НА ГЛАВНУЮ - - адрес этой страницы -- http://ra6foo.qrz.ru/ferrit.html -- версия 17 05 2009 -- НА ГЛАВНУЮ
Ферритовые кольца на кабеле антенны УКВ
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Май 2023 г. Эта страница была написана более 15и лет назад и сейчас была бы написана более конкретно и информативно.
Но смысла в этом теперь нет, каждый может найти статьи и прочитать их в качественном переводе, в том числе и в
формате pdf. c помощью переводчика pdf
Советую начать со статьи Джима Брауна K9YC Руководство
для радиолюбителей по ВЧ-помехам, ферритам, балунам" в 7 редакции, январь 2019 г.
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Отсечка тока по кабелю, искажающая диаграмму направленности и рассогласовывающая антенну, возможна с
помощью ферритовых колец, надетых на кабель непосредственно у точки питания. Здесь речь идет только об
одновитковых дросселях, т.е. просто надетых на кабель кольцах, многовитковые на УКВ неприменимы.
Свойства различных ферритов настолько разнообразны, что даже общие рекомендации могут противоречить отдельным
результатам их применения. Достаточно ли эффективно выполняют кольца свою роль, определить на готовой УКВ антенне
довольно сложно, формул или калькуляторов, с достаточной точностью учитывающих частотные свойства мер отсечки нет,
а повышать эффективность отсечки за счет увеличения потерь ВЧ в феррите с большой начальной проницаемостью, при
приеме на УКВ нежелательно.
Кольцо создает на кабеле участок с комплексным сопротивлением Z = XL + R - эквивалентный цепи из последовательно
соединенных индуктивности L и активного сопротивления R. Величину XL определяет индуктивность L, которая зависит
от магнитной проницаемости кольца на рабочей частоте, а величину R - потери в кольце на рабочей частоте.
С ростом частоты падает магнитная проницаемость ферритов, поэтому индуктивность L уменьшается и индуктивное
сопротивление ВЧ току XL может не увеличиваться и даже падать. В то же время с ростом частоты растет tg δ и вместе
с ним потери ВЧ в феррите, что эквивалентно увеличению R. Пожалуй только ферритовые кольца типа ВЧ и кольца из
карбонильного железа ВЧ 100 имеют на частотах до 200 мгц в основном реактивную составляющую XL сопротивления
току ВЧ, не создающую потерь и растущую с частотой. Кольца более высокой начальной магнитной проницаемостью на УКВ
обеспечивают более эффективную отсечку, но в основном за счет потерь в кольце. Поэтому присутствие в ближней зоне
антенны (менее 0,75 λ) проводников, на которых установлены такие кольца, всегда компромисс между необходимостью
его подавления и потерями усиления антенны. Рекомендации некоторых авторов использовать"графитовые покрытия",
"нихромовые растяжки" и т.п. для подавления нежелательных токов на проводниках в зоне антенны не могут служить
основанием для отрицания вышесказанного, т.к. сами основаны на "понятиях", а не расчетах. При передаче это потери
вашей мощности, при приеме потери мощности сигнала корреспондента, что на УКВ нежелательно.
Для отсечки тока лучше применять кольца типа НН, имеющие несколько меньшие потери, растущие с частотой. Отличаются
от колец типа НМ тем, что не прозваниваются высокоомным омметром. Степень отсечки ими тока на УКВ мало зависит от
частоты. С одной стороны магнитная проницаемость падает с ростом частоты и чем больше начальная проницаемость, тем
раньше начинается спад, в результате индуктивная составляющая XL не растет или падает. С другой - увеличиваются потери
в феррите и вместе с ними растет резистивная составляющая R. В результате сопротивление ВЧ току одного кольца остается
на уровне 50...100 ом. Поэтому величина начальной магнитной проницаемости мало влияет на степень отсечки тока, но чем
меньше проницаемость, тем лучше соотношение в пользу индуктивной составляющей и меньше ВЧ потери.
Кольца типа ВЧ на УКВ имеют несколько меньшие потери, создаваемое ими индуктивное сопротивление растет с частотой
и на частотах выше 50...100 мгц становится больше, чем комплексное сопротивление XL+ R, создаваемое кольцами типа НН.
апрель 2015 г.
