Attenuazione segnali, ecco come limitarla il più possibile

Antenna Tv attenuazione segnali

Tutti i segnali TV ricevibili nella nostra zona dai singoli trasmettitori delle diverse emittenti, sia terrestri sia via satellite, subiscono inevitabilmente l’azione di fenomeni di degrado che, introducendo attenuazioni, alterazioni della banda o interferenze, possono più o meno influenzare la qualità e la ricevibilità dei segnali stessi. Vediamo quali sono le principali cause e quali rimedi si possono adottare, con un pizzico di teoria e tanta pratica.

La catena di trasmissione /ricezione

Può essere utile, prima di affrontare l’analisi delle cause di una ricezione problematica, conoscere come è strutturata la catena di trasmissione-ricezione dei diversi segnali che arrivano nelle nostre case. Analizzando il percorso che il segnale da ricevere compie, partendo dal trasmettitore fino alla presa del nostro TV o decoder SAT, possiamo constatare che tale segnale può subire azioni degradanti in più punti del percorso: via etere (attenuazione e interferenze), in antenna (stato non ideale del fissaggio, dell’orientamento, della connessione), in testa alla distribuzione (funzionamento non corretto dell’amplificatore di testa o centralino TV-SAT), nella rete di distribuzione e di utente (perdite per invecchiamento dei cavi o per difetti di connessione, alterazioni della banda per disadattamenti di impedenza), nell’impianto di utente (difetti di connessione o modifiche fatte senza criterio in vecchi impianti con linea di distribuzione principale passante negli appartamenti).

Impianto collettivo
Catena di trasmissione – ricezione dei segnali Tv e SAT e possibili punti dove si originano fenomeni di degrado

Quando qualcosa non va nell’impianto, individuale o collettivo, la prima cosa da accertare è sicuramente la causa o le cause del fenomeno che si riscontra. Possiamo dire che i fenomeni che si manifestano con più frequenza sono essenzialmente fenomeni di “attenuazione” di varia origine, “alterazioni della banda” distribuita per disadattamento di impedenza, possibili “interferenze” per scarsa schermatura o bassa separazione. Vediamo come, questi fenomeni influenzano, la qualità dei segnali.

Attenuazione

Tutti i segnali trasmessi via etere e trasportati da cavi coassiali, subiscono una riduzione di energia che produce un abbassamento della tensione utile del segnale definito come “attenuazione”. La distanza in aria che separa l’antenna trasmittente dall’antenna ricevente produce “attenuazione di tratta”; la lunghezza dei cavi coassiali usati per trasferire i segnali ricevuti dalle antenne alla centrale di testa comporta “attenuazione di collegamento”; la lunghezza dei cavi coassiali usati nella rete di distribuzione e i dispositivi passivi (divisori e derivatori) inseriti nella rete per creare i rami di distribuzione diretti alle prese TV-SAT dell’impianto producono “attenuazione di distribuzione” che può essere di “divisione” o di “derivazione”; il cavo coassiale collegato a una presa TV-SAT e diretto al nostro decoder TV-SAT, introduce anch’esso una “attenuazione di collegamento”.

La caratteristica che accomuna tutte le attenuazioni riscontrabili nell’impianto è un abbassamento “prevedibile” della tensione di segnale utile che viene misurata ed espressa con l’unità di misura “dBµV”. La prevedibilità di queste attenuazioni è data dalla conoscenza delle caratteristiche dei materiali che trasportano i segnali e del loro comportamento. Pertanto, possiamo calcolare per ogni percorso che deve compiere il segnale TV-SAT, l’attenuazione presente. Vediamo in dettaglio.

Attenuazione segnali
L’attenuazione in generale, se eccessiva, può trasformare un segnale ricevibile avente, per esempio, un livello di 50 dBµV, in un segnale non più decodificabile sia digitale terrestre sia digitale satellite

Attenuazione di tratta

Indichiamo l’attenuazione di tratta come informazione tecnica di conoscenza su cosa accade a un segnale TV digitale nella distanza, chiamata “spazio libero”, che separa l’antenna trasmittente dall’antenna ricevente. Gli operatori e i broadcaster nel momento in cui devono pianificare la copertura di un’area di servizio, regolano la potenza dei trasmettitori per garantire il campo elettromagnetico necessario alla ricezione.

