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Considerazioni sulla cifra di rumore degli amplificatori a radiofrequenza 1/2

amplificatori a radiofrequenza

Tutto ebbe inizio nel 1998, quando acquistai un ricetrasmettitore VHF all-mode. Fino ad allora avevo fatto sempre e solo traffico in FM ed ignoravo che mondo potesse aprirsi scendendo solo 500kHz in basso. Dopo la partecipazione ad alcuni contest ho sviluppato un insano interesse verso il mondo dei piccoli segnali, visto che, con le attrezzature in mio possesso, tutti i segnali erano deboli. Fin troppo.

Ho quindi sempre sognato di possedere un preamplificatore a basso rumore, magari autocostruito, ma la scarsa voglia, il (poco) tempo ed i costi, uniti ad una buona dose di imperizia, mi hanno sempre tenuto lontano dal portafoglio e dal saldatore. Da qualche tempo, complice una lettura(1) “galeotta”, un collega che mi ha incoraggiato e un po’ di strumentazione a disposizione, mi sono riavvicinato al mondo dei preamplificatori a basso rumore, con un approccio (forse) maggiormente ragionato. Ho ripreso quindi tutti i libri e gli articoli che ho conservato in questi anni e cercato una strada da percorrere. L’obiettivo della sperimentazione doveva essere quello di realizzare un LNA avente caratteristiche di basso costo, facilità di riproduzione, alta amplificazione, basso rumore e alta OIP3.

La soluzione ai maggiori problemi è arrivata dalla lettura del catalogo RF Microwave(2), in cui viene presentata una realizzazione di un LNA con MSA-62563, ripresa anche dall’articolo di I2SG citato in bibliografia. La facilità di realizzazione è stata garantita dall’uso di componenti disponibili sul mercato (soprattutto per i filtri) e dalla realizzazione priva di stampato, usando Manhattan Style(3). Inoltre il fatto che il componente attivo sia facilissimo da polarizzare e incondizionatamente stabile, rende il suo utilizzo davvero banale. Il primo prototipo è stato realizzato per la banda dei 50MHz, onde potere in qualche modo potenziare la stazione in questa gamma, soprattutto per l’ascolto dei beacon.

Il processo di costruzione è partito dalla analisi della componentistica a disposizione, caratterizzazione dei filtri attraverso analizzatore di spettro e design del circuito, avvalendosi della lettura dei data sheet del componente attivo e di software di simulazione. La realizzazione pratica è stata particolarmente veloce, in quanto la mancanza del circuito stampato ha reso immediato il passaggio dalla “carta” al “rame”. Qualche difficoltà a maneggiare il componente attivo, viste le sue dimensioni, ma alla fine il saldatore ha fatto giustizia, rendendolo solidale al circuito. Finita la fase del saldatore è stato il momento di dare la parola agli strumenti. Sono quindi scesi in campo un Agilent NFA N8975A (misuratore di guadagno e figura di rumore fino a 26 GHz) ed un analizzatore di spettro R&S. Alla prima analisi in frequenza del LNA in banda 50 MHz i risultati rilevati sono stati disastrosi.

Totale mancato rispetto dei parametri di progetto: guadagno di circa 10 dB e figura di rumore di circa 7 dB, come mostrato in tabella 1. Il progetto è stato senza dubbio un fallimento, in quanto non mi sono neppure avvicinato alle caratteristiche dichiarate dal costruttore (Avago) del componente attivo. Ma proprio il fallimento di un progetto è lo stimolo per mettere in pratica un po’ della teoria che giace sui libri, alla ricerca della risposta ad un paio di domande: – da dove vengono fuori i 7 dB di NF e dove è andato a finire il guadagno teorico di 20 dB? – un preamplificatore con queste caratteristiche è davvero non utilizzabile per traffico radio terrestre con la stazione posizionata in città?

amplificatori_a_radiofrequenza_tabella

Per semplcità conviene partire dalla prima domanda. Analizziamo per questo lo schema a blocchi della realizzazione (fig. 1). Il filtro in ingresso è un componente commerciale, che esibisce il seguente comportamento in frequenza (fig. 2). L’immagine è stata ricavata dall’analizzatore di spettro, sottoponendo il filtro ad un generatore a frequenza variabile avente una potenza di uscita di -10dBm. Pertanto il valore del marker è da leggersi -5dB. Il filtro, accordato al massimo delle mie capacità esibisce una attenuazione minima di 5 dB.

amplificatori_rf_comportamento_rf.

La cosa non deve sorprendere essendo un filtro a due celle con un fattore di forma decisamente buono. Direttamente connessi al componente attivo abbiamo anche due condensatori a mica argentata, che fungono da blocco per la continua e che introducono sicuramente delle perdite nel circuito, che sono tuttavia state trascurate. Anche la presenza dei relè di commutazione è stata ignorata, in quanto il loro effetto è stato eliminato in fase di taratura del NFA. La situazione è quindi la seguente (fig. 3). Il comportamento di un simile sistema può essere caratterizzato, in modo molto completo visto l’interesse dimostrato dal mondo scientifico al problema del rumore. In particolare possiamo utilizzare il lavoro di Friis.

radiokit elettronica

 

 

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