LNA - Meglio se vicino all'antenna

[giorgiofolle]

Per tutti, riporto questo interessante articolo (in inglese) dove l'autore spiega il perché è preferibile utilizzare l'LNA vicino ad un'antenna rispetto che vicino all'apparato radio.

https://ava.upuaut.net/?p=836

Per chi non conoscesse l'inglese, riassumo i concetti chiave:

• La qualità del segnale è definita principalmente da due fattori: la linearità (IIP3) e il Noise Figure (NF) o Cifra di Rumore
• Per ricevere un buon segnale è necessario mantenare un rapporto S/N basso alto e quindi un basso NF e una buona linearità
• Simulando la situazione con un software è possibile vedere che collegando l'LNA vicino all'antenna il NF=3.45 dB mentre il Gain=4.60dB contro il sistema con l'LNA vicino alla radio che ha rispettivamente NF=9.49 Gain=4.60

Ora, la spiegazione da me postata è alquanto schematizzata e assolutamente non dettagliata.
La mia comprensione dell'argomento è abbastanza basilare, ma mi piacerebbe ne uscisse un dibattito, un po' per capire meglio e un po' per sentire pareri diversi di alcuni Guru del forum  :tao2:

[r5000]

73 a  tutti, il rapporto segnale \ rumore deve essere il più alto possibile, hai scritto minore ma l'esempio è corretto, aggiungo che  nella scelta del dispositivo preamplificatore spesso si guarda più al guadagno che al rumore e quindi al rapporto S\N ma potendo scegliere tra un preampli con 30 dB di guagagno e 6 dB di rumore e un preampli da 20 dB di guadagno con 0.1 dB di rumore è senza dubbio meglio scegliere il secondo modello, idem se lo stesso preampli viene montato vicino all'antenna e non al ricevitore, poi ci sono anche soluzioni diverse tipo splitter amplificati o distributori ma si parte dal presupposto che si compensa la perdita d'inserzione del partitore di segnali già amplificati in antenna o con un rapporto S\N elevato, ad esempio se ricevo il segnale diretto a s9 e quando aggiungo lo splitter (che perde 10 dB o più) i ricevitori collegati lo ricevono  s5 e voglio compensare la differenza, in questo caso si parla di amplificatori di linea, degradano sempre il rapporto S\N ma se si parte con un buon segnale il risultato è  del tutto accettabile,  se invece si vuol ricevere il segnalino molto debole e il cavo di discesa è molto lungo la soluzione del preamplificatore diretto all'antenna è d'obbligo se non si riesce ad aumentare il guadagno dell'antenna che poi è sempre il sistema migliore, spesso bisogna scendere a compromessi e utilizzare antenne poco performanti e aggiungere un preamplificatore a basso rumore vicino all'antenna è il miglior compromesso possibile...
ps: anche un'altro numero è importante nella scelta del preamplificatore, è il livello di segnale massimo che può sopportare senza intermodulare o peggio distruggersi, anche questo dato spesso non viene  citato nelle caratteristiche di prodotti mal descritti, aliexpress ad esempio ...

[Marco De Caprios]

Attenzione che la cifra di rumore e il rapporto segnale rumore sono due cose diverse...

[giorgiofolle]

73 a  tutti, il rapporto segnale \ rumore deve essere il più alto possibile, hai scritto minore ma l'esempio è corretto, aggiungo che  nella scelta del dispositivo preamplificatore spesso si guarda più al guadagno che al rumore e quindi al rapporto S\N ma potendo scegliere tra un preampli con 30 dB di guagagno e 6 dB di rumore e un preampli da 20 dB di guadagno con 0.1 dB di rumore è senza dubbio meglio scegliere il secondo modello, idem se lo stesso preampli viene montato vicino all'antenna e non al ricevitore, poi ci sono anche soluzioni diverse tipo splitter amplificati o distributori ma si parte dal presupposto che si compensa la perdita d'inserzione del partitore di segnali già amplificati in antenna o con un rapporto S\N elevato, ad esempio se ricevo il segnale diretto a s9 e quando aggiungo lo splitter (che perde 10 dB o più) i ricevitori collegati lo ricevono  s5 e voglio compensare la differenza, in questo caso si parla di amplificatori di linea, degradano sempre il rapporto S\N ma se si parte con un buon segnale il risultato è  del tutto accettabile,  se invece si vuol ricevere il segnalino molto debole e il cavo di discesa è molto lungo la soluzione del preamplificatore diretto all'antenna è d'obbligo se non si riesce ad aumentare il guadagno dell'antenna che poi è sempre il sistema migliore, spesso bisogna scendere a compromessi e utilizzare antenne poco performanti e aggiungere un preamplificatore a basso rumore vicino all'antenna è il miglior compromesso possibile...
ps: anche un'altro numero è importante nella scelta del preamplificatore, è il livello di segnale massimo che può sopportare senza intermodulare o peggio distruggersi, anche questo dato spesso non viene  citato nelle caratteristiche di prodotti mal descritti, aliexpress ad esempio ...

