Fondamentale l’antenna giusta

Novembre 2013
Con l’assegnazione della banda 800 MHz, ch 61-69, 791-862 MHz, alle trasmissioni LTE la presenza dei trasmettitori LTE dei diversi operatori telefonici in down-link, posti a distanza di solo 1 MHz rispetto dal canale 60, nonché dei terminali portatili in up-link, può produrre interferenze sulla ricezione dei segnale TV. Ciò avviene in particolare nel caso di trasmettitori e di telefonini LTE posti a distanze inferiori a 1 Km dall’antenna TV, caso abbastanza frequente nei centri urbani. L’interferenza si presenta non solo per i canali TV 56-60 adiacenti alle frequenze LTE, ma, a causa dell’impiego diffuso di impianti condominiali a banda larga, può causare disturbi molto severi anche su tutti i canali TV della banda UHF, poiché i segnali LTE, entrando negli amplificatori di tali impianti, producono intermodulazione o addirittura saturazione con blocco della ricezione del segnale TV .

Come proteggersi dalle interferenze
Nella realizzazione di un impianto di ricezione TV, per attenuare gli interferenti LTE è anzitutto opportuno adottare una delle nuove antenne UHF progettate per massimizzare il guadagno nei canali 21-60 e in grado di attenuare le frequenze LTE. Questa nuova generazione di antenne TV, denominata anti-LTE o LTE-free, come vedremo più avanti, viene realizzata con diverse modalità e tecnologie a seconda del costruttore. L’adozione di tali antenne è sufficiente da sola a risolvere la situazione interferenziale nella maggior parte dei casi in cui l’impianto interferente LTE non sia in posizione ravvicinata a quello dell’antenna TV. Possono esistere però casi più severi in cui per la vicinanza dei trasmettitori LTE occorre aggiungere un filtraggio di testa posto fra l’antenna TV e l’impianto di ricezione. Il caso più serio è certamente quello in cui occorre salvaguardare il canale 60 TV che termina a 790 MHz, in presenza di un impianto LTE down-link in posizione ravvicinata che opera a 791 MHz, cioè ad un solo MHz di distanza. A fronte di questo caso molto critico non è sufficiente un’antenna anti-LTE ma è necessario adottare un filtro a norma CEI 100-7. A questo punto sorge la domanda: si può utilizzare il filtro a norme CEI 100-7 in combinazione con un’antenna anti-LTE? La risposta è certamente affermativa nel caso di antenne UHF che non integrano un filtro LTE. Nel caso l’antenna abbia integrato un filtro LTE la combinazione dei due sistemi di filtraggio nella maggior parte dei casi non causa problemi, anche se è necessario tenere conto dei seguenti aspetti:

– viene introdotta un’ulteriore attenuazione sul canale 60, che può causare problemi solo se questo è già vicino alla soglia di ricevibilità;
– il ritardo di Gruppo viene leggermente aumentato poichè i filtri delle antenne hanno poco impatto su questo parametro ma sicuramente non sarà possibile garantire ancora la soglia dei 90 ns, anche se i valori totali sicuramente non avranno impatto sulla qualità della ricezione.

Si può dunque concludere che l’utilizzo di un’antenna TV anti-LTE diventa il presupposto di ogni nuovo impianto TV per proteggersi dalle interferenze LTE.

Come sono realizzate le antenne anti-LTE
Vi sono sostanzialmente tre tecniche di base per la realizzazione delle antenne TV UHF anti-LTE, che riassumiamo nella tabella. Ciascuna di queste tecniche consente di ottenere prestazioni diverse che di seguito riassumiamo.

