Come noto dalla radiotecnica, quando più segnali multiplati in frequenza transitano attraverso un dispositivo non lineare, quale un tipico amplificatore a larga banda, compaiono all’uscita di tale dispositivo anche nuove componenti spettrali: i prodotti d’intermodulazione dovuti alla cross-modulazione tra le frequenze dei segnali presenti in ingresso. Ovviamente tali nuove componenti spettrali sono a tutti gli effetti delle interferenze che degradano la ricezione dei segnali originali. Questo fenomeno, proprio perché “non lineare”, si verifica in misura molto diversa a seconda dei livelli dei segnali in ingresso e delle caratteristiche intrinseche dell’amplificatore: si rende quindi necessario caratterizzare quest’ultimo per valutarne il comportamento in presenza di segnali LTE di livello elevato nella banda 800 MHz.

In una prima fase presso Rai-CRIT è stato sviluppato un modello software di un amplificatore non lineare, basato sull’IMD (InterModulation Distortion) fino al 3° ordine, i cui parametri sono ricavati da un dispositivo reale [6,9]. Il modello è utilizzabile per calcolare analiticamente il livello dell’interferenza sui canali televisivi dovuto a intermodulazione [3,4,8], ed è stato pubblicato come documento ITU-R BT.2298 [5].

Una caratterizzazione di laboratorio della non linearità di un amplificatore, oltre a validare il modello simulativo, permette di acquisire i parametri di simulazione relativi a casi reali. A questo scopo sono stati allestiti due differenti banchi di misura, ed effettuati test di laboratorio utilizzando i due diversi metodi:

• a) Metodo dei due toni [6], che consente di misurare direttamente l’entità dei prodotti d’intermodulazione del 3° ordine e il valore di livello d’uscita nominale dell’amplificatore come indicato sui cataloghi.
• b) Valutazione della curva di compressione del guadagno, che permette, mediante interpolazione, di ricavare i coefficienti del polinomio (fino al 3° ordine o anche oltre [7]) che approssima la caratteristica ingresso/uscita dell’amplificatore.

Per il primo banco di misura si sono utilizzati due generatori di segnali RF per ottenere le due frequenze di test. I due segnali sono stati sommati tramite un combinatore ibrido che presentasse un alto isolamento tra le porte. È stato inoltre necessario fornire un ulteriore disaccoppiamento tra i generatori utilizzando due circolatori terminati, per ottenere la necessaria purezza dello spettro alle frequenze dei prodotti di intermodulazione del terzo ordine. Un attenuatore variabile a monte dell’amplificatore sotto esame ha permesso di esplorare il comportamento ai vari livelli di segnale in ingresso. I livelli delle componenti spettrali del terzo ordine sono stati selettivamente misurati con un Analizzatore di Spettro di alta qualità. La misura di potenza combinata è stata effettuata con un Power Meter RF.

Il banco di misura per i test relativi al secondo metodo è stato allestito utilizzando un Analizzatore di Reti Vettoriale (VNA) configurato in modalità power sweep sulla frequenza di test. Dalla curva guadagno/livello fornita dal VNA è possibile estrarre tramite interpolazione polinomiale i coefficienti di ordine 1, 2 e 3 (e superiori, se si desidera). La misura è stata quindi ripetuta per diverse frequenze di utilizzo di ciascun amplificatore.

Il modello matematico utilizzato e i due procedimenti di misura adottati hanno validità generale per qualunque amplificatore a larga banda. I risultati dei due metodi, ottenuti su un certo numero di amplificatori commerciali di diversi marchi e tipologie, sono risultati in buon accordo con i dati dichiarati dai costruttori.  Ciò è vero in particolare per il primo metodo di misura, quello a due toni, in quanto è lo stesso utilizzato dai costruttori; tuttavia tale metodo permette di valutare solo il coefficiente polinomiale di ordine 3. Il secondo metodo di misura, basato sulla curva di compressione del guadagno, se da un lato permette di caratterizzare il dispositivo reale in modo più fedele (scegliendo opportunamente l’ordine del polinomio), dall’altro lato è risultato piuttosto sensibile al campo di valori di potenza in ingresso, che deve quindi essere scelto con cura.