Radiotecnica per Tecnici Audio – terza parte

di Enrico ”Flynt” Mambella

Diciamo subito che, elettronicamente parlando e dal punto di vista costruttivo, queste due categorie di apparecchiature hanno varie cose in comune, anche se nel nostro campo vengono implementate per usi diversi. Per esempio il combiner Sennheiser AC-3 può lavorare sia in trasmissione che in ricezione (per sistemi multizona, di cui parleremo più avanti). Iniziamo col parlare dello splitter d’antenna in ricezione.

Questo apparecchio ci permette di collegare un numero specifico di ricevitori con un solo paio di antenne riceventi, A e B (in tecnologia true diversty, ovviamente).

Normalmente abbiamo quattro o otto coppie di uscite a 50 Ω e due soli ingressi d’antenna, denominati per l’appunto A e B. Inoltre spesso troveremo dei connettori addizionali BNC denominati Cascade (a seconda del modello) per unire insieme due splitter ed estendere le uscite a otto o sedici. I connettori BNC di in/out possono trasportare sul cavo coassiale anche l’alimentazione a 12 V DC / 200÷300 mA, detta corrente di bias, per alimentare antenne attive o eventuali booster collegati in serie. Quando è attivata, quest’alimentazione viene generalmente indicata da un LED ed è escludibile.

Shure 845 antenna splitter

Veniamo ora ad esaminare questi dispositivi più nello specifico.

Tutte le uscite sono isolate tra loro di almeno 25 dB e trasportano tipicamente un segnale di qualche decina di mV. Questi splitter nascono passivi, con una perdita d’inserzione di circa 3 dB per porta, perché fondamentalmente sono costituiti da vari combinatori di Wilkinson accoppiati. Poi alla fine delle varie somme ci sono degli amplificatori RF – LNA: Low Noise Amplifier – che recuperano le perdite, rigenerano il segnale e ci danno in uscita un segnale non attenuato rispetto agli ingressi d’antenna. Anzi, a volte c’è un lieve incremento di livello in uscita.

Lo schema di un combinatore di Wilkinson

Il combinatore di Wilkinson lavora su linee a 70,7 Ω o 75 Ω, lunghe ¼ della lunghezza d’onda. Nel nostro caso il ¼·λ è calcolato sul centro banda del range in cui lavora il distributore (es. per 470-698 MHz → 584 MHz). Questi apparecchi possono essere a larga banda, ma spesso sono dotati di filtri RF selezionabili dal pannello frontale per funzionare solo sulla porzione di banda utilizzata. Questo naturalmente per escludere e ridurre le interferenze fuori banda.

l’interno di uno splitter con il ircuito combinatore di Wilkinson realizzato in una traccia stripline. La resistenza SMD posta tra le due porte è di 100 Ω.

Esiste anche un’altra categoria di dispositivi: i combiner in ricezione, pensati per “sommare” varie coppie di antenne diversity in due sole uscite A-B.

Servono per realizzare sistemi “multizone”, oppure per realizzare coperture su palchi complessi, molto grandi, con “ali” e numerose passerelle, dove una sola coppia di antenne riceventi non basterebbe.

Per quanto riguarda la tecnologia costruttiva, l’isolamento tra le porte ed il livello di uscita, vale la stessa cosa degli splitter tradizionali. Anche i combiner in ricezione possono trasportare sul cavo coassiale la corrente di bias per alimentare le antenne attive, inoltre diverse unità possono essere messe in cascata per gestire un maggior numero di coppie di antenne riceventi.

RF Venue 4 ZONE antenna combiner.

Finora abbiamo parlato solo di dispositivi attivi che, come detto, non hanno perdite e ci restituiscono un segnale a 50 Ω, rigenerato in modo da presentare la stessa ampiezza di quello ricevuto dalle antenne. Esistono però anche degli splitter passivi, di solito piccoli dispositivi a due uscite, che si limitano a dividere in due il segnale RF in ingresso, ovviamente con un piccolo degrado del livello di segnale e del rapporto S/R, e che non presentano un’impedenza di 50 Ω sulle uscite. A volte, su una delle  due porte sono dotati anche di un DC BLOCK (un condensatore da 1 nF) che non lascia passare la corrente DC di bias.

Lo splitter Shure UA220 (sx) – ormai fuori produzione – passava la corrente di bias dal connettore BNC in basso ad entrambi i connettori BNC ai lati. L’attuale modello UA221 lascia passare la componente continua del segnale dal connettore ANT (in basso) al connettore R1, mentre la blocca sul connettore R2.

