του Ian Jackson VK3BUF. Το πρωτότυπο άρθρο δημοσιεύτηκε στο περιοδικό QTC Ιανουαρίου-Μαρτίου 2021 . Μετάφραση – προσαρμογή στα Ελληνικά: Κωνσταντίνος Σταμάτης SV1DPI.
Νωρίτερα, μες το 2020, δημοσιεύσαμε ένα άρθρο που απαντούσε σε μερικές από τις πιο κοινές ερωτήσεις για τα υλικά των φερριτών. Είδαμε το κόστος έναντι των ακριβών φερριτών και σχεδιάσαμε τα αποτελέσματα. Το άρθρο επίσης εξέτασε τρόπους ώστε να πάρουμε το μεγαλύτερο κέρδος από την αγορά ενός φερρίτη. Δείτε το παλιότερο άρθρο εδώ.
Το άρθρο αυτό συγκέντρωσε μεγάλο ενδιαφέρον. Βλέπουμε πλέον περισσότερους ραδιοερασιτέχνες να αγοράζουν και να χρησιμοποιούν φερρίτες έτσι ώστε να μειώσουν τα τοπικά επίπεδα θορύβου τους. Κάποιοι από τους αναγνώστες μας είχαν μερικές καλές απορίες που μας ώθησαν να κάνουμε κάποιες δοκιμές.
Η πρώτη απορία αφορούσε τον επηρεασμό από τη θερμοκρασία. Εάν ένα BalUn ή ένα φίλτρο φερρίτη ανέπτυσσε θερμοκρασία λόγω της ισχύος, πώς θα επηρεάζονταν ο φερρίτης μετά; Θα μπορούσε ο χειριστής να αφαιρέσει τα λιωμένα υπολείμματα, να τυλίξει ξανά το φερρίτη με νέο σύρμα ή έπαθε κάποια βλάβη και δεν αποδίδει πλέον το ίδιο;
Η δεύτερη απορία ήρθε από χειριστές που είχαν παραγγείλει τους μεγάλους στρογγυλούς φερρίτες, αλλά όταν ήρθαν με το ταχυδρομείο τους βρήκαν σπασμένους σε πολλά κομμάτια. Δε είναι δύσκολο να κολλήσουμε ξανά τα κομμάτια έτσι έτσι ώστε το δαχτυλίδι να φαίνεται ωραίο και όπως ήταν αρχικά, αλλά θα λειτουργούσε όπως και το πρωτότυπο;
Βέβαια ο αγοραστής θα μπορούσε να διαμαρτυρηθεί και να αγοράσει ξανά έναν αλλά ποιος εγγυάται ότι δε θα έφτανε σπασμένος για δεύτερη φορά! Πόσο καλά ένας επισκευασμένος φερρίτης θα συμπεριφερθεί κάτω από πραγματικές συνθήκες RF;
Η τρίτη απορία ήταν σχετικά με τον τρόπο εφαρμογής του καλωδίου στο φερρίτη. Μερικές φορές είναι δύσκολο να περάσουμε ένα καλώδιο με τον τρόπο που πρέπει. Μπορούμε απλά να περάσουμε μια λούπα καλωδίου μέσα από ένα στρογγυλό φερρίτη και να είναι εντάξει;
Όλες αυτές ήταν πρακτικές απορίες κι έτσι στο qrm.guru αποφασίσαμε να κάνουμε κάποια πειράματα και να δημοσιεύσουμε τα αποτελέσματα.
Το πρώτο βήμα ήταν να πάρουμε έναν καινούριο φερρίτη με υλικό που να γνωρίζουμε τη συμπεριφορά του. Έτσι διαλέξαμε ένα χοντρό φερρίτη με διάμετρο 35 χιλιοστά, και υλικό τύπου 43.