Possiamo dire che l’attenuazione di tratta dipende dalla distanza e dalla frequenza. A distanza maggiore corrisponde attenuazione maggiore, a frequenza maggiore corrisponde attenuazione maggiore.

Per conoscenza, riportiamo la formula applicabile a una tratta aerea per calcolare l’attenuazione nello spazio libero.

Att. Tratta (dB) = 20 × log10 (distanza km) + 20 × log10 (frequenza MHz) + 32,45

Attenuazione di collegamento

Il primo componente di un impianto TV-SAT che introduce “attenuazione” è il cavo coassiale. I cavi coassiali hanno subito nel tempo grandissimi miglioramenti costruttivi, soprattutto a favore di una riduzione dell’attenuazione introdotta e dell’efficienza di schermatura. Grazie a questi miglioramenti è stato anche possibile ridurne le dimensioni per facilitare l’infilaggio nelle tubazioni incassate.

L’attenuazione introdotta dal cavo coassiale, per questioni relative proprio alla sua struttura e ai materiali usati, non è la stessa per tutti i canali ricevuti e distribuiti. Ogni cavo coassiale ha una sua curva di attenuazione resa nota dal costruttore. Uno stesso pezzo di cavo, quindi, si comporta diversamente alle diverse frequenze dei canali da trasportare nel senso che le frequenze più elevate subiscono una maggiore attenuazione di quelle più basse.

Possiamo fare un esempio osservando i cavi in commercio e rilevando che possono avere perdite massime di 30 dB a 2150 MHz, la frequenza più alta della banda SAT, con un dislivello in banda che secondo i modelli può essere tra 8 e 12 dB, ottenendo una perdita a 950 MHz, la frequenza più bassa della banda SAT, di circa 18/22 dB. Le perdite in banda TV sono inferiori a 18 dB. Queste sono le perdite quindi da tenere in debita considerazione quando si allestisce un impianto e una rete di distribuzione. Inoltre, essendo disponibili sul mercato cavi coassiali con diametri diversi, ci sono livelli di attenuazione differenti che tendono ad alzarsi nei cavi più piccoli e ad abbassarsi nei cavi più grandi.

In altre parole, possiamo dire che dovendo realizzare una linea di discesa o di distribuzione lunga 50 metri, ci possiamo aspettare che la perdita del cavo sia di 20 dB con un cavo piccolo, con un diametro di circa 5 mm, 15 dB con un cavo da 6/7 mm e 10 dB con un cavo da 10 mm. I cavi più usati negli impianti sono quelli da 5 e 6/7 mm. Ci sono anche cavi molto piccoli, per esempio meno di 4 mm ma si possono usare solo per brevi tratti. Si può anche dire che un collegamento in cavo coassiale, dovendo essere intestato con adeguati connettori, introduce un’attenuazione totale data dalla lunghezza, dalla frequenza e anche dalle perdite di connessione. Queste ultime si possono stimare in meno di 1 dB a connettore, mentre l’attenuazione in funzione della frequenza la si ricava dalle tabelle fornite dal costruttore del cavo.

Attenuazione di collegamento 3
L’attenuazione di collegamento crea un abbassamento del livello dei canali distribuiti con un andamento progressivamente crescente alle frequenze più elevate. Di conseguenza, i canali distribuiti subiscono ognuno un’attenuazione diversa. Questo è causato dai cavi coassiali che per loro natura introducono un’attenuazione progressiva minore alle basse frequenze e maggiore alle alte frequenze

Attenuazione di distribuzione

Tutti gli impianti TV e SAT nella fase di progettazione e realizzazione tengono conto dell’attenuazione introdotta, oltre che dai cavi coassiali, anche dai singoli componenti passivi della rete di distribuzione usati nelle scatole di ripartizione dei segnali, ovvero i divisori (partitori - splitter) e i derivatori (tap).

