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Possiamo acquistare il miglior ricetrasmettitore, installare un’ottima antenna e utilizzare cento watt di potenza, ma tra la radio e l’antenna rimane un componente che spesso viene considerato soltanto un collegamento:
il cavo coassiale.
In realtà il coassiale può determinare una differenza significativa nelle prestazioni complessive della stazione.
Ogni metro di linea introduce infatti una certa attenuazione.
Una parte della potenza generata dal trasmettitore viene inevitabilmente trasformata in calore prima di raggiungere l’antenna.
Lo stesso avviene in ricezione: parte del già debole segnale raccolto dall’antenna viene persa prima di raggiungere il ricevitore.
La situazione diventa particolarmente importante salendo dalle HF verso VHF, UHF e SHF.
Un cavo perfettamente accettabile sui 7 MHz può infatti diventare una pessima scelta sui 430 MHz.
Vediamo perché.
Il cavo coassiale non è un filo ideale
Ogni linea di trasmissione reale presenta delle perdite.
Nel coassiale esse derivano principalmente da:
- resistenza dei conduttori;
- effetto pelle;
- perdite nel dielettrico;
- imperfezioni della schermatura;
- connettori;
- disadattamenti;
- deterioramento del cavo.
Le perdite vengono normalmente espresse in:
dB per 100 metri
oppure:
dB per 100 piedi.
Un valore di 6 dB/100 m significa che cento metri di quel cavo, a quella determinata frequenza, introducono circa 6 dB di attenuazione.
Ma attenzione: il valore cambia con la frequenza.
Più aumenta la frequenza, maggiori sono generalmente le perdite
Questa è probabilmente la regola più importante.
Prendiamo come esempio un cavo della famiglia RG-213.
Un datasheet Belden per un RG-213 commerciale riporta valori nominali indicativi di circa:
- 1,5 dB/100 m a 5 MHz
- 4,6 dB/100 m a 50 MHz
- 6,6 dB/100 m a 100 MHz
- 10,4 dB/100 m a 230 MHz
- 14,1 dB/100 m a 400 MHz
- 21,1 dB/100 m a 800 MHz
I valori dipendono naturalmente dal prodotto e dal costruttore, ma l’andamento è chiarissimo: aumentando la frequenza, aumenta sensibilmente anche l’attenuazione.
Questo significa che parlare semplicemente di “30 metri di RG-213” senza specificare la frequenza utilizzata dice molto poco.
Che cosa significa perdere 3 dB?
Il decibel viene spesso percepito come un’unità un po’ astratta.
In termini di potenza:
3 dB di attenuazione corrispondono approssimativamente alla perdita della metà della potenza.
Se trasmettiamo 100 W e la nostra linea introduce 3 dB di perdita:
100 W → circa 50 W all’antenna.
Con 6 dB:
100 W → circa 25 W.
Con 10 dB:
100 W → circa 10 W.
Da questo punto di vista diventa evidente quanto la scelta del cavo possa diventare critica.
Formula della potenza dopo la perdita
Possiamo calcolare la potenza disponibile dopo una determinata attenuazione con:
Pout = Pin × 10^(-L/10)
dove:
- Pin è la potenza in ingresso;
- Pout è la potenza disponibile in uscita;
- L è la perdita in dB.
Facciamo un esempio.
Trasmettitore:
100 W
Perdita complessiva:
2 dB
Avremo:
Pout ≈ 63 W
Quindi circa 37 watt vengono dissipati lungo il percorso.
Naturalmente non vedremo necessariamente un punto del cavo che dissipa tutti quei watt: la perdita avviene distribuita lungo l’intera linea.
Un esempio HF
Immaginiamo una stazione sui 14 MHz con:
- RTX da 100 W;
- 20 metri di buon coassiale;
- antenna sul tetto.
Se il cavo introduce complessivamente, ipotizziamo, 1 dB di perdita:
100 W → circa 79 W.
Abbiamo perso circa 21 W.
Può sembrare molto, ma dal punto di vista del corrispondente la differenza fra 100 e 79 W è modesta.
Non stiamo certamente perdendo un punto S.
Ecco perché sulle HF si riesce spesso a convivere con cavi non estremamente costosi, purché l’installazione sia ragionevole.
La situazione cambia sulle UHF
Supponiamo ora di utilizzare 30 metri dello stesso cavo sui 430 MHz.
L’attenuazione potrebbe diventare di diversi dB.
Se, per esempio, la perdita complessiva arrivasse a 5 dB:
50 W alla radio → circa 16 W all’antenna.
Più di due terzi della potenza non raggiungerebbero l’antenna.