Ciao Silvio!
Spiegazione esaustiva, ricordo che un giorno (forse via filo) era capitato di parlare di dove posizionare il filtro FM e l'LNA. Tu mi dissi che era meglio posizionare il filtro FM nelle vicinanze del trasmettitore, così da tagliare fuori tutti i disturbi provenienti dalla discesa coassiale.
Questa cosa è valida anche in presenza di un LNA ?
Mi spiego, se collego un lna nei pressi dell'antenna, questo mi aplificherà anche i disturbi fm, il filtro fm collegato alla radio, riuscirà a tagliarmi anche i disturbi "amplificati" dall'LNA ? Farà comunque bene il suo lavoro?

Attenzione che la cifra di rumore e il rapporto segnale rumore sono due cose diverse...

Potresti spiegare un po' meglio la differenza ? Da wikipedia non sono riuscito a comprenderla a pieno

[165RGK591]

se posso permettermi, e visto che ho 10 min liberi prima di riprendere il lavoro, il rapporto segnale rumore é la differenza tra il livello di  rumore/qrn e il livèllo del segnale della stazione ricevuta, tanto piu alto è come valore in Db tanto migliore sara la ricezione. la cifra di rumore é il valore di rumore che ogni componente attivo aggiunge al rumore presente al suo ingresso

inviato SM-A510F using rogerKapp mobile

[giorgiofolle]

il rapporto segnale rumore é la differenza tra il livello di  rumore/qrn

No aspetta, è errato parlare di differenza, il rapporto S/N è il quoziente derivante dal rapporto tra il segnale ricevuto e il rumore quindi SEGNALE : RUMORE
In questo modo più è alto il rumore (al denominatore) più è basso il rapporto (e come da correzione di Silvio "r5000" il rapporto S/N deve essere più alto possibile)

la cifra di rumore é il valore di rumore che ogni componente attivo aggiunge al rumore presente al suo ingresso

In questo sei stato molto chiaro, grazie !

[165RGK591]

differenza intesa come differenza matematica

inviato SM-A510F using rogerKapp mobile

[165RGK591]

No aspetta, è errato parlare di differenza, il rapporto S/N è il quoziente derivante dal rapporto tra il segnale ricevuto e il rumore quindi SEGNALE : RUMORE
In questo modo più è alto il rumore (al denominatore) più è basso il rapporto (e come da correzione di Silvio "r5000" il rapporto S/N deve essere più alto possibile)
In questo sei stato molto chiaro, grazie !

vorrei educatamente dissentire

inviato SM-A510F using rogerKapp mobile

[giorgiofolle]

differenza intesa come differenza matematica
Vorrei educatamente dissentire

?

Aspetta, ti faccio vedere ciò che intendo:
l'S/N è il rapporto tra il Segnale appunto e il Rumore Signal/Noise

Un rapporto in matematica è un quoziente, quindi il risultato di una divisione. La differenza è ben altra cosa, è una sottrazione del tipo Psegnale - Prumore

[165RGK591]

sono troppo abituato a considerare i segnali in Dbm, che sono comunque dei rapporti, ho parlato di valore in Db di s/n come differenza di due livelli in Dbm, quindi comunque un rapporto.

inviato SM-A510F using rogerKapp mobile

[davj2500]

Aspetta, ti faccio vedere ciò che intendo:
l'S/N è il rapporto tra il Segnale appunto e il Rumore Signal/Noise

Un rapporto in matematica è un quoziente, quindi il risultato di una divisione. La differenza è ben altra cosa, è una sottrazione del tipo Psegnale - Prumore

Ciao Giorgio.

