Filtri e LNA

I filtri aiutano ad aumentare la qualità della ricezione, a costo però di attenuare sia la ricezione che la trasmissione.
I filtri che servono a noi sono filtri passa-banda, ovvero fanno passare solo una determinata banda attenuando tutto il resto.

Sono utilissimi in vicinanza di celle telefoniche o ponti radio, che “assordando” le nostre sensibili schede LoRa.
Per capire se il nodo ha necessità di un filtro basta guardare 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.

I filtri fanno perdere 1-3 dB in ricezione e in trasmissione: usiamoli solo se c’è necessità

Esistono due tipi di filtri: filtri SAW, che sono economici ma anche poco performanti: attenuano di 2-3 dB in banda ovvero si perde circa metà della potenza, e attenuano fuori banda al massimo 40 dB.
Riescono a sopportare al massimo 100mW (20 dBm) in trasmissione ma sarebbero progettati per funzionare solo in ricezione, viceversa con il tempo si degradano e bisogna sostituirli. In ogni caso non è una soluzione affidabile al 100% (da tenerne conto in caso il nodo sia difficilmente raggiungibile per riparazioni).

L’altra tipologia sono i filtri a cavità che sono i più performanti perchè fanno perdere meno di 1 dB in banda, ma costano molto di più e a volte hanno bisogno di essere tarati con strumenti appositi.

Gli amplificatori a basso rumore (LNA – Low Noise Amplifier) invece, sono usati per aumentare il livello di tutti i segnali (quindi anche rumore e interferenze).
Normalmente si mette un filtro prima dell’LNA, in modo da escludere il rumore prima di amplificare.
Alcuni LNA 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 a non superare la potenza massima ammessa sulle bande 868 MHz o 433 MHz).

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Filtri SAW

Filtro 1

Ho testato 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)

Filtro 2

Ho testato anche questo filtro passa-banda per gli 868 MHz. Sembra più robusto del primo per via dello shield e delle dimensioni maggiori.

Dai test emerge che l’attenuazione fuori banda è di circa 40dB, mentre in centro banda si perdono circa 2.5 dB (la seconda immagine è stata migliorata con Gemini per facilitare la lettura dei valori, i dati non sono stati manipolati).
Gli estremi di banda sono circa 862 – 875 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.

Quando si riceve un filtro a cavità, questo andrebbe ricalibrato a causa del trasporto. Rivolgetevi a un amico radioamatore per farvi aiutare ad effettuare questa operazione. Non abbiamo testato filtri a cavità in questa pagina.

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’ sovrastimata.

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 molto a desiderare: 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 certi da mostrare qui, ma chi l’ha provato ne parla bene.