Archief voor categorie: Stap 3 – Verminder de storing die uit je shack komt

Deze tests en experimenten werden uitgevoerd door Ian Jackson VK3BUF in het QRM Guru testlab.

Er is al veel gezegd over het belang van het aanbrengen van ferrite klapkernen, ringkernen en kralen op radio’s en andere huishoudelijke apparaten om QRM te bestrijden.

Artikelen over de juiste plaatsing van ferriet storingsonderdrukkers zijn er genoeg, maar er is maar weinig geschreven over de verschillende opties en waar je ze kunt kopen. In Australië zijn er slechts een beperkt aantal leveranciers die voorraad hebben. De grootte, vorm en kosten van ferriet variëren aanzienlijk. De verstrekte informatie kan minimaal of niet-bestaand zijn. In internationale catalogi vermelde onderdeelnummers voor ferrieten zijn over het algemeen niet beschikbaar in Australië en de aankoop ervan kan lange levertijden en hoge vrachtkosten met zich meebrengen.

Vaak weten we niet echt wat we krijgen en hoe effectief ze zullen zijn als ze eindelijk aankomen. Vanuit dit oogpunt lijkt het kopen en gebruiken van ferrietfilters meer op zwarte magie dan op de toepassing van radiowetenschap.

• Hoe weet ik of de ferrieten die ik heb gekocht goed, slecht of totaal onwerkzaam zijn?
• Krijg ik waarvoor ik betaal? Zijn dure ferrieten veel beter dan goedkope?
• Hoe weet ik of één ferriet genoeg is? Zijn 2 of 3 samen echt de moeite waard?
• Wat zijn de voordelen van klemmen boven kralen en ringen?
• Zijn grote en zware ferrieten beter dan lichte en kleine?
• Hoe ver in het radiospectrum gaan deze dingen voor mij werken?

Ferrieten zijn een soort keramiek gemaakt van ijzer en andere oxiden en zijn in verschillende vormen verkrijgbaar. De materiaalcombinatie wordt een “mengsel” genoemd.

De eigenschappen van deze mengsels bepalen waar en hoe ze kunnen worden gebruikt. Wanneer een draad door of in de buurt van ferrietmateriaal loopt, voegt het in feite weerstand toe aan die draad bij radiofrequenties, maar dit weerstandseffect varieert met de frequentie.

Elk ferriet heeft zijn eigen karakteristieke impedantiekromme waardoor het ongewenste RF-stromen kan absorberen voordat deze uw ontvanger of apparaat bereiken.

Helaas kun je niet zeggen wat die werkingscurve zal zijn door er alleen maar naar te kijken.

Voor dit experiment hebben we ferrieten gekocht bij de Australische retailers Jaycar en Altronics. We vergeleken deze met monsters van vergelijkbare grootte uit de QRM Guru ferrietkits, en vervolgens vergeleken we deze allemaal met enkele goedkope ‘no-name’ ferrieten van eBay.

De testmethodologie is belangrijk. We gebruikten een spectrum analyser met een tracking generator. De spectrumanalyser toont winst of verlies van radiofrequenties tussen twee willekeurige punten in het radiospectrum. Ons apparaat kan het radiospectrum scannen van 10KHz tot 1,5 GHz, maar in deze proef hebben we deze ferrietapparaten geprofileerd tussen 100KHz en 450MHz.

De volggenerator creëert een klein signaal dat regelmatig tussen twee frequenties veegt die we op een zeer gecontroleerd niveau controleren. We kunnen dan van de tracking generator naar de spectrumanalyser koppelen via een kleine koperen staaf, die onze testdraad wordt. Eerst ‘normaliseren’ we om te compenseren voor eventuele verdwaalde capaciteit en inductie rond ons testgebied. Een platte gele lijn staat voor nul dB. Deze lijn wordt ons referentiepunt voordat de filtering wordt toegevoegd. Wanneer een onbekend ferriet aan de testgeleider wordt toegevoegd, meten we een duidelijke plot die de unieke eigenschappen van dat item laat zien.

Met deze opstelling maakten we een grafiek van elk monster en registreerden vervolgens vijf unieke waarden die de doeltreffendheid ervan aangeven. We keken naar :

• (A) De laagste frequentie waarbij het voorwerp onder het -3dB (half signaal) punt zakt.
• (B) De hoogste frequentie waar de curve het -3dB-punt kruist.
• (C) De frequentie (MHz) waar de grootste verzwakking plaatsvindt
• (D) De maximale mate van verzwakking (piek -dB) die plaatsvindt.
• (E) Het gewicht van elk ferriet. (in grammen)

Niet alle eigenschappen worden hier getest

Er zij op gewezen dat dit artikel uitsluitend gericht is op het gebruik van ferrieten voor geluidsdemping. In deze rol is de geabsorbeerde energie niet groot. Wanneer ferrieten worden gebruikt in omgevingen met hoge stromen, zoals in een zenderbalun, zal er een RF-vermogensdrempel zijn waar ze niet langer effectief energie kunnen absorberen en hun eigenschappen zullen beginnen te vervormen.