Ακολούθως, πήραμε έναν αναλυτή φάσματος ως συσκευή δοκιμής. Ο εξοπλισμός αυτός στην ουσία έχει ένα δέκτη που σκανάρει τα πρώτα 250 MHz του ραδιοφάσματος 10 φορές το δευτερόλεπτο σε συνάρτηση μ’ ένα σήμα, ώστε να μπορεί να δώσει μια σταθερή εικόνα. Η πηγή του σήματος συνδέεται με το δέκτη με μια κοντή ορειχάλκινη ράβδο και η οθόνη κανονικοποιείται πριν το πείραμα. Με αυτό τον τρόπο το λαμβανόμενο σήμα μετατρέπεται σε μια επίπεδη γραμμή, χωρίς να επηρεάζεται η μέτρηση από τυχόν άλλες απώλειες, όπως η αντίσταση της ράβδου ή τυχόν χωρητικότητες που εισέρχονται στο σύστημα, κ.λπ.
Το θέμα δηλαδή είναι όταν συνδέσουμε έναν άγνωστο φερρίτη, αυτός να προσθέσει μόνο τις απώλειες απορρόφησης του στο ίχνος του αναλυτή, για να έχουμε ένα σαφές προφίλ εξασθένησης. Έτσι το ίχνος στον αναλυτή είναι σαν δακτυλικό αποτύπωμα που δείχνει πόσο καλά αποδίδει ο συγκεκριμένος φερρίτης σε όλο το εύρος των 250MHz.
Η χαρακτηριστική καμπύλη που έδωσε ο καινούριος φερρίτης των 35 χιλιοστών, αποθηκεύτηκε σ’ ένα στικάκι, για να τη συγκρίνουμε μετά.
1η ερώτηση: υπερβολικό ζέσταμα φερρίτη. Χαλάει;
Γνωρίζοντας πλέον την κανονική συμπεριφορά του, ήρθε η ώρα να ζεστάνουμε υπερβολικά το φερρίτη. Ο απλούστερος τρόπος να το κάνουμε αυτό, ήταν να τον βάλουμε μέσα σ’ ένα φούρνο μικροκυμάτων! Ο φερρίτης απορροφάει την RF και διαχέει την ενέργεια αυτή ως θερμότητα. Ως εκ τούτου θα χρειαστεί μόλις λίγος χρόνος για τον παλιό φούρνο των 500W, να ανεβάσει τη θερμοκρασία του φερρίτη.
Χρησιμοποιήσαμε μια φορητή κάμερα υπερύθρων για να δείξουμε τι συμβαίνει στο φερρίτη με το χρόνο θέρμανσης.
Αφού τον “μαγειρέψαμε” για μερικά λεπτά, έφτασε στους 170 βαθμούς Κελσίου. Από τη στιγμή που οι προδιαγραφές της ηλεκτρικής μόνωσης συνήθως φτάνουν τους 105 βαθμούς Κελσίου, , οι 170 βαθμοί είναι υπεραρκετοί για να προσομοιώσουμε την ακραία χρήση ενός BalUn.
Με το που βγήκε από το φούρνο, ο φερρίτης κρύωσε πολύ γρήγορα. Όταν έφτασε ξανά στη θερμοκρασία δωματίου, ήρθε η ώρα να τον δοκιμάσουμε ξανά, ώστε να δούμε πόσο και αν επηρεάστηκε.
Από το αποτέλεσμα φαίνεται ότι παρά το γεγονός ότι ο φερρίτης ζεστάθηκε σε μεγάλη θερμοκρασία, δεν επηρεάστηκε καθόλου, αφού η καμπύλη του δεν άλλαξε.
2η ερώτηση: χαλάει ο φερρίτης αν τον σπάσουμε και τον κολλήσουμε;
Για να απαντήσουμε στη δεύτερη ερώτηση του κατά πόσο ένας κατεστραμμένος φερρίτης μπορεί να επισκευασθεί ή όχι, απαιτείται δράση! Έτσι σπάσαμε τον φερρίτη σε πολλά κομμάτια. Αυτό θα μπορούσε να συμβεί σε οποιοδήποτε κακά συσκευασμένο φερρίτη που ταλαιπωρήθηκε στη μεταφορά. Παρόμοια ζημιά θα μπορούσε να συμβεί λόγω πτώσης, για παράδειγμα, του BalUn από τον πύργο. Οι φερρίτες είναι σχετικά εύθραυστοι και πολλοί ραδιοερασιτέχνες θα έχουν τύχει ανάλογης εμπειρίας.