E il problema è ancora più importante in ricezione.
Un segnale molto debole proveniente da un satellite, da un beacon o da una stazione distante subirebbe la stessa attenuazione prima di arrivare al ricevitore.
Perdita in trasmissione e perdita in ricezione
La linea non sa in quale direzione viaggia il segnale.
Una perdita di 3 dB significa:
- circa metà potenza verso l’antenna in TX;
- circa metà potenza del segnale verso il ricevitore in RX.
Questo è particolarmente importante nelle stazioni VHF/UHF dedicate al weak signal.
Possiamo compensare parzialmente la perdita in trasmissione aumentando la potenza.
In ricezione, invece, il segnale perso prima del primo stadio amplificatore non può essere semplicemente ricostruito.
Per questo, nei sistemi UHF e SHF, vengono spesso utilizzati preamplificatori a basso rumore installati direttamente vicino all’antenna.
Perché un preamplificatore vicino alla radio non è la stessa cosa?
Immaginiamo:
Antenna → 30 m di cavo → preamplificatore → ricevitore.
Se il coassiale introduce 5 dB di perdita, il segnale è già stato degradato prima di arrivare al preamplificatore.
Amplificando successivamente aumenteremo sia il segnale sia il rumore presente a quel punto.
Molto meglio, quando tecnicamente possibile:
Antenna → LNA → cavo → ricevitore.
In questo modo il segnale viene amplificato prima di affrontare la perdita del cavo.
È uno dei principi fondamentali nella progettazione delle stazioni per satelliti, EME, radioastronomia e microonde.
Anche il ROS aumenta le perdite
Finora abbiamo considerato una linea correttamente terminata.
Ma se antenna e linea non sono adattate, una parte dell’energia viene riflessa.
Si crea quindi un’onda stazionaria lungo il cavo.
Un errore frequente consiste nel pensare:
“Se il trasmettitore vede ROS alto, tutta la potenza riflessa viene automaticamente perduta”.
La realtà delle linee di trasmissione è più complessa.
L’energia riflessa può essere nuovamente riflessa verso il carico e partecipare al trasferimento energetico.
Tuttavia una linea reale possiede perdite.
Ogni ulteriore percorso avanti e indietro lungo il cavo produce quindi dissipazione aggiuntiva.
Per questo un ROS elevato aumenta generalmente la perdita complessiva della linea.
ARRL richiama proprio la riduzione delle perdite come una delle ragioni per cui un basso ROS è importante nelle linee coassiali.
Il paradosso del ROS perfetto con un pessimo cavo
Ecco un fenomeno interessante.
Supponiamo di avere:
- antenna fortemente disadattata;
- lunghissimo cavo molto dissipativo.
Alla radio potremmo leggere un ROS meno elevato di quanto ci aspetteremmo.
Perché?
Perché il segnale riflesso dall’antenna viene attenuato due volte:
- tornando dall’antenna verso la radio;
- oltre alla perdita subita dal segnale durante il percorso di andata.
Un cavo molto lossy può quindi apparentemente “migliorare” il ROS visto dal trasmettitore.
Non perché l’antenna sia migliorata.
Ma perché il cavo sta trasformando RF in calore.
Un ROS apparentemente buono non è quindi automaticamente sinonimo di un sistema efficiente.
Quanto conta la lunghezza?
La perdita cresce approssimativamente in proporzione alla lunghezza.
Se un determinato cavo perde:
10 dB/100 m
allora, indicativamente:
- 10 m → 1 dB;
- 20 m → 2 dB;
- 30 m → 3 dB;
- 50 m → 5 dB.
Da qui deriva una regola pratica molto semplice:
usare il cavo più corto ragionevolmente possibile.
Questo non significa tirarlo al limite o creare installazioni meccanicamente scorrette.
Significa evitare decine di metri inutili arrotolati dietro allo shack o sul tetto.
10 metri di cavo in più sono sempre un problema?
Dipende dalla frequenza.
Sui 3,5 MHz la differenza potrebbe essere praticamente trascurabile con un cavo di buona qualità.
Sui 1.296 MHz gli stessi dieci metri possono avere un impatto decisamente importante.
Ecco perché il progetto della linea deve essere effettuato in funzione della banda più alta che intendiamo utilizzare.
RG-58: è davvero così terribile?
Il classico RG-58 viene spesso demonizzato.
In realtà bisogna contestualizzarlo.
