Attenuazione e Riflessione nei Cavi Coassiali

Introduzione

Ogni volta che un segnale elettrico percorre un cavo coassiale, una parte della sua energia viene inevitabilmente perduta. Questa perdita è il risultato di due fenomeni distinti: l'attenuazione, cioè la riduzione progressiva della potenza del segnale lungo il percorso, e la riflessione, ossia il ritorno di una parte del segnale verso la sorgente anziché verso la destinazione.

Comprendere entrambi i fenomeni è fondamentale per progettare e realizzare impianti che funzionino correttamente sulla distanza prevista. In questa guida analizziamo le cause dell'attenuazione e della riflessione, vediamo come si misurano, e confrontiamo i dati reali di tre cavi FMC a marchio Micro Tek per mostrare l'effetto concreto delle dimensioni del cavo sulle prestazioni.

Cos'è l'attenuazione

L'attenuazione è la riduzione dell'intensità del segnale man mano che questo si propaga lungo il cavo coassiale. Si misura in decibel per 100 metri (dB/100 m) e viene sempre riferita a una frequenza specifica, perché l'attenuazione non è costante: aumenta al crescere della frequenza.

Il fenomeno è provocato principalmente da due fattori fisici. Il primo è la resistenza ohmica dei conduttori: sia il conduttore centrale sia la treccia del conduttore esterno oppongono una certa resistenza al passaggio della corrente, che si traduce in dissipazione di energia sotto forma di calore. Il secondo è la perdita nel dielettrico: il materiale isolante che separa conduttore centrale e conduttore esterno assorbe una piccola quantità di energia a ogni ciclo del segnale.

L'attenuazione è un fenomeno inevitabile in qualsiasi cavo coassiale. Non può essere eliminata, ma può essere contenuta scegliendo cavi con caratteristiche costruttive adeguate all'applicazione.

I fattori che influenzano l'attenuazione

Lunghezza del cavo

Il rapporto è diretto e proporzionale: raddoppiando la lunghezza del cavo, l'attenuazione in dB raddoppia. Per questo motivo i valori riportati nelle schede tecniche sono espressi per 100 metri: per calcolare l'attenuazione su una tratta diversa è sufficiente una semplice proporzione. Su 50 metri l'attenuazione sarà la metà del valore dichiarato; su 200 metri, il doppio.

Frequenza del segnale

L'attenuazione cresce con la frequenza. Un cavo che a 100 MHz introduce pochi dB di perdita può raggiungere valori molto più elevati nella banda IF satellitare (oltre 2 GHz). Il meccanismo principale è l'effetto pelle (skin effect): alle frequenze elevate la corrente tende a concentrarsi sulla superficie del conduttore, riducendo la sezione effettivamente utilizzata e aumentando di conseguenza la resistenza.

Materiali del conduttore e del dielettrico

La qualità dei materiali ha un'influenza diretta sull'attenuazione. Un conduttore centrale in rame puro (purezza ≥ 99,99%) offre la minima resistenza elettrica possibile. I conduttori in CCS (acciaio ramato) o CCA (alluminio ramato), pur essendo adeguati in frequenza grazie all'effetto pelle, presentano una resistenza in corrente continua più elevata — un aspetto che può creare problemi nelle applicazioni che prevedono la tele-alimentazione degli apparati.

Per il dielettrico, le tecnologie più avanzate sono l'estrusione Gas Injected (espansione del polietilene mediante gas azoto anziché additivi chimici) e la struttura Skin-Foam-Skin, che garantiscono una costante dielettrica più bassa e più stabile nel tempo, con il duplice vantaggio di ridurre le perdite e prolungare la vita utile del cavo.

Il diametro del cavo

A parità di impedenza, materiali e tecnologia costruttiva, un cavo di diametro maggiore attenua meno il segnale. Un conduttore centrale più grande offre una superficie maggiore al passaggio della corrente (minore effetto pelle), e un dielettrico di diametro superiore riduce le perdite nel materiale isolante.

Per verificare concretamente questo principio, confrontiamo tre cavi coassiali FMC a 75 Ohm di dimensioni diverse, tutti con conduttore centrale in rame puro e dielettrico Gas Injected:

* Per il COAX 11 LSZH il valore a "860 MHz" è misurato a 800 MHz (punto di frequenza più vicino disponibile nella scheda tecnica). Fonte: schede tecniche dei prodotti Micro Tek FMC.

I numeri parlano chiaro: a 860 MHz — frequenza di riferimento per la parte alta della banda DTT e l'inizio della banda IF satellitare — il COAX 11 LSZH introduce circa la metà dell'attenuazione dell'H355A. In termini pratici, su una tratta di 50 metri il segnale perde circa 11,6 dB con l'H355A, 9,5 dB con l'RG6 ZH e solo 6,2 dB con il COAX 11 LSZH. Alla frequenza SAT di 2.150 MHz il divario è ancora più netto: il COAX 11 attenua poco più della metà rispetto all'H355A (20,3 dB contro 37,5 dB per 100 m).

Per le schede tecniche complete di ciascun prodotto, con tutti i punti di frequenza e i dati certificati, consulta il catalogo cavi coassiali Micro Tek.

Come leggere i dati di attenuazione nelle schede tecniche

Le schede tecniche dei cavi coassiali riportano l'attenuazione in dB/100 m per una serie di frequenze campione. Per interpretare correttamente questi dati è utile tenere a mente tre criteri.

Il valore è sempre riferito a 100 metri di cavo a 20 °C. Per calcolare l'attenuazione su una lunghezza diversa basta una proporzione: ad esempio, su 30 m l'attenuazione è pari al 30% del valore indicato in scheda.

Il confronto tra cavi diversi ha senso solo se effettuato alla stessa frequenza. Se le schede tecniche dei due cavi riportano punti di frequenza leggermente diversi (ad esempio 800 e 860 MHz), il confronto resta indicativo ma non rigoroso.

La frequenza di riferimento va scelta in base all'applicazione. Per un impianto TV terrestre (DTT) le frequenze rilevanti sono comprese tra 470 e 860 MHz. Per un impianto SAT la banda IF va da 950 a 2.150 MHz. Per un impianto TVCC in alta definizione HD-SDI, il parametro critico è l'attenuazione a circa 742 MHz (50% della frequenza di clock dello standard SMPTE 292M, pari a 1,485 GHz): in linea teorica non dovrebbe superare i 20 dB, fermo restando che nella pratica l'elettronica di molti apparati consente di operare anche a valori superiori. Per maggiori dettagli su soglie e tolleranze negli impianti TVCC, consulta le FAQ sui cavi coassiali e TVCC.

Cos'è la riflessione del segnale

La riflessione è il fenomeno per cui una parte del segnale, anziché procedere verso la destinazione, torna indietro verso la sorgente. Si verifica ogni volta che il segnale incontra una variazione dell'impedenza lungo il percorso: un cambio di cavo, un connettore, una giunzione oppure un difetto nel cavo stesso.

In un impianto ideale l'impedenza caratteristica è costante lungo tutto il percorso, dal trasmettitore al ricevitore passando per cavi e connettori. Quando questa condizione è rispettata (adattamento di impedenza), tutta l'energia del segnale raggiunge la destinazione. Quando invece si verifica un disadattamento — anche localizzato — una parte dell'energia viene riflessa.

Gli effetti pratici delle riflessioni comprendono la riduzione della potenza utile del segnale (perché una quota di energia ritorna verso la sorgente), distorsioni nella forma d'onda (le riflessioni si sovrappongono al segnale diretto creando interferenze) e, nei casi peggiori, l'instabilità o il completo blocco degli apparati riceventi.

Come si misurano le riflessioni: il Return Loss

La riflessione si quantifica con il parametro Return Loss (RL), espresso in dB. A differenza dell'attenuazione — dove un valore più basso è migliore — per il Return Loss un valore più alto indica meno riflessioni.

Un RL di 30 dB significa che la potenza riflessa è appena 1/1000 di quella incidente; un RL di 20 dB che è 1/100. In ambito professionale, un Return Loss ≥ 20 dB è considerato il minimo accettabile per impianti HD-SDI e CATV-SMATV.

Un parametro correlato è il VSWR (Voltage Standing Wave Ratio, rapporto d'onda stazionaria): esprime lo stesso concetto in forma diversa. Un VSWR di 1:1 corrisponde all'assenza totale di riflessioni; un VSWR di 1,2:1 corrisponde a un Return Loss di circa 21 dB — un valore considerato buono nella maggior parte delle applicazioni.

Cause delle riflessioni

Disadattamento di impedenza tra cavo e apparati

La causa principale delle riflessioni è la mancata corrispondenza tra l'impedenza del cavo e quella degli apparati collegati. Un cavo a 75 Ohm va collegato esclusivamente ad apparati e connettori progettati per la stessa impedenza. Collegare un cavo a 50 Ohm a un sistema progettato per 75 Ohm — o viceversa — genera riflessioni significative e compromette la qualità della trasmissione.

Connettori difettosi o installati in modo non corretto

Anche con cavo e apparati perfettamente adattati, un connettore mal realizzato o montato in modo approssimativo può creare una discontinuità locale dell'impedenza. Le cause più frequenti includono: la treccia del conduttore esterno non ripiegata uniformemente, il conduttore centrale spellato a una lunghezza non corretta, il connettore non adeguatamente serrato o crimpato, e l'uso di connettori di dimensioni incompatibili con il diametro del cavo.

La qualità dei connettori è importante tanto quanto quella del cavo. Per una panoramica sulle diverse tipologie e i criteri di scelta, consulta la Guida 5: Connettori per cavi coassiali.

Danni fisici al cavo

Schiacciamenti, piegature oltre il raggio minimo di curvatura, esposizione a temperature estreme o trazione eccessiva possono deformare la geometria interna del cavo, alterando localmente la distanza tra conduttore centrale e conduttore esterno. Questa variazione modifica l'impedenza nel punto danneggiato, generando riflessioni che possono essere difficili da individuare senza strumentazione adeguata.

Come ridurre le perdite di segnale

La gestione efficace dell'attenuazione e delle riflessioni non richiede interventi complessi, ma piuttosto una serie di scelte corrette nella progettazione e nella realizzazione dell'impianto.

Scegliere il cavo adeguato all'applicazione

Il primo passo è selezionare un cavo le cui caratteristiche di attenuazione siano compatibili con la lunghezza della tratta e la frequenza di lavoro. Come abbiamo visto nella tabella comparativa, la scelta del diametro ha un impatto diretto e misurabile: per tratte lunghe o frequenze elevate, un cavo di diametro maggiore compensa con attenuazioni significativamente inferiori.

Altrettanto importante è considerare la classe di schermatura: in ambienti con forte presenza di segnali irradiati (vicinanza a stazioni radio base, ripetitori Wi-Fi, impianti industriali), una classe A o superiore protegge il segnale dalle interferenze esterne. Per una guida alla scelta tra le diverse tipologie, consulta la Guida 2: Tipi di cavi coassiali.

Curare l'installazione dei connettori

La qualità della connettorizzazione è determinante per le riflessioni. È fondamentale utilizzare connettori compatibili con il diametro e la tipologia del cavo, seguire scrupolosamente le istruzioni di preparazione (lunghezze di spellatura, posizionamento della treccia) e verificare la tenuta meccanica della connessione completata. Un connettore a compressione correttamente installato offre in genere prestazioni superiori e più costanti nel tempo rispetto a un connettore twist-on.

Rispettare il raggio minimo di curvatura

Ogni cavo coassiale ha un raggio minimo di curvatura dichiarato nella scheda tecnica — tipicamente 8 volte il diametro esterno del cavo. Curve più strette deformano il dielettrico e alterano l'impedenza, creando punti di riflessione. Durante la posa, prestare particolare attenzione nei passaggi in canalina, nelle curve a gomito e nei punti di ingresso nelle scatole di derivazione.

Utilizzare amplificatori quando necessario

Quando la lunghezza della tratta genera un'attenuazione superiore a quella tollerata dal sistema, un amplificatore di linea può compensare la perdita. È importante tuttavia che l'amplificatore sia dimensionato correttamente: un guadagno eccessivo può saturare il ricevitore, mentre un amplificatore di scarsa qualità può introdurre rumore e degradare il rapporto segnale/rumore complessivo dell'impianto.

Conclusione

Attenuazione e riflessione sono i due fenomeni che determinano la qualità del segnale in un impianto coassiale. L'attenuazione dipende dalle caratteristiche fisiche del cavo e dalla frequenza di lavoro; la riflessione, dall'uniformità dell'impedenza lungo tutto il percorso. Entrambi i fenomeni possono essere gestiti efficacemente attraverso la scelta di cavi con dimensioni e materiali adeguati, una connettorizzazione curata e il rispetto delle buone pratiche di installazione.

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