Sono utili in piccole situazioni, dove è necessario splittare solo una o due antenne e dove non sono disponibili i sopracitati combiner in ricezione. Occorre anche dire che con tratte di cavo lunghe, anche di buona qualità, è sempre raccomandabile recuperare almeno 3 dB di segnale dal preamplificatore dell’antenna (se attiva) o inserire un booster appena dopo di essa.

Avendo qualche nozione di RF, questi splitterini si possono anche autocostruire con relativa facilità, aggiungendo ad esempio un’uscita attenuata per connettere uno scanner direttamente su una porta di un distributore d’antenna.

Tipico esempio di utilizzo dello splitter passivo Shure UA-221, con DC-block su una porta. Utilizzando un’antenna attiva, l’alimentazione può provenire solamente dal ricevitore connesso all’uscita connessa in DC (cioè quella senza DC-block).

Andiamo ora a parlare dei combiner in trasmissione che normalmente usiamo per accoppiare le uscite RF di più trasmettitori per IEM su un’unica antenna. Esistono modelli a 4, 8 e 16 ingressi, presentano un elevato isolamento tra le porte e un parametro a cui bisogna prestare attenzione, cioè la massima potenza applicabile in ingresso. In un combiner, la potenza entrante per ogni input va moltiplicata per il numero degli ingressi, anche se poi in uscita questa viene “ridivisa” su tutte le portanti trasmesse. Spesso sul pannello frontale si trovano dei LED per ogni porta che segnalano la presenza di segnale RF. Anche in questo caso, molti modelli sono predisposti per essere accoppiati mediante appositi cavi al fine di incrementare il numero degli ingressi con un’unica antenna finale. Non è consigliabile uscire da un combiner ed entrare in un qualsiasi ingresso di un secondo combiner, a meno che sia passivo.

Il modello Shure PA421B. Sul pannello frontale, oltre ai LED di status, possiamo notare i BNC per il collegamento in cascata di due unità.

Esistono modelli sia attivi che passivi, come il CSI-16T di Wisycom, il PWS-4 di Professional Wireless o lo Shure 421B che, con una modifica, può essere reso passivo e in questo caso presenta una perdita d’inserzione fino a 4 dB. A proposito dei dispositivi passivi dobbiamo dire che, a favore di una maggiore purezza spettrale del segnale, abbiamo una perdita di circa 3÷6 dBm, anche se modelli come il Wisycom recuperano abbondantemente con una potenza in uscita fino a 3 W, dialogando costantemente con i TX della loro serie. Anche i modelli UX-4 e UX-8 di Professional Wireless nella modalità “high power” restituiscono una potenza in uscita rispettivamente di 250 mW e 125 mW. Nel modello Sennheiser AC-3200, invece, può essere implementato un incremento in uscita di +3 dB (un raddoppio della potenza) tramite una modifica presso il distributore. Come tutte le macchine trasmittenti RF, appena acceso inizia a modulare segnale RF sul BNC di uscita, quindi si consiglia di non accenderlo MAI senza connettere prima l’antenna o un carico fittizio di adeguata potenza, a meno di non avere i trasmettitori spenti o in RF mute. In genere sono protetti, ma è possibile danneggiarli

Veniamo ora a vedere come è costruito un moderno combiner. Diciamo subito che, oltre all’alimentatore switching che deve essere sovradimensionato in corrente, avere un basso ripple ed essere ben schermato dal resto della circuitazione RF, possiamo distinguere due parti. Troviamo una parte attiva, direttamente connessa agli ingressi e formata da IC che isolano tra loro le porte e amplificano il segnale, buffer RF e circuiti di gate. Subito dopo la parte attiva, segue la parte passiva in cui si realizza la miscelazione dei segnali vera e propria. Anch’essa è realizzata con array di combinatori di Wilkinson, realizzati su stripline. Anche qui, le resistenze SMD interposte, visibili sul circuito, sono da 100 Ω. 

Notiamo che gli ingressi sono prima accoppiati ogni due, poi ogni quattro e poi si va nel combinatore finale, che fornisce l’uscita d’antenna e la portante principale, contenente la somma degli otto segnali in ingresso. Ogni passaggio in questi combinatori passivi introduce delle perdite di circa 3 dB, ma c’è appunto la parte attiva che le compensa.