Per:
- brevi cavetti da banco;
- collegamenti HF di pochi metri;
- patch cable;
- applicazioni portatili;
può essere perfettamente adeguato.
Il problema nasce quando utilizziamo decine di metri di cavo sottile a frequenze elevate.
Un’installazione di 30 metri per una verticale VHF/UHF sul tetto richiede considerazioni molto diverse rispetto a un cavetto di 1 metro tra RTX e wattmetro.
RG-213: il classico della stazione HF
Il RG-213 è robusto, diffuso e relativamente semplice da terminare.
Con un diametro di circa 10 mm offre prestazioni adeguate per numerose installazioni HF e VHF.
Il datasheet Belden consultato, ad esempio, specifica un’impedenza nominale di 50 Ω e mostra chiaramente l’aumento progressivo dell’attenuazione con la frequenza.
Per una stazione prevalentemente HF può quindi rappresentare ancora oggi una soluzione assolutamente valida.
Quando saliamo verso UHF e microonde, però, cavi a minore perdita diventano progressivamente più interessanti.
Cavi tipo LMR-400
Una categoria molto diffusa nelle installazioni moderne è quella dei cavi low-loss con dimensioni paragonabili al RG-213.
Un esempio noto è l’LMR-400.
Times Microwave indica per la famiglia LMR-400:
- impedenza nominale di 50 Ω;
- diametro esterno di circa 10,3 mm;
- utilizzo fino a frequenze nell’ordine dei GHz, a seconda della specifica variante.
Esistono inoltre versioni:
- standard;
- ultraflessibili;
- da interramento;
- con differenti guaine e caratteristiche ambientali.
Non basta quindi leggere “LMR-400” sulla descrizione di un prodotto generico: è sempre opportuno controllare il datasheet del produttore reale.
Attenzione ai cavi “equivalenti”
Sul mercato esistono molti cavi indicati con formule come:
- LMR-400 type;
- equivalente LMR-400;
- low loss 400;
- compatible 400.
Le prestazioni possono essere ottime oppure molto diverse dal prodotto originale.
L’unico modo serio per valutarli è verificare:
- attenuazione dichiarata;
- schermatura;
- materiale del conduttore;
- diametro;
- dielettrico;
- qualità costruttiva;
- datasheet reale.
Il nome commerciale da solo non garantisce le prestazioni.
Il rame non è sempre rame
Un dettaglio particolarmente importante riguarda i conduttori.
Possiamo incontrare:
- rame pieno;
- rame stagnato;
- alluminio ramato;
- acciaio ramato.
Alle alte frequenze l’effetto pelle concentra la corrente verso la superficie del conduttore, ma materiale, spessore della placcatura e costruzione continuano ad avere importanza.
Per applicazioni radioamatoriali impegnative è quindi meglio conoscere esattamente come è realizzato il cavo piuttosto che affidarsi esclusivamente al diametro esterno.
I connettori fanno perdere segnale?
Sì, ma un buon connettore correttamente installato introduce normalmente perdite modeste rispetto a una lunga linea.
Il problema maggiore nasce da:
- saldature sbagliate;
- pin non correttamente inseriti;
- adattatori economici;
- ossidazione;
- acqua;
- schermatura interrotta;
- cattiva crimpatura;
- connettori non adatti alla frequenza.
Un singolo adattatore di buona qualità non distruggerà la nostra stazione.
Una catena composta da:
RTX → adattatore → wattmetro → adattatore → commutatore → adattatore → filtro → adattatore → cavo
merita invece qualche riflessione, soprattutto salendo di frequenza.
L’acqua è uno dei peggiori nemici del coassiale
Un connettore installato sul tetto senza adeguata protezione può permettere all’umidità di penetrare nel cavo.
Quando l’acqua raggiunge la calza e il dielettrico, le caratteristiche elettriche della linea possono degradarsi drasticamente.
Possiamo osservare:
- maggiore attenuazione;
- variazione dell’impedenza;
- ROS instabile;
- ossidazione;
- comportamento intermittente.
La corretta impermeabilizzazione dei connettori esterni non è quindi un dettaglio estetico ma parte integrante del sistema RF.
Quanto cavo serve realmente?
Il criterio migliore è estremamente semplice:
quanto basta per arrivare dall’apparato all’antenna con un percorso sicuro e corretto.
Non è necessario tagliare il coassiale a multipli magici di mezza lunghezza d’onda per far funzionare normalmente una linea da 50 Ω correttamente adattata a un sistema da 50 Ω.
La lunghezza elettrica diventa importante in applicazioni particolari, per esempio quando la linea viene utilizzata intenzionalmente come:
- trasformatore d’impedenza;
- stub;
- linea di fase;
- elemento di matching.