1) Nella prima tecnica il filtraggio LTE è basato sull’opportuno dimensionamento degli elementi stessi dell’antenna UHF in modo da fare risuonare il sistema di antenna nella banda utile di 470-790 MHz con una frequenza di taglio a 790 MHz, mentre le antenne progettate fino ad oggi consentono il massimo guadagno proprio nelle frequenze che oggi si vuole filtrare. In tal modo si massimizza il guadagno dell’antenna nella banda più ristretta, ottenendo però un’attenuazione limitata e non troppo selettiva nella banda LTE, con un’attenuazione a 791 MHz di circa 2dB rispetto al canale 59 e di solo 0.2 dB circa rispetto al canale 60, crescente fino a circa 8-10 dB a 890 MHz. Le antenne tipo Yagi presentano una risonanza più accentuata nella banda utile e attenuano di più la banda LTE, le antenne tipo logaritmiche, invece, presentano risposte più piatte mostrando perciò meno attenuazione su LTE. Nella figura sopra a sinistra la risposta dell’antenna Yagi RKB MERAK, nella figura a destra a fianco la risposta dell’antenna logaritmica RKB log 24. L’utilizzo di un’antenna che utilizza solo il filtraggio dei suoi elementi può essere sufficiente nei casi in cui non si utilizzi il canale 60 oppure se non esistono interferenti LTE vicini. Il vantaggio di tale tecnica è di non introdurre attenuazioni e ritardo di gruppo nel canale 60, in modo da potere rispettare i parametri previsti in tale canale previsti dall’eventuale aggiunta di un filtro a norma CEI 100-7.

2) Con la seconda tecnica, inserendo un filtro passivo nel dipolo, si ottiene una maggiore attenuazione in banda LTE, da 2 dB alle frequenze LTE più prossime fino a 25 dB nelle frequenze LTE più lontane, a spese però di una perdita molto bassa del filtro nella banda utile. In tal modo si può fare fronte alla maggior parte delle normali situazioni interferenziali LTE che si riscontrano negli impianti TV senza necessità di inserire il filtro a norma CEI 100-7.

3) Con la terza tecnica, inserendo un filtro attivo a bassa cifra di rumore nel dipolo, si elimina la perdita del filtro stesso ottenendo migliori prestazioni di guadagno in banda e di cifra di rumore dell’intero impianto anche nel caso fosse necessario aggiungere in cascata un filtro a norma CEI 100-7. In tal caso il sistema a valle deve consentire l’alimentazione del filtro attivo. Nel caso di segnali TV più elevati deve essere possibile escludere l’amplificazione del filtro per evitare intermodulazioni.

Esistono in commercio prodotti appartenenti a tutte le tre categorie. Importante notare che non solo i prodotti del caso 1 ma anche quelli dei casi 2 e 3 prevedono il riprogetto dell’antenna con nuove dimensioni degli elementi e nuove spaziature tra gli stessi e il dipolo in modo da ottimizzare il guadagno nella banda 470-790 MHz. Va escluso, infine, l’uso di dipoli attivi che integrano un amplificatore senza alcun filtraggio, per evitare intermodulazioni del segnale e guasti in caso di fulminazione dell’amplificatore.

Misura dei livelli interferenziali
Dalle misure effettuate nei laboratori si è visto come un ricevitore TV possa operare regolarmente anche con segnali LTE interferenti superiori di 15 dB rispetto al segnale TV, ma la presenza di amplificatori nella catena di distribuzione e la possibilità di fading dei segnali TV ha portato a considerare un valore conservativo di LTE superiore di  non oltre 3 dB rispetto al segnale TV. Dunque, attenuando il livello del segnale interferente LTE a un valore non superiore di circa 3 dB rispetto al segnale TV si può essere sicuri sulla qualità dell’intervento.

In sede d’installazione di un nuovo impianto o in fase di manutenzione di uno vecchio, le misure da effettuare al fine di determinare la minima attenuazione del filtro LTE nei confronti del segnale LTE della stazione base sono:

– Si misurano i livelli dei segnali ricevuti nella banda UHF e si individua il canale DTT di livello maggiore; il livello misurato sia LDTT (in dBμV);
– Si misurano il livello del segnale emesso dalla stazione base LTE, usando lo stesso strumento di misura e gli stessi valori di banda passante del misuratore; il livello misurato sia LLTE-BS (in dBμV);
– L’attenuazione ALTE minima richiesta al filtro LTE (ammettendo un livello del segnale LTE superiore a quello televisivo di 3 dB) è calcolabile con la formula

ALTE = LLTE-BS - LDTT - 3 (dB)

L’attenuazione minima del segnale LTE così determinata permette di verificare se il filtraggio offerto dall’antenna anti-LTE è sufficiente oppure se è necessario prevedere un ulteriore filtro, tenendo conto che se si effettua un orientamento dell’antenna ricevente TV e una ritaratura dell’amplificatore terminale di testa è ammessa una tolleranza di ± 3 dB.