È inevitabile che i segnali distribuiti nella rete abbiano perdite perché subiscono le attenuazioni introdotte da tutti i dispositivi della rete stessa, inoltre tali perdite dipendono dalla qualità e dalla quantità di componenti passivi installati. Le perdite di distribuzione sono “calcolate”, nel senso che usando con criterio le diverse attenuazioni dei componenti il progettista della rete le sfrutta per ottenere un’equa distribuzione dei segnali a tutti gli utenti dell’impianto.

Facciamo un esempio: se uno stesso cavo percorre la verticale di un edificio con 6 piani, nella fase di ripartizione dei segnali ai singoli piani, a quelli più alti si dovranno installare derivatori aventi una perdita maggiore di quelli installati ai piani sottostanti. In questo modo si compensa la lunghezza dei cavi e il livello dei segnali forniti ai singoli piani è circa lo stesso. Diversamente, se si usassero derivatori tutti uguali, si avrebbero segnali più forti ai piani alti e più bassi ai piani bassi.

Un altro aspetto importante riguarda la capacità di ogni dispositivo di rendere ininfluente lo stato della rete di utente dallo stato della rete di distribuzione. In altre parole, attenuazioni introdotte da dispositivi passivi della rete introducono perdite in quanto sono necessarie al fine di garantire una “separazione” tra le uscite e le entrate. Nel creare ramificazioni di cavo coassiale è opportuno mantenere l’impedenza costante e per fare ciò tali dispositivi introducono attenuazione. Nei divisori, le attenuazioni sono le stesse per ogni uscita: per esempio, un divisore a due uscite introduce una perdita di 4 dB per ogni uscita, mentre nei derivatori ci sono due diverse attenuazioni, quella di “passaggio” e quella di prelievo “derivazione”. L’attenuazione di derivazione deve essere di almeno 10 dB o superiore, quella di passaggio deve essere la più bassa possibile, da poco meno di 1 dB fino a un massimo di 4 dB.

 

Attenuazione di divisione-derivazione 4
L’attenuazione di distribuzione causata da dispositivi passivi, divisori e derivatori abbassa il livello dei canali distribuiti con un grado di attenuazione/perdita uguale per tutti. I divisori introducono una perdita tipica di 4 dB mentre i derivatori possono introdurre un’attenuazione minima di 10 dB e, secondo il modello, un’attenuazione massima di circa 30 dB

Alterazioni della banda

Un impianto realizzato a regola d’arte deve rispondere ai requisiti tecnici stabiliti dalle norme tecniche e che sono elencati nella guida CEI 100-7 che, oltre ai livelli minimi e massimi dei segnali prelevabili alle prese TV-SAT, indica tutti i parametri di qualità significativi, come per esempio la “variazione massima della risposta in frequenza entro un canale” che esprime quanto può essere difforme un canale dalla forma ideale. Riguardo a quest’ultima caratteristica, tra gli operatori si è diffusa un’espressione simpatica che definisce “panettone” la forma di un canale digitale quando viene visualizzato sullo schermo dell’analizzatore di spettro.

Tale “panettone” rispetto alla forma ideale può presentare alterazioni che modificano la “cresta” ovvero l’andamento del livello massimo che, secondo le norme, può avere variazioni massime di 8 dB per tutti i segnali digitali DVB: T, T2, S, S2. Le “alterazioni della banda”, ovvero della forma del canale, sono influenzate da fenomeni che si manifestano in ricezione, già in antenna, o da difetti della rete di distribuzione.

Nel caso di un canale TV, le alterazioni possono nascere per effetto delle riflessioni ambientali o cammini multipli, oppure nell’impianto TV per effetto di distorsione degli eventuali filtri di banda o di canale del terminale di testa. Infine, anche da difetti di adattamento di impedenza che possono nascere nella rete di distribuzione coassiale quando, per esempio, una linea non viene chiusa sulla sua impedenza nominale. Quest’ultimo caso influenza anche i segnali SAT.