De effecten van oververhitting en verzadiging bij toepassingen met hoge stromen maken geen deel uit van deze studie.

Studie Resultaten

De onderstaande tabel bevat de ruwe resultaten van onze beoordeling, gegroepeerd in volgorde van leverancier en vervolgens van grootte. De cijfers kunnen in deze vorm moeilijk te verteren zijn, maar we kunnen uit deze testgegevens enkele zeer belangrijke bevindingen halen.

Merknaam versus prijs

De eerste belangrijke vaststelling is dat ze allemaal werkten. Ongeacht de bron was geen van de geteste monsters nep of defect. Ze waren allemaal in staat om radiofrequenties in meer of mindere mate te onderdrukken. Dit is geruststellend, want je kunt nooit de authenticiteit bewijzen door alleen maar naar een ferriet te kijken.

Uit deze voorbeelden kunnen we opmaken dat al deze klapferrieten, ongeacht hun herkomst, ten minste enige mate van effectiviteit in de shack bieden.

Ferriet type

De volgende observatie (met uitzondering van de Altronics Iron Core ring) is dat al deze materialen zijn samengesteld uit een vergelijkbaar mengsel van ferrietmateriaal.  De absorptiecurves kwamen allemaal redelijk overeen met mix 43.  Dit wijst erop dat hun toepassing geschikt is voor HF- en lage VHF-frequenties.   (De Altronics ring L4534A werd samen met de rest van de ferrieten gekocht, maar komt niet in aanmerking als ferrietapparaat.  Het is een ijzeren voorwerp in poedervorm met andere eigenschappen.  Wij hebben het voor het contrast in de test gelaten en zullen apart commentaar geven op deze apparaten).

Afmetingen vs. gewicht correlatie van klapferrieten

Klapferrieten zijn er in een verscheidenheid van fysieke maten en vormen.  Het is redelijk om te veronderstellen dat grotere ferrieten beter werken dan kleinere, maar is dit ook echt het geval?  Wij sorteerden onze monsters op gewicht en zetten deze grafiek uit om te zien hoe dicht de mate van absorptie van RF-energie het fysieke gewicht van elk monster volgde.

Het antwoord lijkt “gedeeltelijk ja” te zijn.  In het algemeen presteren zwaardere ferrieten beter dan lichtere versies, maar er waren een paar uitzonderingen die het erg goed deden.

De Altronics massieve ring L4534A (A3) deed het beter dan klemmen van vergelijkbaar gewicht, evenals de Jaycar LF1294 (J2).  Beide zijn rood omcirkeld in de grafiek hierboven.

Er is een correlatie tussen ferrieteffectiviteit en wanddikte.  Beide omcirkelde voorbeelden hadden een relatief kleine interne draadopening, waardoor de klemwand dikker was. Dat komt neer op een hogere dichtheid van ferrietmateriaal rond de enkele geleider, wat betere prestaties oplevert.

Daarentegen was monster E1 van eBay een fysiek grote klem, geschikt voor een dikke kabel van 12 mm.  Deze dunnere wanddikte verminderde de effectiviteit, zoals blijkt uit het geel omcirkelde meetpunt in de grafiek hierboven.

Dit effect is niet zo erg als het op het eerste gezicht lijkt, dus shop niet per se alleen voor dikwandige klemmen.  Bestudeer de volgende paragrafen in dit artikel waarin de meest effectieve manieren om ferrietklemmen te gebruiken worden onderzocht.

De laatste opmerking over de grootte van klemmen was dat de zeer kleine klemmen op ferrieten niet voldoende massa hebben voor goede prestaties.  De kleinste van de eBay-klemmen (E5) haalde niet eens -3dB.  Tenzij een kennis je er een heleboel voor niets geeft, valt er veel voor te zeggen om direct te mikken op middelgrote en grote klemmen, anders kunnen de resultaten tegenvallen.

Zijn vaste ferrietkernen beter dan klapkernen?

Dit bleek een gemakkelijke vraag om te beantwoorden.  Twee ringen van vergelijkbaar gewicht, gatgrootte en ferrietmix werden vergeleken.  De ene was massief en de andere was gespleten.

De resultaten waren vrijwel identiek.  Dit vertelt ons dat shoppen voor massieve kernen geen echt voordeel heeft ten opzichte van klapkernen.  Klapkernen kunnen echter op kabels worden aangebracht zonder dat de stekkers hoeven te worden verwijderd, en dat maakt ze een stuk praktischer.

Wat is de beste manier om ferrieten te gebruiken?

