltre non è un dato statico, muta secondo le condizioni ambientali. Ad esempio va modificata con un fattore di correzione che tenga conto della temperatura, più questa si innalza e più aumenta la resistenza dei conduttori. Alla temperatura di 50°C (sotto illuminazione estiva, rammentiamo che la guaina del cavo è di colore nero) ci si può attenere una attenuazione sull'ordine del 5% maggiore. L'attenuazione dei cavi con calza metallica composta dal fitto intreccio di singoli conduttori aumenta poi con il tempo e le flessioni meccaniche. Ciò si verifica con la corrosione dello schermo, anche per contaminazione del materiale plastico isolante, mentre è sempre consigliabile evitando inutili flessioni e/o curvature a stretto raggio così da conservare le prestazioni originarie dei materiali.

Impedenza

Il cavo utilizzato per collegare antenna e ricevitore, uno scanner come altro apparato per V/UHF, è rigorosamente di tipo coassiale. Le ragioni tecniche sono molteplici, una di queste è che in tale forma viene garantita una impedenza costante che non varia in modo significativo curvando il cavo. Ogni cavo coassiale è caratterizzato da una propria impedenza, determinata dal rapporto del diametro del conduttore esterno (lo schermo) rispetto il diametro del conduttore interno (il centrale) e dal tipo di materiale isolante che separa questi. In commercio si trovano cavi per alta frequenza con valori di impedenza tra 35~200 ohm, i più comuni e diffusi sono però unicamente quelli di 50 e 75 ohm. I primi, 50 ohm dunque, sono lo standard per i cavi utilizzati nei sistemi di comunicazione sia RF che microonde. I secondi, 75 ohm, sono tipicamente impiegati nel settore televisivo sia terrestre che satellitare.

Da un punto di vista formale nel caso si desideri collegare il proprio scanner con l'antenna posta sul tetto dell'abitazione, citando un esempio concreto, da decenni si opta automaticamente per un cavo da 50 ohm della serie RG, i più usati nello specifico sono l'RG8 o l'RG213. Questo non è certo errato, per il miglior funzionamento del sistema il cavo va difatti scelto con uguale impedenza degli altri componenti. Le antenne e gli apparati radio radioamatoriali sono caratterizzati da 50 ohm e questo, apparentemente, non lascia spazio a diverse sperimentazioni.

Questa analisi è però incompleta. Tenendo conto anche dell'attenuazione dei segnali che avviene nei coassiali si ha modo di constatare che nelle applicazioni di sola ricezione, pertanto nello scenario d'uso degli scanner, si può utilmente fare uso di cavi da 75 ohm di tipo satellitare migliorando nettamente le prestazioni ed abbassando i costi. Chiariamo questa affermazione, adottando un coassiale di tale valore si determina un disadattamento di impedenza tra i punti antenna/cavo e cavo/ricevitore (questo è un fattore negativo) ma nel contempo grazie alla ben minore perdita che contraddistingue i materiali (questo è un fattore positivo) si riesce nel complesso a ridurre l'attenuazione dei segnali che pertanto resituiscono possibilità maggiori di ascolto.


[Figura 1] I cavi coassiali da 75 ohm sono una alternativa molto interessante per le esigenze delle stazioni radio su bande VHF ed UHF

Diversi appassionati hanno nel tempo adottato i cavi SAT constatandone i benefici, soprattutto quando sono richieste lunghe discese e quando si debba ridurre l'impatto visivo per non urtare la "curiosità" dei vicini di casa notoriamente fieri oppositori di ogni installazione che vada oltre l'antenna TV condominiale. Per comprendere se anche nel vostro caso la soluzione qui proposta si dimostra efficace è sufficiente porsi alcune domande:

  • Modalità
    Il vostro apparato opera solo in ricezione oppure anche in trasmissione ma con debole potenza?
     

  • Frequenze
    Normalmente effettuate ascolti e/o collegamenti oltre i 400 MHz?
     

  • Lunghezza
    La discesa che dall'antenna porta alla vostra stazione è più lunga di 5~10 metri?
     

  • Installazione
    Avete bisogno di un cavo dal diametro relativamente contenuto per favorirne il passaggio entro la sede di collocazione?