Надо добавить, что реактивная (индуктивная) составляющая сопротивления ферритового дросселя может сыграть злую
шутку при отсечке тока ферритом. Сопротивление следующего за ферритом кабеля равновероятно модет иметь и
индуктивнй и емкостной характер и во втором случае будет образовывать с индутивностью дросселя последовательный
контур, уменьшающий действие индуктивности дросселя, а на частоте, где емкостное сопротивление комплиментарно
индуктивности дросселя, полностью аннулирующее его (частота резонанса последовательного контура). Подробнее об этом
на странице Отсечка тока по кабелю дросселями Оставшееся в таком случае
наедине с током по кабелю резистивное сопротивление в несколько десятков Ом мало что улучшит.
На графике,взятом из (1) приведены частотные характеристики двух типичных ферритовых колец.
Для колец различного диаметра,высоты и проницаемости данные могут отличаться в два...три раза.
"Если одно кольцо не обеспечивает достаточной отсечки ВЧ тока,можно использовать несколько колец.
Однако, если два или три кольца не приводят к улучшению,дополнительные кольца обычно неэффективны"- пишет Г.Отт.(1)
А.Гречихин (UA3TZ), Д.Проскуряков в статье "АНТЕННЫЙ ЭФФЕКТ ФИДЕРА" ж.РАДИО 2000 г.пишут:
"Поглотители синфазного тока на коаксиальном фидере делают с использованием покрытий из ферромагнитных или
диэлектрических материалов с потерями. Пример - установка на коаксиальном фидере ферритовых колец или трубок.
Для хорошего ослабления на KB диапазонах потребуется 50-70 колец из феррита с начальной магнитной проницаемостью
m=400...1000. Зазор между оплеткой кабеля и кольцом должен быть минимальным. Поглотитель этого вида можно
рассматривать как распределенный линейный изолятор с потерями."
Поглотителем феррит назвыать нельзя, Задача феррита, не поглощать мощность, а оказывать сопротивление току.
Чем хуже он оказывает сопротивление, тем больший ток через него течет, тем больше он "поглощает", а это обратное тому,
что от него требуется.
Когда идет разговор или спор по вопросу о кольцах на кабеле,то можно услышать примерно такое:
Часто встречающееся утверждение, что при наличии зазора что-то ухудшается - всего лишь одно из распространённых
радиолюбительских заблуждений. А некоторые «знатоки» даже внешнюю защитную оболочку рекомендуют с кабеля
сдирать, а потом насадить кольца поплотнее, чтобы получить индуктивность побольше. Действительно, на
частотах КВ
мало что меняется,что и следует оговаривать.На УКВ эффективность отсечки тока падает при зазоре между оплеткой
кабеля и кольцом более 1/200 λ или более 1 см на 145 мгц
апрель 2008г.
На КВ ферриты могут совмещать работу по отсечке тока по оплетке и трансформации сопротивления, но даже просто
отсечка тока случайным или предполагаемым набором типа и количества колец на кабеле или количества витков
кабеля на кольце приводит к таким же случайным результатам, а при трансформации и к ошибкам. Ферритовые кольца
на кабеле образуют на участке оплетки низкодобротный параллельный контур с потерями, частота которого зависит от
проницаемости колец на этой частоте и конструктивной емкости. Для получения необходимого сопротивления
току по оплетке на КВ необходимо больше колец с большей проницаемостью или больше витков кабеля на кольце,
чем на УКВ. В результате и на КВ и на УКВ частота этого контура может находиться вблизи рабочей частоты, где он
работает более эффективно, но при отсечке тока кольцами случайного количества и проницаемости принцип "кашу
маслом не испортишь" не работает, т.к. выше этой частоты отсечка тока резко падает. Если вы заметили, те, кто имеет
опыт изготовления КВ антенн с ферритами в них, по этим причинам очень осторожно подходят к выбору и материалов
и конструкции устройств трансформации или отсечки тока на ферритах.
От выбора материала феррита и количества колец или витков на кольце зависит, будет ли он отсекать ток оплетки в
основном за счет активного сопротивления с малым нагревом и потерями или работать как поглотитель ВЧ энергии.
