La giusta lunghezza

Maggio 2008. Il cavo coassiale normalmente utilizzato negli impianti per ricevere i programmi Tv via satellite va considerato a tutti gli effetti un “componente” dell'impianto.

Il cavo usato per collegare l'antenna parabolica al ricevitore è formato da due conduttori: uno interno e l'altro esterno, da questa conformazione deriva il nome “coassiale”. Il conduttore centrale è un filo rigido, il conduttore esterno è una treccia di fili che ricopre un nastro. Gli attuali cavi presentano tutti ottime caratteristiche elettriche e una maggiore durata nel tempo grazie all'impiego della tecnica di espansione a gas del dielettrico.

Le sue caratteristiche elettriche e soprattutto la sua lunghezza sono fattori che possono in varia entità degradare i segnali in transito.
Per stabilire se il degrado introdotto può essere eccessivo e quindi non tollerabile, vi sono metodi di valutazione che si possono impiegare ancor prima di eseguire il montaggio dell'impianto.

Per installare ad esempio un'antenna parabolica sul tetto di un edificio alto 10 piani e portare il cavo coassiale fino al primo piano dell'edificio, dovremmo scegliere un cavo coassiale che, nonostante la lunghezza necessaria al collegamento, permetta ai segnali di raggiungere il ricevitore con un degrado accettabile, senza abbassare troppo la qualità.

Quando un cavo è troppo lungo?
Se un cavo è troppo lungo, i segnali che partono dall'antenna con un'intensità adeguata subiscono perdite di entità tale da arrivare al ricevitore fortemente attenuati e quindi non più sfruttabili.
In questi casi la ricezione può risultare non solo instabile ma addirittura impossibile. I canali digitali sono tipicamente caratterizzati da una “soglia di ricevibilità” sotto la quale si ha l'oscuramento delle immagini mentre al di sopra si ha la ricezione regolare. Tutti i segnali digitali a cavallo di questa soglia provocano blackout temporanei o effetti mosaico sulle immagini.

Per stabilire numericamente la gamma di valori entro cui l'intensità o meglio il “livello” o ancora la “potenza” di un segnale possa essere considerata normale e ben ricevibile, possono aiutarci le norme tecniche del settore, ossia le famose norme europee EN 50083, le quali stabiliscono che un segnale Tv è perfettamente ricevibile quando giunge al ricevitore con un livello di potenza compreso tra 47 e 77 dBµV (si usa l'unità di misura decibel riferita al microvolt).

Ciò significa che se al nostro ricevitore satellite giungono segnali il cui livello rimane entro questi limiti, la ricezione è regolare mentre al di sopra o al di sotto la ricezione può essere disturbata o impossibile.
Visto che i cavi coassiali riducono il livello del segnale ci si deve preoccupare maggiormente del valore minimo prescritto dalle norme facendo alcuni calcoli per stabilire a priori quanto un cavo coassiale possa essere lungo.

Limite invalicabile
È opportuno considerare che il valore minimo indicato dalle norme va considerato come il limite da non raggiungere mai. Infatti, i progettisti e i tecnici installatori professionisti considerano sempre un margine aggiuntivo di 6 dB che porta il livello minimo utile da 47 a 53 dBµV.
Questo valore permette ad un ricevitore satellitare di funzionare ancora sufficientemente bene nella maggior parte delle giornate nuvolose o piovose, ossia nelle condizioni metereologiche che influenzano la ricezione dei segnali. Per aumentare il margine di funzionamento è tuttavia consigliabile disporre di segnali nominali sempre superiori a 53 dBµV.

Assumendo il valore di 53 dBµV come il minimo raggiungibile, possiamo individuare una formula generale che consenta di calcolare velocemente la lunghezza massima del cavo.
Per fare ciò è necessario introdurre il valore dell'attenuazione tipica del cavo impiegato nell'impianto.
Questo dato è recuperabile dal catalogo del costruttore e corrisponde all'attenuazione massima del cavo, espressa in dB/100 m (decibel di attenuazione per ogni tratto di cavo lungo 100 metri).
Questo valore d'attenuazione dichiarato dal costruttore dipende anche dalla frequenza dei segnali in transito ed è maggiore all'aumentare della frequenza.

Per eseguire un calcolo significativo prendiamo, perciò, come riferimento il caso peggiore, ossia il valore di attenuazione ottenibile alla massima frequenza in gioco che, per i segnali della Tv satellite, corrisponde alla massima frequenza IF che un ricevitore satellitare è in grado di ricevere, cioè 2150 MHz.

La formula da applicare è quindi la seguente:
Dove:
Att = attenuazione del cavo a 2150 MHz per 100 metri di lunghezza (valore dichiarato dal costruttore)
Sin = livello del segnale in partenza fornito dall'LNB
Sout = livello del segnale in arrivo al decoder
Act = Attenuazione totale introdotta dai connettori e dagli altri dispositivi interposti (commutatori ecc...)

L'impianto base
In un impianto base si ha un solo cavo senza interruzioni che collega l'antenna con il ricevitore satellitare. Per calcolare la lunghezza massima del cavo unico di connessione tra l'antenna e il ricevitore senza altre apparecchiature interposte possiamo stabilire che l'LNB fornisca un segnale tipicamente pari a 75 dBµV, e che i connettori utilizzati ai capi del cavo introducano ognuno un'attenuazione di 0,5 dB per un totale di 1 dB.
In questo caso se il cavo presenta un'attenuazione tipica di 30 dB/100m alla frequenza di 2150 MHz si ottiene una lunghezza massima di 66 metri (figura 2).

