Filtri e LNA

I filtri aiutano ad aumentare la qualità della ricezione, perché filtrano tutti i segnali esterni, a costo però di attenuare sia la ricezione che la trasmissione.
Sono utilissimi in città o comunque in vicinanza di celle telefoniche, ponti radio o emettitori della radio commerciale, che trasmettono con potenze elevatissime “assordando” le schede LoRa.
Per capire se il nodo ha necessità di un filtro basta guardare nell’app i valori di RSSI e SNR dei nodi che si ricevono: un valore alto di RSSI ma con basso SNR suggerisce che il segnale viene ricevuto, ma la scheda è assordata dalle interferenze e quindi non riesce a “capirlo”.

Usare un filtro se non c’è necessità può dare l’effetto opposto, ovvero peggiorare la ricezione

Esistono due tipi di filtri: filtri SAW, che sono economici ma anche poco performanti: attenuano di 2-3 dB in banda ovvero circa metà della potenza, mentre fuori banda non superano i 40 dB.
Sarebbero progettati per funzionare solo in ricezione, ma riescono a sopportare le ridotte potenze di trasmissione delle schede LoRa senza bruciarsi.

L’altra tipologia sono i filtri a cavità sono i più performanti perchè fanno perdere meno di 1 dB, ma costano molto di più.

Gli amplificatori a basso rumore (LNA – Low Noise Amplifier) invece, sono usati per aumentare il livello dei segnali in tutto lo spettro RF, quindi aumentano anche il rumore e le interferenze. Normalmente si mette un filtro prima dell’LNA, in modo da escludere il rumore prima di amplificare.
Alcuni sono unidirezionali cioè amplificano solo in un verso (di solito usati in ricezione), altri sono bidirezionali cioè amplificano sia in ricezione che in trasmissione (se si usano questi però, attenzione alla potenza massima ammessa).

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Filtro SAW

Questo è un filtro passa-banda, ovvero fa passare solo una determinata banda (in questo caso la 868 MHz) attenuando tutto il resto.
Ho comprato questo filtro passa-banda per gli 868 MHz, che è uno dei più noti.

Dai test emerge che l’attenuazione fuori banda è di circa 40dB, mentre in centro banda si perdono circa 3dB (parecchio!).
Gli estremi di banda sono circa 862 – 873 MHz.
La potenza massima passante dichiarata è di 100 mW (20 dBm)

Altri filtri SAW sono stati testati e sono disponibili a questa pagina del progetto LoRa Italia.

Filtro a cavità

I filtri a cavità sono più ingombranti e più costosi dei filtri SAW ma hanno prestazioni eccezionali: meno di 1 dB di attenuazione in banda, mentre fuori banda superano anche i 50 dB. Inoltre supportano parecchia potenza in trasmissione.
Per questi motivi sono spesso utilizzati nei ponti ripetitori professionali.

Filtro 88-108

Questo è un filtro blocca-banda, usato per escludere una porzione di spettro che contiene trasmissioni molto forti, come ad esempio la banda FM commerciale (88 – 108 MHz). I passa-banda 868 MHz che abbiamo visto bloccano già queste frequenze, ma l’ho inserito comunque in questa pagina per chi volesse usare una frequenza diversa dagli 868 MHz per il LoRa, e ha bisogno di bloccare la banda FM commerciale.
Ho quindi testato questo filtro blocca-banda.

Dai test emerge che l’attenuazione in banda è di circa 44dB, mentre fuori banda dello spettro si perde solamente <1dB.
Gli estremi di banda sono circa 85 – 114 MHz.
La potenza massima passante dichiarata è di 1W (30dBm) ma sembra essere un po’ troppo elevata.

Amplificatore unidirezionale

Questo LNA è uno dei più acquistati su AliExpress (link), ma non funziona con il Bias Tee: va alimentato dalle piste sulla scheda con 5V.

Attenzione
LNA molto economici (come questo) lasciano un po’ il tempo che trovano: aggiungono rumore sulla linea e hanno bisogno di alimentazione esterna. Consigliamo di spendere un po’ di più ma prenderne uno un po’ più decente come questo.

Dalle misurazioni è emerso che questo LNA fornisce un guadagno di circa 14dB da circa 50MHz in su.

Amplificatore bidirezionale

Amplificatori bidirezionali come questo permettono di amplificare anche la trasmissione.
Non l’ho testato con la mia strumentazione quindi non ho dati sicuri da mostrare qui, ma chi l’ha provato ne parla bene.