Tu hai ragione sul rapporto: il rapporto S/N è il rapporto tra la potenza complessiva del segnale e la potenza complessiva del rumore entro una certa banda utile.
Il fatto che si parli comunemente di "differenze" è dovuto al fatto che normalmente la potenza si esprime in scala logaritmica usando i dBm.

Ad esempio, supponiamo che la potenza complessiva del segnale sia 8W e quella del rumore sia 2W.
Abbiamo che il rapporto segnale/rumore è  8/2 = 4, dove il numero 4 è adimensionale. Cioè il segnale ha potenza quattro volte superiore quella del rumore; "adimensionale" significa che non importa come ciò sia espresso o misurato.

Se invece di usare i watt usassimo i dBm avremmo che:
8W = 39dBm
2W = 33dBm

Per calcolare il rapporto S/N in dB (adimensionali) a partire dalle potenze in dBm dovremmo fare: 39dBm - 33dBm = 6dB.

Infatti 6dB corrispondono ad un rapporto 4 ad 1, esattamente come nel calcolo precedente: infatti 10^(0.6)=~4.
Nota che la differenza tra due valori in dBm fornisce un valore in dB (cioè un rapporto adimensionale), non un altro valore in dBm!

Per questo normalmente si parla di sottrazione. Da questo punto di vista, saper ragionare in dB è molto comodo perché si somma e sottrae invece che moltiplicare e dividere.

Ciaoo
Davide

[giorgiofolle]

Ricevuto !
Si, convertendo il rapporto in dBm sì (breve spiegazione matematica nello spoiler). Infatti non riuscivo a comprendere il perché di quella sottrazione, ma sì, se consideriamo i dBm al posto della ben più comoda ma meno precisa scala adimensionale l'affermazione di 165RGK591 è corretta

Breve spiegazione matematica:
Semplicemente per le proprietà del rapporto dei logaritmi, un rapporto tra due logaritmi si può esprimere anche come una sottrazione
Considerando che P segnale al numeratore e P Rumore al denominatore vengono convertiti in una misula logaritmica (i dBm appunto) possiamo applicare la proprietà sopracitata

Nota che la differenza tra due valori in dBm fornisce un valore in dB (cioè un rapporto adimensionale), non un altro valore in dBm!

L'unica cosa che non capisco è questa, come mai da dBm si passa a dB ?

[Marco De Caprios]

Ricevuto !
Si, convertendo il rapporto in dBm sì (breve spiegazione matematica nello spoiler). Infatti non riuscivo a comprendere il perché di quella sottrazione, ma sì, se consideriamo i dBm al posto della ben più comoda ma meno precisa scala adimensionale l'affermazione di 165RGK591 è corretta

Breve spiegazione matematica:
Semplicemente per le proprietà del rapporto dei logaritmi, un rapporto tra due logaritmi si può esprimere anche come una sottrazione
Considerando che P segnale al numeratore e P Rumore al denominatore vengono convertiti in una misula logaritmica (i dBm appunto) possiamo applicare la proprietà sopracitata


L'unica cosa che non capisco è questa, come mai da dBm si passa a dB ?

Perché è un numero puro, è il rapporto fra due grandezze simili.

[davj2500]

Ciao Giorgio.

Si, convertendo il rapporto in dBm sì (breve spiegazione matematica nello spoiler). Infatti non riuscivo a comprendere il perché di quella sottrazione, ma sì, se consideriamo i dBm al posto della ben più comoda ma meno precisa scala adimensionale l'affermazione di 165RGK591 è corretta

L'indicazione in rapporto lineare non è affatto "ben più comoda", tant'è che nessuno la usa. Gli strumenti e le documentazioni in genere forniscono valori in dB:

L'unica cosa che non capisco è questa, come mai da dBm si passa a dB ?

Il dB è una misura adimensionale di rapporto. Dire "3dB" o dire "il doppio" è la stessa cosa.
Come nel caso dei normali rapporti, sono necessari due elementi che vanno confrontati. Non puoi dire "quest'auto va il doppio" se non dici rispetto a cosa: "L'auto A va il doppio dell'auto B".
Stessa cosa vale per i dB: "L'auto A ha una velocità 3dB superiore alla velocità di B".
Le due frasi hanno lo stesso significato.
In entrambi i casi non è specificata la velocità assoluta: potrebbero andare una a 10km/h e l'altra a 5km/h, o una 200km/h e l'altra a 100km/h, non è dato a sapere.