Een belangrijke vraag om te beantwoorden is “wat is de optimale configuratie voor de toepassing van ferrietklemmen“.  Het is gemakkelijk voor te stellen dat twee klemmen beter zijn dan één, maar hoeveel beter?

Voor deze test hebben we onze focus gericht op de QRM Guru klemmen (Q2) ontworpen voor 8mm draad.

Vergelijk de volgende screenshots en afbeeldingen van één en twee klapkernen:

Het is niet verwonderlijk dat een verdubbeling van de klemmen een extra 3 dB aan RF-absorptie oplevert.  Op 55 MHz sprong de piekabsorptie van -4,40 dB naar -7,54 dB.   Hieruit blijkt dat als één klem alleen niet voldoende is, er nog een klem bij moet voor betere prestaties.  Let wel, om nog eens 3 dB te bereiken, moet u weer verdubbelen van twee naar vier units.

Vervolgens onderzoeken we de effectiviteit van het meermaals doorlussen van een draad door een klem.  Dit kan alleen als er voldoende speling in de kabel zit, en als het gat in de kern groot genoeg is voor de extra windingen.

Dit is wat er gebeurt:

Dit is een heel interessant resultaat waaruit blijkt dat de enkele extra winding door de kern de absorptie verhoogt van -4,4 dB tot een enorme -12,41 dB.   Deze toename van 8 dB maakt één enkele klem even effectief als ongeveer zes van dergelijke klemmen op dezelfde draad.

Wil je enkele case studies zien over het gebruik van ferrieten?  Klik dan op onderstaande links

Waarom meer windingen ferrieten veel effectiever maakt

Dit effect is niet echt een mysterie als we uitsplitsen wat er gebeurt.  Als we ferriet aan een draad toevoegen, voegen we in feite serieweerstand aan die draad toe, maar dit weerstandseffect varieert met de frequentie.  Bij gelijkstroom hebben de ferrieten geen effect, maar wanneer een wisselspanning wordt toegepast, ontstaat een weerstand in de draad die door het ferriet wordt omgeven.  Hoe hoger de frequentie, hoe groter de verhoogde weerstand.  Deze weerstand hangt af van het type ferrietmateriaal, het volume ervan en de afstand van de draad.

Wanneer we de windingen door een kern vergroten, beginnen we ook een beroep te doen op de conventionele transformator theorie.  Zoals bij transformatorberekeningen is de impedantieverhouding altijd het kwadraat van de wikkelverhouding.  Dus een verhoging van het aantal windingen door de kern met x2 verhoogt de impedantie (en het dempingseffect) met x4.  Een toename van x4 komt overeen met een toename van 6dB.  In ons voorbeeld hierboven hadden we een grotere verandering van 8dB.  Dit kwam doordat de draad bij de eerste bocht, waar hij net door een klem ging, geen contact had met de uiteinden van de klem.  De eerste volledige lus door de kern levert dus meer voordeel op dan slechts één bocht.

Eerder merkten wij op dat klemmen met een dunne wand minder goed presteerden dan klemmen met een dikke wand.  Als de gereduceerde wanddikte echter meerdere slagen door de klem mogelijk maakt, wordt de aanvankelijk slechte reactie van een enkele draaddoorgang ruimschoots goedgemaakt.

De belangrijkste conclusie van deze observatie is dat u zoveel mogelijk wikkelingen door een ferrietklem moet voeren.  Dit is altijd goedkoper en compacter dan extra klemmen toevoegen aan dezelfde draad.  Als meer onderdrukking nodig is, voer dan beide handelingen uit.

Klapkernen in vergelijking met Ferriet ringkernen

De eerste testresultaten van ringkernen lieten slechte prestaties zien in vergelijking met klapkernen wanneer een enkele draad door een ring werd geleid.  Dit betekent niet dat ringkernen een slechte keuze zijn.  Ringkernen zijn een handige manier om bij een grote kabel meerdere windingen en een hoge blootstelling aan het ferrietmateriaal te bereiken.

In het onderstaande voorbeeld zien we de effecten van een enkele draad die één keer door een grote ringkern gaat en vervolgens in een ander experiment met vier volledige windingen.

Zeker, er is voldoende ruimte om nog meer wikkelingen toe te voegen, maar de snelle escalatie van HF-absorptie wordt zeer duidelijk vanaf slechts vier wikkelingen.

Bij VHF- en UHF-frequenties beginnen zich enkele onvoorspelbare dips en vervormingen voor te doen.  Dit komt vooral door de toegenomen strooicapaciteiten en resonantie-effecten van grote ringen in wisselwerking met de bedrading.

Ferrietringen worden een zeer praktische keuze wanneer de kabels dik zijn en veel onderdrukking nodig is.  Er is veel ferrietvolume in de grotere ringen, waardoor veel energie kan worden geabsorbeerd.

 

 

Samevatting