Έτσι τοποθετήσαμε τον φερρίτη σε μια σακούλα με φερμουάρ για να μη χαθούν τα κομμάτια, και τον αφήσαμε να πέσει στο δάπεδο από ύψος 1,2 μέτρων.
Προσγειώθηκε έχοντας μια απαίσια ρωγμή και διαλύθηκε μόλις τον αγγίξαμε. Υποψήφιος για τον κάδο απορριμάτων; Το πρόβλημα είναι πραγματικό. Σκεφτείτε ότι σε κάποιες περιπτώσεις, θα μπορούσε να είναι μια παραγγελία αξίας 60 ευρώ που έφτασε στην πόρτα μας σ’ αυτή την κατάσταση.
Τα σπασίματα στο φερρίτη μας ήταν καθαρά και με μια καλή κόλα τον επισκευάσαμε. Θα εξακολουθούσε όμως να κάνει τη δουλειά του ή θα έχανε τις ικανότητές του για πάντα;
Με το φερρίτη συναρμολογημένο ξανά, ήρθε η ώρα να τον βάλουμε ξανά στον αναλυτή. Σίγουρα κάποια απορρόφηση θα εξακολουθούσε να κάνει αλλά πόσο μακριά θα ήταν από τις αρχικές προδιαγραφές του;
Σε οποιοδήποτε τσοκ φερρίτη θα μπορούσαμε να βρούμε το εύρος φάσματος που θα δούλευε και να μετρήσουμε τη συχνότητα που αποδίδει τη μέγιστη εξασθένηση. Στον υπό δοκιμή φερρίτη μας, κοιτάμε μόνο τα αποτελέσματα ενός μόνο αγωγού διαμέσου του φερρίτη και όχι πολλαπλών τυλιγμάτων. Αυτό είναι σκόπιμο ώστε να αφαιρέσουμε τον τυχόν επηρεασμό των περιελίξεων του χαλκού. Αυτό σημαίνει ότι η απορρόφηση δεν είναι μεγάλη. Η αρχική μέτρηση έδειξε να κορυφώνεται στα -2,5dB περίπου στα 50,4MHz.
Μετά το πρώτο πείραμά μας η εξασθένιση δεν άλλαξε μετά τη δοκιμή της υπερβολικής θέρμανσης. Είναι ασφαλές να πούμε ότι τα υλικά των φερριτών μπορούν να αντέξουν σε πολύ μεγαλύτερη θερμική καταπόνηση απ’ ότι τα καλώδια που είναι τυλιγμένα γύρω τους.
Ώστε λοιπόν μπορούμε να απαντήσουμε θετικά στην πρώτη ερώτηση και να ανακυκλώσουμε το τηγανισμένο BalUn με φρέσκο σύρμα και να το θέσουμε ξανά σε λειτουργία. Αυτό είναι καλό να το γνωρίζουμε.
Όσον αφορά το φερρίτη που έσπασε και επισκευάσαμε έδειξε μια πολύ μικρή διαφορά, μόλις 0,12dB μείωση της εξασθένησης και μια πολύ ελαφριά μετατόπιση της συχνότητας της τάξης των 2MHz που αυτή η εξασθένηση συμβαίνει. Αυτές οι μετρημένες διαφορές είναι τόσο μικρές για να είναι αξιοσημείωτες.
