Il fenomeno dell’intermodulazione passiva, o PIM (Passive InterModulation), è un problema ben noto che affligge gli impianti di trasmissione a radiofrequenza, ma che sta tornando prepotentemente alla ribalta perché minaccia di rendere tremendamente difficile la convivenza tra le reti mobili LTE di nuova generazione con gli altri servizi di comunicazione esistenti.

L’intermodulazione passiva, in sé un fenomeno semplice, è pero difficile da identificare e misurare. Vediamo come si può fare.

Un po’ di ripasso sui concetti di base e la terminologia dell'intermodulazione.

L’intermodulazione è un fenomeno causato dalla non perfetta linearità dei circuiti.

Ricordiamo che se un circuito fosse perfettamente lineare, non distorcerebbe mai lo spettro di frequenze del segnale che lo attraversa.

In un circuito perfettamentelineare, una componente di frequenza in ingresso verrebbe ritrovata, magari attenuata o amplificata, anche in uscita. Inoltre, se un segnale attraversasse un circuito perfettamente lineare, in uscita non potrebbe mai accadere che vi siano componenti in frequenza che non sono presenti all’ingresso.

Sintetizzando: attraversando i circuiti lineari le ‘frequenze non nascono’, al massimo ‘muoiono’ perché vengono fortemente attenuate.

Allargamento dello spettro trasmesso a causa dell'intermodulazione passiva dovuta a cavi e connettori imperfetti

Quando invece un segnale attraversa un circuito non lineare, anche la più pura delle sinusoidi al suo ingresso si trasforma in uscita in un segnale diverso con componenti di frequenza ‘nate all’interno del circuito non lineare’.

I fenomeni non lineari non sono necessariamente tutti dannosi, anzi, talvolta sono proprio alla base del funzionamento di molti circuiti elettronici; un esempio per tutti è il mixer, che serve proprio a traslare lo spettro di frequenze, in modo controllato.

I fenomeni non lineari non previsti o non controllati sono invece certamente dannosi, perché possono ‘inquinare’ il segnale facendo comparire segnali su frequenze inaspettate, che potenzialmente possono interferire con il segnale utile del sistema o di sistemi funzionanti nelle vicinanze.

Il fenomeno dell’intermodulazione è tipicamente associato ai circuiti attivi, come amplificatori, mixer e così via, proprio perché sono ricchi di componenti non lineari (come diodi e transistor) e perché sono stati progettati per sfruttare in modo controllato il fenomeno della non linearità.

Invece, l’intermodulazione è un fenomeno ben più generale, che può riscontrarsi anche nei componenti passivi più semplici, come ad esempio un cavo di trasmissione o un connettore.

Ed è proprio nei sistemi di trasmissione dove si utilizzano cavi e connettori per collegare l’uscita di un amplificatori di potenza al sistema radiante composto da uno o più antenne che il fenomeno dell’intermodulazione passiva rischia di fare danni.

Ad esempio, nel caso di una stazione radio base perfettamente funzionante, dall’uscita dell’amplificatore di potenza parte un cavo coassiale che sale fino alle antenne. Solitamente il cavo è anche scomposto in più sezioni collegate tra loro da connettori, per facilitare installazione e manutenzione. A causa di qualche imperfezione nei materiali, di un assemblaggio non perfetto, o semplicemente a causa di vibrazioni, corrosione o invecchiamento, l’insieme composto da cavi e connettori ed eventuali filtri può cominciare ad esibire un comportamento non più perfettamente lineare.

Vediamo cosa può accadere in un sistema radiomobile trasmesso su una torre affetta da intermodulazione passiva. Il segnale di un canale genera inconsapevolmente una sua copia distorta e traslata in frequenza al di fuori della sua banda di funzionamento. Pertanto, si genera un segnale interferente che va a disturbare il funzionamento di un altro canale dello stesso sistema o addirittura di un altro sistema di comunicazione.

Rischi di interferenza da intermodulazione passiva nelle reti radiomobili

Quindi, pur in presenza di apparati attivi perfettamente funzionanti secondo le specifiche progettuali, può accadere che l’intera cella di un sistema radiomobile smetta addirittura di funzionare, in quanto l’intermodulazione passiva rende ’sordi’ i canali che si disturbano l’un l’altro.

Il fenomeno è noto da tempo, ma i rischi ora stanno notevolmente aumentando a causa dell’imminente avvio delle reti di nuova generazione radio come LTE che molto spesso, per ridurre l’impatto economico ed ambientale delle installazioni delle nuove stazioni base, riutilizzeranno i siti e le infrastrutture degli impianti esistenti.

Può quindi accadere che instradando il segnale di potenza LTE sullo stesso cavo che già trasporta dall’amplificatore alle antenne i segnali delle reti radiomobili esistenti, i fenomeni di intermodulazione causati dai componenti passivi facciano nascere nuove frequenze che vadano a ricadere nella banda di funzionamento dei sistemi esistenti e viceversa.

Purtroppo, essendo l’intermodulazione passiva causata dall’ultimo anello nella catena del segnale, non può essere filtrata a monte, pertanto l’unica soluzione applicabile è quella di identificare il fenomeno e di eliminarlo agendo sulla causa originaria, il più delle volte semplicemente un connettore o un cavo non perfettamente installato oppure degradato dall’usura del tempo.