Tipologia delle antenne TV in UHF
Si trovano in commercio vari tipi di antenne la cui conformazione è legata alla banda di frequenza e alle particolari prestazioni elettriche che permettono di ottenere.
Tutte le antenne per TV sono di fatto direttive, ma di solito il termine “direttivo” viene prevalentemente utilizzato per le antenne ad alto guadagno con angolo di ricezione più selettivo, inferiore a 30°, utilizzate di solito in condizioni di ricezione difficili e/o in presenza di segnali deboli o afflitti da interferenze provenienti da direzioni limitrofe. Tutte le tipologie di antenne con la denominazione anti-LTE o LTE-free sono state riprogettate con nuove dimensioni degli elementi e nuove spaziature tra gli stessi ed il dipolo in modo da ottimizzare il guadagno fino al canale 60 a 790 MHz, mentre le antenne progettate fino ad oggi consentivano il massimo guadagno proprio nelle frequenze occupate da LTE che oggi si vuole filtrare.

Antenna Yagi
L’antenna nota con il nome Yagi è stata inventata nel 1926 dai giapponesi Yagi e Uda. In VHF l’antenna può essere strutturata sia per la ricezione di un solo canale (monocanali) sia per la ricezione di più canali della stessa banda (a larga banda) con guadagno medio-basso di circa 7-12 dB. In UHF le antenne Yagi si distinguono in direttive a larga banda (bande IV+V), per semigamma (banda IV o V) e a banda stretta per gruppi di canali. Anche in UHF le più usate sono il tipo Yagi con un G medio di 12-14 dBi con 12 elementi e che con 90-94 elementi può arrivare a G=15-18 dBi e angolo di ricezione di 20-25°. Il dipolo ripiegato presenta un’impedenza bilanciata di 300 ohm, viene perciò inserito un piccolo balun (trasformatore d’impedenza) per adattarlo all’impedenza sbilanciata di 75 ohm del cavo schermato di discesa. Il riflettore può essere lineare o a forma di griglia sagomata a V, mentre i direttori hanno forme a X, a V , a triangolo o ad anello.

Antenne a pannello
Le antenne a pannello, usate prevalentemente in UHF, presentano un valore di guadagno di 8-10 dBi, non sono molto direttive, usate per ricevere più ripetitori da direzioni angolari abbastanza vicine (circa 30°-40°) e per questo dette anche per gruppi di canali.

Antenne logaritmiche o log periodiche
Le antenne logaritmiche sono costituite da una serie di dipoli, tutti alimentati, allineati lungo un asse ortogonale ai dipoli. Il rapporto fra le lunghezze e le distanze di due dipoli successivi si riduce secondo una legge logaritmica da cui il nome. La forma in pianta è simile a un triangolo isoscele. Gli elementi sono montati in modo simmetrico su due montanti metallici sovrapposti ai cui estremi si collega il cavo di discesa. Il dipolo più lungo determina la minima frequenza di funzionamento, mentre quello più corto la frequenza massima. Si ottiene così una banda molto larga in cui il guadagno è pressochè costante, poiché però gli elementi che risuonano per ogni fetta di frequenza sono pochi, guadagno (circa 8 dBi in VHF fino a 9-10 dBi in UHF) e direttività sono un po’ scarsi. Il tipo più comune di logaritmiche è in grado di ricevere sia la III banda VHF che la IV e la V banda UHF. Ne esistono anche specifiche per singole bande (III o IV o V), ma comunque a larga banda per la specifica banda per la quale sono costruite. Le antenne logaritmiche, specie quelle per tutte e tre le bande III, IV e V contemporaneamente, sono consigliabili come antenne di prova per esplorare il campo con un analizzatore e per quelle situazioni in cui i segnali da ricevere provengono tutti da direzioni identiche o analoghe e sono più o meno tutti di livello simile.

Antenne combinate VHF+UHF
Una nuova serie di antenne combina sulla stessa culla portante antenne VHF e UHF, con doppio riflettore a cortina, garantendo le stesse prestazioni raggiungibili con due antenne distinte, ma con un ingombro decisamente più ridotto.

Leggi e scarica in formato pdf la vetrina delle antenne anti-LTE.

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