Se tutte o quasi le risposte sono affermative un coassiale del tipo impiegato per realizzare gli impianti TV-SAT domestici è senz'altro la scelta migliore ed anche la meno costosa, aspetto da non disprezzare. Per concludere poniamo l'accento su un dettaglio, i cavi tipo RG8/213 hanno uno schermo costituito da una calza di conduttori intrecciati che risultano saldabili con relativa facilità. Intestare un connettore N, UHF, BNC è dunque una operazione che si può compiere sia con modelli a crimpare che con le versioni che necessitano di una saldatura dello schermo. I cavi SAT invece adottano uno schermo costituito da una lamina conduttrice avvolta che non risulta saldabile a meno di impiegare leghe e tecniche particolari. Intestare un connettore risulta pertanto facile esclusivamente utilizzando modelli a crimpare che sfruttano la ritenuta meccanica del cavo senza alcuna saldatura.

Curvatura

Si tratta di un argomento sollevato di tanto in tanto sui forum e blog ma spesso, troppo spesso, dibattuto senza alcun riferimento concreto. La premessa tecnica è semplice: l'attenuazione di tutti i cavi coassiali con calza metallica composta dal fitto intreccio di singoli conduttori aumenta in presenza di flessioni meccaniche. Importante è dunque considerare che meglio si "utilizza" un cavo, evitando curvature a stretto raggio e/o inutili flessioni, più si riesce a conservarne le caratteristiche originarie.

Naturalmente nell'installare un cavo che dall'antenna porta al nostro ricevitore effettuare delle curve per assecondare il percorso interno ed esterno all'abitazione è inevitabile. Ogni tipo di cavo (RG8, RG213, per citare i più comuni) ha un proprio raggio minimo di curvatura, un passo essenziale è dunque verificare questo dettaglio ed assecondare nella posa tale vincolo. Ma anche così facendo come cambiano le prestazioni dei cavi se vengono piegati più e più volte? La TMS, un fabbricante di cavi d'alta qualità, ha effettuato delle misure su di un coassiale campione della lunghezza normalizzata di 30 metri sottoposto a flessioni con un raggio di curvatura pari a dieci volte il diametro ottenendo i seguenti riscontri:

Frequenza
Attenuazione
(1 flessione)
Attenuazione
(2 flessioni)
Attenuazione
(peggiore entro 10 flessioni)
200 MHz
+0.8 dB
+0.2 dB
+1.2 dB
600 MHz
+0.3 dB
+3.5 dB
+12.5 dB
1200 MHz
+1.9 dB
+2.0 dB
+6.9 dB

L'attenuazione che caratterizza i cavi non è immutabile come abbiamo visto. Il loro degrado è particolarmente evidente nei coassiali già precedentemente usati e che dunque vengono "flessi" da una parte e dall'altra durante la loro vita operativa. Il grado di deterioramento è maggiormente marcato sulle frequenze elevate, diciamo nelle UHF per semplicità, ed è inoltre complesso essendo generato da multiple riflessioni del segnale nelle discontinuità di impedenza, l'effetto "collaterale" delle deformazioni. Questa attenuazione aggiunta può essere motivo di perdita di sensibilità per un ricevitore di buona qualità che solitamente per tali bande è costruito proprio per rendere udibili i segnali più deboli. Le regole d'oro da rammentare sono:

  • Resistenza
    I cavi coassiali standard resistono dal punto di vista puramente meccanicamente ad oltre un migliaio di flessioni con un angolo di 180° (piegamento ad U) se posti in un raggio di curvatura di almeno 20 volte il diametro del cavo stesso.
     

  • Limiti operativi
    Curvature strette fino ad un raggio di 5 volte il diametro del cavo possono essere eseguite ma se ne consiglia poi l'utilizzo in installazioni fisse, ripetute deformazioni sono da escludersi.

Sfatiamo ora un mito. Non vi è una costante nella relazione tra curvatura e degrado, in altri termini un cavo piegato a 90° per cinque volte presenterà perdite alla fine maggiori ma non si può prevedere di quale ammontare e neppure l'andamento con la frequenza. Le variabili sono infatti molte, la ridisposizione dei singoli conduttori che compongono la calza, la presenza di compressioni in punti specifici del dielettrico, eccetera. Questo porta a concludere che in una esperienza il coassiale può sembrare sostanzialmente inalterato mentre in un altro caso si nota un marcato peggioramento sui 400 MHz, in una diversa esperienza invece l'attenuazione mostrerà un picco oltre gli 800 MHz, e via dicendo.

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