3η ερώτηση: είναι το ίδιο αντί να τυλίξουμε, να περάσουμε μια λούπα καλωδίου διαμέσου του φερρίτη;
Η τρίτη ερώτηση είναι επίσης σημαντική. Δεν θα ήταν υπέροχο εάν ένας βρόχος καλωδίου θα μπορούσε να περάσει διαμέσου του φερρίτη, χωρίς να χρειάζεται να έρθει ένας ηλεκτρολόγος για να συνδέσει – αποσυνδέσει το καλώδιο;
Η διέλευση των καλωδίων μέσω ενός συμπαγούς δακτυλίου δεν είναι δυνατή εάν τα δύο άκρα μιας εγκατάστασης είναι τερματισμένα με κονέκτορες, φις, κλπ. Εάν αυτή η μέθοδος λειτουργούσε, θα ήταν ιδιαίτερα ελκυστικό να την εφαρμόσουμε σε καλώδια συσκευών και θορυβώδεις ηλιακούς συλλέκτες!
Η σύντομη απάντηση είναι ΟΧΙ. Μην το κάνετε. Οι φερρίτες απορροφούν πολύ λίγη RF όταν το καλώδιο τοποθετηθεί με αυτό τον τρόπο. Είναι εύκολο να βγάλουμε το συμπέρασμα για το πόσο αναποτελεσματική είναι η χρήση φερριτών αν τους χρησιμοποιήσουμε με αυτόν τον τρόπο. Για άλλη μια φορά πραγματοποιήσαμε το πείραμα, χρησιμοποιώντας και πάλι τον αναλυτή φάσματος. Οι τρεις εικόνες λένε όλη την ιστορία. Στην αριστερή εικόνα τοποθετήσαμε ένα μικρό τμήμα του καλωδίου του ρεύματος και κανονικοποιήσαμε τον αναλυτή ώστε να έχουμε μια ευθεία γραμμή από το 1 ως τα 150 MHz.
Στην κεντρική εικόνα περάσαμε τη λούπα του σύρματος μέσα από μερικούς φερρίτες. Ουσιαστικά χωρίς αποτέλεσμα! Η κυκλωμένη γραμμή εξασθένησης στην οθόνη του αναλυτή εξακολουθεί να είναι αρκετά επίπεδη. Μ’ αυτόν τον τρόπο η απορρόφηση ενέργειας για το κάθε υλικό φερρίτη, ουσιαστικά ακυρώνεται.
Η τρίτη εικόνα δείχνει τους φερρίτες να έχουν μπει σωστά, με το καλώδιο να περνά διαμέσου του καθενός φερρίτη. Μπορούμε να παρατηρήσουμε μια καθαρή καμπύλη εξασθένησης -4dB. Εάν το καλώδιο είχε περάσει διαμέσου των φερριτών, δυο ή περισσότερες φορές, αυτή η καμπύλη θα μπορούσε να είναι ακόμη βαθύτερη , αλλά ακόμη και αυτό το απλό πέρασμα έδειξε ένα βύθισμα με την απορρόφηση να είναι κεντραρισμένη στα 25 MHz.
Μεταξύ άλλων με την απλή αυτή μελέτη μπορούμε να καταλάβουμε τη χρησιμότητα των διαιρούμενων φερριτών. Τους διαιρούμενους φερρίτες μπορούμε να τους τοποθετήσουμε χωρίς να βγάλουμε τους κονέκτορες των καλωδίων. Η εύκολη εφαρμογή τους υπερβαίνει το κόστος της χρήσης πολλών διαιρούμενων φερριτών σε κάθε σημείο για πλήρη εξάλειψη του θορύβου.
Συνοπτικά, οι φερρίτες παίζουν σημαντικό ρόλο στην καταστολή του θορύβου και μπορεί να είναι πολύ ανθεκτικοί, αλλά πρέπει να εφαρμοστούν με τον σωστό τρόπο για να μη πάει στράφι η προσπάθειά μας. Εάν θέλετε να παρακολουθήσετε σε βίντεο πειράματα για φερρίτες και τη δουλειά που κάνουν, ακολουθήστε τον παρακάτω σύνδεσμο στον ιστότοπο του QRM guru.