Per una normale feedline ben adattata il primo obiettivo dovrebbe essere invece minimizzare le perdite e realizzare un’installazione meccanicamente affidabile.
Come scegliere il cavo: metodo pratico
Prima di acquistarlo chiediamoci cinque cose.
1. Qual è la frequenza massima?
Una stazione HF e una stazione 1.2 GHz hanno esigenze completamente differenti.
2. Quanto sarà lunga la tratta?
Tre metri e quaranta metri non sono la stessa cosa.
3. Quanta potenza userò?
Un impianto QRP e una stazione con amplificatore richiedono valutazioni diverse.
4. Il cavo sarà all’esterno?
Se sì, bisogna valutare:
- raggi UV;
- temperatura;
- acqua;
- flessibilità;
- eventuale posa interrata.
5. Quanto segnale sono disposto a perdere?
È questa, alla fine, la vera domanda.
Un semplice calcolo prima di acquistare
Supponiamo di dover alimentare un’antenna 430 MHz distante 25 metri.
Abbiamo due cavi.
Cavo A
Perdita dichiarata:
15 dB/100 m
Per 25 metri:
3,75 dB
Con 50 W alla radio arriveranno all’antenna circa:
21 W.
Cavo B
Perdita dichiarata:
7 dB/100 m
Per 25 metri:
1,75 dB
Con 50 W arriveranno all’antenna circa:
33 W.
La differenza è notevole.
E in ricezione il secondo cavo consegnerà al ricevitore quasi il doppio della potenza del segnale rispetto al primo.
In questo caso spendere qualcosa in più per la feedline potrebbe offrire un miglioramento maggiore rispetto all’acquisto di un amplificatore.
Il cavo migliore è sempre quello più grosso?
Non necessariamente.
Un cavo professionale molto rigido può essere inadatto:
- a un rotore;
- a un’antenna portatile;
- a un palo telescopico;
- a collegamenti mobili.
Bisogna quindi trovare un compromesso fra:
- perdita;
- diametro;
- peso;
- flessibilità;
- costo;
- robustezza.
Per esempio può essere sensato utilizzare:
- cavo low-loss rigido per la tratta principale;
- breve spezzone flessibile vicino al rotore;
- jumper flessibili nello shack.
Un dB conta davvero?
Dipende.
Nel normale QSO HF, probabilmente molto meno di quanto immaginiamo.
Una differenza di 1 dB difficilmente trasformerà una stazione inutilizzabile in una stazione DX.
Ma in applicazioni come:
- EME;
- satelliti;
- beacon;
- weak signal VHF/UHF;
- 1.2 GHz;
- 2.4 GHz;
- radioastronomia;
anche pochi decimi di dB possono diventare preziosi.
Il valore di una determinata perdita deve quindi essere valutato nel contesto della stazione.
Prima di comprare un amplificatore, guardiamo il coassiale
È abbastanza curioso vedere stazioni nelle quali vengono utilizzati:
- RTX costosi;
- amplificatori RF;
- antenne direttive;
- rotori;
- preamplificatori;
collegati però mediante decine di metri di cavo con perdite elevate.
In alcuni casi migliorare la linea di alimentazione produce un risultato equivalente o superiore all’aumento della potenza del trasmettitore.
E presenta un vantaggio fondamentale:
migliora contemporaneamente trasmissione e ricezione.
Un amplificatore di potenza migliora soltanto il lato trasmissione.
Un buon cavo migliora entrambi.
Conclusioni
Il cavo coassiale non dovrebbe essere scelto soltanto in base al prezzo al metro.
È parte integrante dell’intero sistema d’antenna.
La domanda corretta non è:
“Qual è il miglior cavo coassiale?”
ma:
“Qual è il miglior compromesso per questa frequenza, questa lunghezza e questa installazione?”
Sulle HF una normale tratta di buon RG-213 può essere più che sufficiente.
Sulle VHF la qualità della linea inizia a diventare molto più importante.
Sulle UHF può fare una differenza enorme.
Sulle microonde il coassiale può diventare uno degli elementi più critici di tutta la stazione.
Prima di aumentare la potenza, cambiare antenna o acquistare un nuovo RTX, quindi, vale sempre la pena fare un piccolo calcolo.
Potremmo scoprire che una parte significativa dei watt che abbiamo pagato profumatamente non sta raggiungendo l’antenna.
Li stiamo semplicemente utilizzando per riscaldare il cavo coassiale.