In questo frangente stiamo parlando non di velocità ma di potenze. Per avere un rapporto S/N di un certo canale, bisogna misurare la potenza del segnale che si riceve in un certo momento e la potenza del rumore che si riceve nello stesso momento.
La misura di potenza in un certo momento è un dato assoluto, come la velocità di un auto.
Ad esempio il segnale S potrebbe sviluppare una potenza di 2 watt, mentre il rumore N di 50mW.
Il loro rapporto segnale/rumore sarebbe di 2/0.050=40.

Spesso nella strumentazione e nella documentazione tecnica si usano le misure in dBm, che significa che una potenza di X dBm è X dB maggiore di 1mW.
Ad esempio, sappiamo che 3dB vuol dire "il doppio": 3dBm saranno quindi 2mW, cioè il doppio di 1mW.
La cosa vale anche in negativo: -3dBm saranno 3dB in meno rispetto a 1mW, cioè 0.5mW (invece che il doppio, metà).

2W sono 2000mW, cioè 33dBm (33dB=2000 volte).
0.050W sono 50mW, cioè 17dBm (17dB=50 volte)

Il rapporto segnale rumore sarà quindi 33dBm-17dBm=16dB: il dBm (misura assoluta di potenza) è diventato dB (rapporto tra due valori).
La stessa cosa è avvenuta prima 2watt/0.05watt = 40, cioè 40 volte, non 40 watt.

Ciaoo
Davide

[r5000]

73 a tutti, a questa domanda :  se collego un lna nei pressi dell'antenna, questo mi amplificherà anche i disturbi fm, il filtro fm collegato alla radio, riuscirà a tagliarmi anche i disturbi "amplificati" dall'LNA ? Farà comunque bene il suo lavoro?  direi che se l'LNA è veramente larga banda amplifica allo stesso modo sia il segnale utile ( ISS ad esempio...) che tutti i segnali compresi nella sua banda passante, quindi se ad esempio amplifica 20 dB avrò amplificato di 20 dB anche le stazioni broadcasting 88\108, il dab,  tutte le tv ecc... , se inserisco un filtro notch 88\108 mhz che attenua ad esempio 50 dB mi ritrovo al ricevitore attenuato di 30 dB rispetto al collegamento diretto con l'antenna,  si migliora l'ascolto della ISS a patto che il livello di tutti i segnali non sia tanto elevato da saturare lo stadio d'ingresso, se l'LNA è a banda stretta cioè ottimizzato per funzionare a 145 mhz al ricevitore tutti i segnali fuori banda risultano già attenuati rispetto all'antenna diretta e aggiungere un filtro notch 88\108 mhz probabilmente è superfluo ma dipende da quanto è selettivo il filtro d'ingresso del preamplificatore, se c'è una cavità in ingresso sicuramente il filtro notch è superluo ma se  è stato progettato più come adattatore d'impedenza con una perdita d'inserzione minima ( anche per ridurre al massimo il rumore di fondo del preampli) necessaria quando il preamplificatore è destinato all'utilizzo EME succede che l'attenuazione fuori banda è contenuta e al ricevitore oltre al debole segnale EME arrivano anche le stazioni broadcasting con livelli elevati e il filtro notch tra preampli e ricevitore aiuta, ovvio che se parliamo di transverter e preampli ad alta dinamica e basso rumore non serve ma se c'è un'apparato rtx tipo il 706 o il ts2000 il filtro notch 88\108 è d'obbligo...
ps: fino a qualche anno fà il grosso delle potenze rf era concentrato nella banda televisiva e radio fm broadcastig, adesso tra LTE , dab, wifi ecc... può capitare d'avere disturbi causati da più fonti e l'utilizzo di un filtro notch 88\108 risolve poco o nulla, nel limite del possibile è sempre meglio usare preamplificatori a banda stretta tarati per la banda di interesse che attenuano tutto il resto, gli amplificatori larga banda sono comodi e facili da usare ma bisogna aver ben presente che possono anche peggiorare il rapporto segnale \ rumore...

[giorgiofolle]

Grazie Miller della risposta Silvio!
Effettivamente non avevo pensato al problema LTE, ma purtroppo è vero, ora le grandi potenze si trovano su altre bande, ilronlema di queste trasmissioni è la loro diversa localizzazione nello spettro, presto avremo bisogno di un filtro per ogni banda  :sfiga: