Intermodulazione amplificatori canali

Buongiorno,vorrei sapere come mai la potenza in uscita di un amplificatore diminuisce all'aumentare dei canali di ingresso.Mi spiego meglio,negli amplificatori a larga banda viene specificato che la potenza di uscita è pari ad un certo valore (p.es 113dBuV) ma ciò è valido solo se in ingresso sono presenti solo due portanti affinche in uscita sia presente una certa percentuale di distrorsione di intermodulazione accettabile,nel caso di più canali in ingresso tale potenza va diminuita secon una certa legge empirica (norme CEI) del tipo 10*Log(N-1) dove N è il numero dei canali di ingressra mi chiedo,come fa l'amplificatore a decrementare questa potenza in funzione del numero dei canali di ingresso?Nel senso che se io inserisco più canali in ingresso ,ovviamente,aumenterà la potenza di ingresso e di conseguenza la potenza in uscita almeno nel funzionamento lineare,poi quando arrivverà al punto di compressione si avrà un guadagno più o meno costante con tutti i problemi derivanti.Potreste spiegarmi meglio questo dubbio?Forse sono io che ho intrpretato male il problema.

perché con poche portanti lo stadio finale dell'amplificatore richiede meno corrente, viceversa con piu portanti ne richiede di piu superando il suo punto massimo di lavoro e va in saturazione e per evitarla, in una situazione come in italia dove si ricevono parecchie decine di mux, conviene stare ALMENO sulla quindicina di db in meno del valore massimo di uscita dichiarato...é un po' una trovata commerciale, esattamente come la perdita dei cavi dichiarata: essi vengono infatti testati per terra srotolati dritti, per tutta la loro lunghezza tipica di 100m; ovviamente nell'uso pratico pieni di curve la perdita aumenta.

Mi sembra di aver capito che si riferisse al segnale di uscita.

Antennas;
Ma perche la potenza di uscita dovrebbe diminuire?
Se stiamo parlando di un amplificatore semplice senza CAG, la potenza non diminuisce affatto.
Può sembrare che diminuisce, ma in realtà la potenza complessiva in uscita è sempre maggiore, anche in presenza di più segnali in condizioni di bassa linearità.
I prodotti di intermodulazione, generati da due segnali innescano altri prodotti a catena e contribuiscono a far aumentare il rumore di rete generale. Quindi quando l'amplificatore satura e il livello dei segnali utili sembra inferiore è perchè la potenza complessiva è spalmata in uno spettro più ampio, misto al rumore e alle armoniche.

Mentre sugli amplificatori muniti di controllo automatico, viene mantenuto costante il livello di uscita, in modo da limitare le intermodulazioni.

Se poi volevi sapere quanto è il livello massimo di uscita di un amplificatore, questo dipende dalla sua classe e qualità. Il produttore dovrebbe indicare come ha fatto i test di verifica e quindi con quale criterio... Di solito i test IMD3 si effettuano a -35dBc su due canali, ma alcuni utilizzano altre metodiche, per esempio i test su segnali analogici che vengono ancora impiegati in ambiti radio, sono -54dBc e -60dBc a 3 o 2 toni oppure in alcuni ambiti si effettua solo il test del punto di intercetta a 1 dB.

Se non si conosce il metodo di test usato dal produttore o non si hanno strumenti per misurarlo è meglio attenersi a -18 dB dalla potenza complessiva di uscita per 32 canali.
E nel caso di un amplificatore mono canale a -3dB.

antennas ha scritto:

Ora mi chiedo,come fa l'amplificatore a decrementare questa potenza in funzione del numero dei canali di ingresso?

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Ovviamente da solo non lo fa (tranne amplificatori "intelligenti" con AGC incorporato, che però io preferisco evitare perché a volte rischiano di fare più danni che benefici), è l'installatore che deve ridurre la regolazione del guadagno rispetto al massimo, in modo da non superare il valore legato a quella formula.

Nel senso che se io inserisco più canali in ingresso ,ovviamente,aumenterà la potenza di ingresso e di conseguenza la potenza in uscita almeno nel funzionamento lineare,poi quando arrivverà al punto di compressione si avrà un guadagno più o meno costante con tutti i problemi derivanti.

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In linea di principio il tuo ragionamento è corretto, ma in realtà il livello indicato, es. 113 dB(uV), si riferisce al livello di un singolo canale, non alla potenza complessiva d'uscita. Quindi, aumentando il numero di canali, a parità di regolazione di guadagno, il livello del singolo canale rimarrà lo stesso (in zona lineare, oppure si ridurrà un po').

In realtà non si riferisce neppure ad un canale, ma solo a due sinusoidi semplici distanziate pochi MHz . Queste di solito vengono inviate in quadratura di fase dallo strumento in ingresso all'amplificatore.
Poi lo strumento misura il prodotto di 2*F1 - F2 in modalità delta marker, la potenza delle due sinusoidi aumenta fino a quando il prodotto del terzo ordine non supera i -35dBc (per ambiti digitali).
La formula 10*Log(N-1), che su 32 CH equivale a -15 dB è spesso insufficiente, per il fatto che in realtà la larghezza di banda del segnale inniettato per fare le misure è molto inferiore a quella di una portante di 8MHz e inoltre non si tiene conto della distorsione armonica. Per questo è consigliabile applicare un ulteriore dimezzamento del segnale a -3dB in modo da avere un ulteriore margine.

Quindi in definitiva il valore indicato nei cataloghi come livello max di uscita in realtà è la max potenza media di uscita per un singolo canale e non la potenza media di uscita complessiva ed inoltre bisogna che si stia lontanno (cioè lo imponiamo noi....non è che l'ampli che diminuisce il gudagno in funzione del numero dei canali in igresso...come erroneamente si potrebbe pensare) da quel valore max di una quantita pari a circa 10*Log(N-1) per i segnali digitali affinche il rumore di intermodulazione rimanga accettabile.Ho capito bene?

In linea di massima è così, ma i prodotti di intermodulazione sono sempre generati dall'amplificatore o da un componente poco lineare (quindi sempre presenti).
Il problema è che questi segnali generati non devono superare un certo livello. Altrimenti le tensioni aumentano e se superano quelle gestite dal transistor questo lavorerà male. Questo concetto è molto legato al punto di intercetta a 1dB.
Quello che manda in distorsione, saturazione l'amplificatore è appunto il livello di tensione, che supera quello consentito dal componente.

Un'altra cosa importante da capire è che il prodotto di due segnali aumenta di intensità pari al doppio della potenza dei segnali voluti. Quindi è molto facile arrivare ad un livello di segnale tale da mandare in saturazione lo stadio dell'amplificatore.

puoi anche diminuire di 2db al raddoppio dei ch

se il massimo e 100

1 ch 98
2 ch 96
4 ch 94
8 ch 92
16 ch 90
32 ch 88

Antoniopiev,
Il raddoppio di potenza sono 3dB
2 dB sono insufficienti, anche perchè per ogni aumento di segnale di 1dB il prodotto di distorsione, quando l'amplificatore lavora in zona non lineare è maggiore di 3 dB.
Se un amplificatore permette di lavorare vicino alla potenza dichiarata è perchè il suo livello di uscita è stato misurato in altro modo e seguendo altre specifiche. Per esempio alcuni amplificatori TV usavano i test IMD3 con 40 canali, non ricordo le specifiche di standarizzazione di questo metodo.
Ma in sostanza il concetto è sempre quello, capire quanti segnali sono stati mandati all'amplificatore per effettuare il test e di conseguenza si applica 10*Log(N-1)., che equivale a -3dB per ogni raddoppio di canali.

coppo76 ha scritto:

In realtà non si riferisce neppure ad un canale, ma solo a due sinusoidi semplici distanziate pochi MHz . Queste di solito vengono inviate in quadratura di fase dallo strumento in ingresso all'amplificatore.
Poi lo strumento misura il prodotto di 2*F1 - F2 in modalità delta marker, la potenza delle due sinusoidi aumenta fino a quando il prodotto del terzo ordine non supera i -35dBc (per ambiti digitali).
La formula 10*Log(N-1), che su 32 CH equivale a -15 dB è spesso insufficiente, per il fatto che in realtà la larghezza di banda del segnale inniettato per fare le misure è molto inferiore a quella di una portante di 8MHz e inoltre non si tiene conto della distorsione armonica. Per questo è consigliabile applicare un ulteriore dimezzamento del segnale a -3dB in modo da avere un ulteriore margine.

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Quindi poiche in fase di misura si iniettano 2 portanti sfasate di pigreco/2 (non capisco perchè sfasate...) e poiche la larghezza di banda di questi segnali è molto inferiore (essendo portanti ..ovvimente) ad un canale di 8MHz bisogrebbe star lontando dalla max potenza di uscita dichiarata di 10*Log(N-1) + 3dB ( di margine) ?Giusto Cmq rimane il fatto che sia necessario imporre noi di non superare un determinato limite di potenza in uscita (del canale) e non che lo faccia di suo l'ampli in fuzione del numero di canali di ingresso.

é semplice: devi tenerti almeno 15db al di sotto del segnale massimo; se un ampli é da 115db rimani sotto ai 100.

antennas ha scritto:

Quindi poiche in fase di misura si iniettano 2 portanti sfasate di pigreco/2 (non capisco perchè sfasate...) e poiche la larghezza di banda di questi segnali è molto inferiore (essendo portanti ..ovvimente) ad un canale di 8MHz bisogrebbe star lontando dalla max potenza di uscita dichiarata di 10*Log(N-1) + 3dB ( di margine) ?Giusto Cmq rimane il fatto che sia necessario imporre noi di non superare un determinato limite di potenza in uscita (del canale) e non che lo faccia di suo l'ampli in fuzione del numero di canali di ingresso.

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Le portanti vengono generate da due generatori differenti e di solito per simulare una condizione reale si sceglie di sfasarle, ma il risultato finale non cambierebbe ugualmente.
Come ho scritto nel post precedente esistono anche altre metodiche per effettuare i test. Quelle che utilizzavano 32 o 40 canali sono praticamente in disuso.

Antennas,
per trovarti sempre bene, considera la max potenza d'uscita dell'amplificatore per un singolo canale digitale da 8 MHz, mi raccomando potenza e non livello di picco.
Poi fai la media quadratica delle potenze in ingresso (antenna), registri la potenza del canale più forte, valuti quanti dB puoi incrementare in base alla max potenza d'uscita dell'amplificatore, quindi regoli la potenza osservando in uscita l'incremento dei dB stabiliti sul canale più forte.
Questo perchè i canali in ingresso non hanno tutti lo stesso livello, ed è per questo che la formula viene denominata empirica.

Ma fare la media quadratica delle potenze in ingresso non ha un senso fisico,cioè non esiste la potenza efficace....nel senso che l'operatore di fare il quadrato,farne la media e poi estrarne la radice ha senso solo per tensioni e correnti mentre per la potenza non ha alcun senso.Puoi fare la media delle potenze ma non il valore efficace.

Il problema è che se non si conosce il grado di linearità dell'amplificatore e il punto di intercetta 1dB di questo, non ha molto senso approfondire con teorie...
Quello che scrive Emtec, vale più o meno al calcolo dei canali nella formula logaritmica consigliata dal CEI. Ma dato che gli amplificatori non sono lineari e i canali trasmessi possono essere di diverso livello di potenza, non ha nessun senso. Diverso sarebbe con l'aiuto di un bolometro misurare effettivamente la somma del segnale da amplificare.
Anche in questo caso non si riuscirebbe a stabilire quale possa essere l'uscita massima effettiva in zona lineare, inquanto si stà parlando di componenti reali e non ideali..... In pratica si può rilevare con strumenti solo il delta tra 2 o 3 toni e il loro prodotto di intermodulazione, ma in presenza di più canali si possono solo misurare o quantizzare dei risultati teorici, utilizzando formule empiriche. Le intermodulazioni attive e passive in presenza di più segnali diventano imprevedibili, anche perchè si innescano tra canali e armoniche, generando anche distorsione e aumento del rumore di rete.


Comunque mi sono venute in mente alcune delle norme e standard di misura che non ricordavo e altre le ho prese dai siti internet dei produttori degli amplificatori.

Riporto di seguito le norme e metodiche:

La LEM Elettronica, utilizza il metodo 2 toni DIN45004B a -35dBc per segnali digitali e 3 toni a -60dBc per segnali analogici.
La NEL segue lo standard DIN-45004K 2 toni a -54dBc per canali analogici e digitali
La Fracarro utilizza anche il metodo 3 toni -52dBc
La Televes segue lo standard EN50083 oppure il DIN45004B
Altri produttori seguono la norma CENALEC 40 o 42 canali (sono abbastanza rari da trovare in commercio)

Per fare un esempio pratico, ipotizziamo di avere un amplificatore che ha come uscita massima il valore di 120dBuV e in funzione di come si è arrivati a questo valore vediamo di risalire a quello che ci interessa sapere per le trasmissioni digitali.

Se troviamo la dicitura 120dBuV max, con una delle seguenti norme: DIN-45004K 2 toni a -54dBc / IMD3 3 toni a -60 dBc , sono la stessa cosa e si riferiscono a canali analogici a 2 toni e 3 toni.
Per canali digitali si può incrementare di 7 dB, in quanto il livello massimo dello stesso amplificatore se si utilizzasse la norma DIN45004B a -35dBc diventerebbe 127dBuV, mentre se secondo la norma EN50083 diventerebbe 124dBuV (-3dB rispetto alla din).
Se invece si nota la dicitura 3 toni a -52dBuV (usata da fracarro nei vecchi centralini) il valore di uscita massimo diventerebbe 118 dBuV.

Logicamente in tutti questi casi escluso per la norma CENELEC, ci si riferisce ad un presunto canale!, quindi di conseguenza al numero di canali utilizzati è necessario ridurre la potenza di -3 dB per ogni raddoppio di questi. In teoria se si calcola la media del segnale complessivo sarebbe ancora meglio.
Poi però andrebbe anche considerata la temperatura di lavoro del centralino, se questo lo si tiene chiuso in una cassetta a 50° , di sicuro il suo livello di uscita massima sarà inferiore di quello dichiarato.

PS: dato che per altri motivi legati agli ambienti delle radio mi sono comprato lo strumento per effettare praticamente tutti i test sugli amplificatori, ho potuto riscontrare che il metodo migliore per effettuare questi test per usi digitali è il metodo dei 2 toni a-35dBc, non ha caso questo delta rientra nei parametri di S/N (segnale rumore) ottimali per la ricezione del mux dvb-t. Inoltre, non è un caso che la potenza di -54 dB riferiti al segnale armonico generato dall'abbattimento delle due portanti per segnali analogici, corrispondono a -35dB di un segnale digitale.

In definitiva dato che i canali trasmessi sono circa una trentina e la maggior parte dei produttori segue la norma DIN45004B a -35dBc, mi atterei a ridurre di 15dB il livello massimo dichiarato + ulteriori 3 dB , considerando sempre una media di potenza dei canali complessivi.

Aggiungo anche Offel, metodica di test 2 toni a -35dBc. Sul modello 40dB ho provato ad effettuare il test, come da norma DIN (2 toni distanziati 5 MHz) con risultato di 126dB di potenza a -35dBc, quindi un pochino meno di quanto dichiarato. Considerando un errore di accuratezza e che la temperatura dichiarata sul manuale tecnico della Offel è di 25°, una differenza di 2 dB è più che normale.

Vecchia questione... molti produttori si RIFIUTANO di indicare il livello operativo che per le norme CENELEC in epoca analogica era quello massimo con un raster di 42 portanti per mantenere CTB CSO e XMOD < 60 dBc.
Forse i cataloghi che realizzavo per l'azienda ove lavoravo erano gli unici (o fra i pochissimi) in Italia a riportarli...
Invece con DTT si ipotizzava di indicare il livello operativo massimo utile per mantenere 35 dBc con 16 canali attivi (2 VHF e 14 UHF)
Chiaro che in caso tipo Italia col doppio di canali basta calare 3 dB o aumentare ove fossero meno. Poi post 2022 andrebbe bene anche da noi...
Ma le aziende nicchiano...
Riportare i 2 toni a -35 non serve quasi una beata mazza... se non per chi è esperto di componenti e misure, ma per antennisti zero!!!

Ok...ma la max potenza dichiarata in uscita dall'ampli è quella di un solo canale?Cioè se ho p.es un ampli dichiarato da catalogo 113dBuV max significa che un canale in uscita può avere la max potenza media di 113dBuV? Trascurando il discorso della riduzione necessaria per l'intermodulazione in funzione del numero dei canali di ingresso. Inoltre non ho capito il discorso dei 2 toni a -35dBc ,che differenza comporta questa misura rispetto alle altre misure?

antennas ha scritto:

Ok...ma la max potenza dichiarata in uscita dall'ampli è quella di un solo canale?Cioè se ho p.es un ampli dichiarato da catalogo 113dBuV max significa che un canale in uscita può avere la max potenza media di 113dBuV? Trascurando il discorso della riduzione necessaria per l'intermodulazione in funzione del numero dei canali di ingresso. Inoltre non ho capito il discorso dei 2 toni a -35dBc ,che differenza comporta questa misura rispetto alle altre misure?

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Come ti ho detto e come fatto notare da BillyClay, difficilmente troverai un amplificatore con uscita max rispondente a norme CENELEC, se non trovi nelle specifiche atri parametri ancora diversi, attieniti come uscita massima ad un singolo canale.
Quando legggi 3 o 2 toni a -60dBc o -54dBc viene considerato un solo canale di tipo analogico. Su queste specifiche puoi anche trovarti la dicitura NO EQUI 3 toni -60dBc che significa non equilivello, di solito veniva usata da Fracarro, ma in tutti i modi si tratta di misure inerenti a canali analogici e per usi digitali puoi uscire con +7 dB tranquillamente.
Il metodo a 3 toni veniva utilizzato appositamente per generare una situazione il più possibile reale a simulare l'amplificazione delle portanti di un canale analogico in mono, mentre il metodo a due toni è più generico. Per generare i prodotti di intermodulazione attivi o passivi servono almeno due sinusoidi.

Se ti attieni a quanto consigliato dalla guida CEI in presenza di specifiche DIN -35dBc va bene, poi se vuoi stare sul sicuro abbassati di ulteriori -3 dB.

Poi questa è teoria che ti sarà utile in fase di progettazzione e preventivazione dei materiali, ma nella pratica dovrai verificare sul campo se effettivamente l'amplificatore lavora correttamente oppure si trova già al limite.
Questo è difficile da comprendere o da spiegare, ma con l'esperienza si riesce a decifrare lo spettro molto accuratamente, basta osservare.... e attraverso piccoli particolari si riesce a capire come lavora l'amplificatore.

PS: Immagino che tu sia in possesso della guida CEI, se si guarda che in quella guida troverai i livelli di intermodulazione del singolo canale, che corrispondono appunto a IM3 -54dBc e 44dB di C/N per canali analogici, mentre per canali digitali IM3 -35dBc e il S/N varia in funzione del tipo di modulazione e codifica, ma circa 26-30 dB.
Quindi i diversi parametri dei vari metodi di test sono dettati dalla robustezza della modulazione sui disturbi di intermodulazione entro il canale e dalla simulazione di segnali analogici a tre toni o di segnali generici a due toni.

@Antennas
Noooo! Lo abbiamo spiegato sopra sia io che coppo. Sono misure a 2 toni!! Da li puoi solo ricavare l'ip3 che caratterizza le performances dei componenti usati.

In definitiva ,quando sul catalogo viene indicato che un certo amplificatore ha un max livello di uscita di p.es 117 dBuV misurata con il metodo IM3 -35dBc 2 toni ,che cosa possiamo dire su quel valore?che significato ha?