Figura 2. Un classico impianto per ricevere la Tv satellite nella sua forma più semplice è formato da un'antenna parabolica completa di LNB, un ricevitore satellite e il cavo di collegamento tra antenna e ricevitore.
Quest'ultimo, nei confronti dei segnali che vi transitano all'interno, introduce un'attenuazione diversa da canale a canale e che si accentua all'aumentare della frequenza dei canali ricevibili.

L'impianto dual feed
Quando tra l'antenna e il ricevitore è interposto un commutatore si introducono attenuazioni supplementari tali da richiedere la riduzione della lunghezza del cavo. Considerando che nell'impianto dual feed funziona solo un LNB alla volta, facendo un solo calcolo questo vale per entrambi gli LNB.
I segnali che transitano nel commutatore subiscono una tipica attenuazione di circa 2 dB mentre i connettori utilizzati diventano 4, per un totale di 2 dB di perdita.
Utilizzando un cavo coassiale con una perdita di 30 dB/100 m alla frequenza di 2150 MHz si ottiene una lunghezza massima del cavo di circa il 10% più corta del caso precedente, con un totale di 60 metri massimi (figura 3).

Figura 3. Nell'impianto dual-feed (due LNB) sono presenti attenuazioni aggiuntive introdotte dal commutatore d'antenna e dai connettori. Si può considerare indicativamente una perdita complessiva di 4 dB da aggiungere a quella introdotta dal cavo, ottenendo lunghezze massime mediamente più corte del 10% rispetto a quelle di un impianto a singolo feed (un solo LNB) senza commutatore.

Un cavo piccolo
In alcuni casi risulta difficile impiegare cavi coassiali di dimensioni standard, ossia con un diametro esterno di circa 6 - 7 millimetri. Si trovano in commercio cavi di ridotte dimensioni con diametro esterno inferiore o uguale a 5 millimetri e conduttori interni con diametro inferiore a 1 millimetro. In questi cavi l'attenuazione tipica è più elevata e può raggiungere facilmente valori considerevoli.
Nella tabella 1, per comprendere l'entità di attenuazione raggiungibile da questi tipi di cavi, abbiamo riportato i valori di alcuni cavi commerciali.
Con un cavo da 5 millimetri di diametro esterno si ottiene per i cavi indicati nella tabella una lunghezza massima di circa 50 metri. Mentre per cavi più piccoli da 3,6 millimetri di diametro esterno si hanno lunghezze massime inferiori a 30 metri.
I cavi piccoli richiedono una maggiore cura nella posa. Vanno evitati gli strattonamenti, la piegatura troppo accentuata, schiacciamenti e torsioni che potrebbero introdurre attenuazioni anomale su alcune frequenze.

Fino a 100 metri
Possono esserci casi in cui la lunghezza del cavo di collegamento non sia riducibile.
Facciamo un esempio dove sia necessario raggiungere una lunghezza pari a 100 metri.
Partendo da un segnale fornito dall'LNB pari a 75 dBµV e utilizzando un cavo con un'attenuazione tipica di 30 dB/100m in un impianto base (un solo LNB) il segnale raggiungerebbe il ricevitore con un livello di 44 dBµV, comprendendo anche 1 dB per le perdite dei connettori.
Questo livello sarebbe inaccettabile e richiederebbe alcuni interventi.

Per risolvere il problema sono due le possibili soluzioni: utilizzare un cavo migliore, che sarebbe inevitabilmente più grande e più costoso oppure inserire un amplificatore in una posizione opportuna.
Nel primo caso si può utilizzare un cavo coassiale con un diametro esterno superiore a 6 mm. In commercio sono reperibili cavi di questo tipo a partire da 7 mm di diametro esterno, con conduttori interni superiori a 1 millimetro. Nella tabella 2 abbiamo riportato le caratteristiche di alcuni cavi commerciali per apprezzare come, aumentando le dimensioni del cavo, si ottengano sensibili riduzioni delle perdite. Si può notare come utilizzando cavi da 6,8 mm si arrivi a ottenere un segnale di livello compreso tra 46,6 e 47,3 dBµV, valore ancora inaccettabile. Passando a cavi da 10 mm si otterrebbe invece un'attenuazione di poco inferiore a 20 dB e quindi un livello in arrivo di circa 54 dBµV. La soluzione perciò vedrebbe l'impiego di un cavo da 10 mm di diametro esterno, lungo 100 metri (figura 4a).

L'impiego di questo cavo impone l'uso di appositi connettori o adattatori per ridurre il diametro a quello normalmente accettato dal connettore F dell'LNB e del ricevitore satellitare.
La seconda soluzione vede l'impiego di un normale cavo da 6 millimetri o poco più, lungo 100 metri, con un amplificatore di linea inserito circa a metà percorso (figura 4b).

Figura 4. Se il cavo di collegamento è lungo almeno 100 metri, si possono adottare due soluzioni:
A) utilizzare un cavo di dimensioni più grandi che introduce minori perdite;
B) impiegare un amplificatore di linea posto a metà strada. In arrivo si ottiene ugualmente un livello di segnale di circa 53 dBµV.

Un amplificatore di questo tipo dovrebbe garantire un guadagno di almeno 12 dB, in quanto con tale valore di amplificazione verrebbe compensata la perdita del cavo e quella dei connettori aggiunti. In totale si otterrebbe un segnale in uscita pari a: 75 - 30 - 4 + 12 = 53 dBµV, dove 75 è il segnale in ingresso, 30 è l'attenuazione del cavo, 4 è l'attenuazione dei connettori, 12 è il guadagno dell'amplificatore.

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