На КВ во втором случае это создает только проблему возможного разрыва кольца от быстрого нагрева при передаче,
а на УКВ на первый план может выйти присутствие при приеме поглотителя ВЧ энергии, ухудшающего отношение
сигнал/шум. На УКВ при выборе типа и количества колец многое зависит от входного сопротивления антенны,
степени ее симметрии, пути прокладки кабеля от входа антенны- соответственно величины тока по оплетке и его
влияния на параметры антенны. Вывод,сделанный мной в этом вопросе- надо применять минимально необходимую
для нормальной работы антенны степень отсечки тока одним-двумя кольцами на кабеле и только в простых антеннах,
а в других случаях использовать для отсечки гибкий ¼ λ стакан. На кабеле с ПЭ оболочкой даже неточно
изготовленый стакан обеспечит большую отсечку тока, чем подобранные по типу и количеству ферритовые кольца,
а на кабеле с ПВХ оболочкой будет равноценен им.
Набора устоявшихся правил применения ферритов в определенных случаях пока нет. А чьи то рекомендации и отзывы
о работе ферритов, типа "работают обалденно", не имеют никакой цены до тех пор, пока не содержат определенных
марок феррита, конструкции устройства и не подтверждены результатами измерений, сделать которые можно лишь
при наличии довольно дорогих приборов и представления о том, что и как измерять и как сделать из этого правильные
выводы. Справедливости ради надо сказать, что стаканы из оплетки (см.стр.Гибкие стаканы) на кабеле с оболочкой
из ПЭ при волновом сопротивлении самого стакана 10...20 ом также имеют невысокую добротность, но она на порядок
выше, чем на ферритах, и её несложно увеличить еще в несколько раз до оптимального соотношения между степенью
отсечки тока с одной стороны и широкополосностью и возможной точностью " попадания" в необходимую рабочую
полосу частот при изготовлении стакана. Его реактанс на порядок выше, чем у ферритовых дросселей, не зависит
от мощности или тока по оплетке, вполне может быть определен расчетами или измерением и введен в модель.
Позвольте сделать предположение, что ферритовые кольца в УКВ антеннах могут быть источником шума в начальный, наиболее информативно ценный период перехода на прием после их разогрева при работе на передачу из за того, что магнитная проницаемость феррита по мере нагрева до 80...100° уменьшается в 2...2.5 раза, а при переходе на прием и остывании кольца возвращается к исходной. При этом перегруппирование доменов феррита происходит неравномерно во времени и для антенны это означает неплавное изменение степени отсечки тока и в результате- скачкообразное изменение влияния на антенну проводника, подключенного к одной из клемм питания. Это предположение. Возможно шум феррита по спектру и амплитуде на УКВ пренебрежимо мал. Если кто нибудь имеет информацию по этому вопросу, пожалуйста сообщите. май 2008
Нужно вспомнить и о том,что антенна с ферритом на проводнике при любых условиях становится нелинейным элементом
с нелинейными искажениями сигнала. Чем больше подводимая к антенне мощность, тем большая часть энергии уйдет на
излучение гармоник. Многие антенны их не только не отфильтровывают, но и весьма эффективно излучают.
октябрь 2008
Литература:
1 - Г.Отт "Методы подавления шумов и помех в электронных системах" "Мир" 1979 г.
2 - А.Гречихин (UA3TZ), Д.Проскуряков "АНТЕННЫЙ ЭФФЕКТ ФИДЕРА" ж.РАДИО 2000 г.
На странице сайта G3SEK: G3SEK -The Best Of 'In Practice'
внизу новая ссылка: Статья Jim Brown K9YC (.pdf 3,5 мб)
"A Ham's Guide to RFI, Ferrites, Baluns, and Audio Interfacing" Revision 2 3 Apr. 2008 , где подробно и обоснованно даны
сведения о ферритовых дросселях и их частотных свойствах до 1000 мгц. Статья на английском,но содержит много
различных графиков частотных свойств ферритовых дросселей на кабелях. И дополнение к статье Jim Brown K9YC
AESPaperFerritesASGWeb.pdf , которое можно найти через поисковик. На сайте CQHAM.RU есть статья RZ3DK
Антенный анализатор и ферритовые кольца
Его метод отбора колец прост и воможно будет полезен и поможет избежать ошибок при отсечке тока кольцами.