Nella ricezione “digitale terrestre”, osservando lo spettro del canale fornito direttamente dall’antenna ricevente, si può compensare un’alterazione visibile nella banda del canale variando l’orientamento e l’altezza dell’antenna per ridurre l’effetto delle riflessioni ambientali e dei ritardi o echi che l’ambiente produce.

Nella ricezione “digitale satellite”, visto che l’antenna monta un componente attivo (LNB), l’eventuale alterazione di banda può avvenire per difetti di posizionamento dell’LNB nella sua sede (crosspolarizzazione), oppure per fenomeni che si generano nella distribuzione che, viste le alte frequenze in gioco, sono dovuti a “disadattamenti di impedenza” provocati da difetti di connessione, da una cattiva ripartizione dei segnali nella rete o dalla mancata “chiusura” della linea di discesa.

Per tutti i segnali, terrestri e satellitari, l’adattamento di impedenza tra i vari componenti è molto importante, per questo motivo tutti i componenti hanno la stessa impedenza pari a 75 Ohm. Un disadattamento si verifica se non vengono rispettate le modalità corrette di connessione tra i componenti.

La prima regola è: “un cavo per ogni porta”. Con il termine porta si intende il punto dove i segnali possono entrare o uscire. Ogni entrata e ogni uscita devono essere collegate a un solo cavo.

La seconda regola è: “connessioni ben fatte”. Tutti i cavi collegati alle diverse porte dei dispositivi di rete devono essere ben “intestati” ovvero spellati quel tanto che basta per inserirsi nei morsetti, ripiegando la calza sul corpo esterno del cavo e facendo in modo che il conduttore centrale non sia visibile o comunque ben infilato nel morsetto.

Nel caso vengano usati connettori coassiali di tipo F, essendo ad “avvitare”, richiedono particolari accortezze di montaggio. Quella più importante riguarda la calza schermante che oltre ad essere ripiegata sul corpo esterno del cavo deve essere anche disposta a “filetto” ovvero la si deve avvolgere sul cavo verso destra, in modo che i fili della calza si inseriscano nel filetto senza tagliarsi durante l’avvitamento del connettore.

La terza regola è: “chiudere la linea”. Con il termine “linea” si intende il cavo principale che trasporta i segnali nella verticale dell’edificio e i cavi di “prelievo” dalla linea diretti all’impianto di utente.

Occorre ricordare che i derivatori e i divisori si comportano in modo diverso. I derivatori sono inseriti in “cascata” lungo una linea, i divisori creano invece due o più ramificazioni a partire da un punto.

I difetti di connessione, la mancata chiusura di una linea, l’uso di un morsetto per più cavi provocano un disadattamento di impedenza che genera un’alterazione di banda la quale si ripercuote in modo causale e non prevedibile su uno o più canali della banda provocando dislivelli tra i canali e anche all’interno di un singolo canale.

Alterazione di banda
xAlterazioni di banda provocate da disadattamenti di impedenza generati da difetti di connessione, mancata chiusura o collegamenti errati. Le alterazioni massime ammesse dalle norme devono stare entro 8 dB. Alterazioni di maggiore entità producono un peggioramento dei parametri di qualità dei segnali BER e MER

Qualità dei segnali negli impianti TV-SAT

Segnale minimo ricevibile (dBµV) FEC 2/3 – VHF(III) 39,2 dB – UHF(IV) 43,9 – UHF(V) 47,9
FEC 3/4 – VHF(III) 40,7 dB – UHF(IV) 45,4 – UHF(V) 49,4
FEC 5/6 – VHF(III) 42,2 dB – UHF(IV) 46,9 – UHF(V) 50,9IF-SAT 47
Variazione massima di livello entro un canale (dB) 8
Livello alle prese di utente Min/Max (dBµV) (TV) 45 – 74
(SAT) 47 – 77
BER (dopo Viterbi) <2E-4
Rapporto Portante-Rumore min (dB) TV: 26 – SAT: 10

 

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