Ferriti anti-interferenze RF / Balun d'antenna

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Descrizione in breve:
Sopprimono interferenze RF e permettono la realizzazione di Balun d'antenna. Sono disponibili in più varianti. Adatte per ricevitori e ricetrasmettitori.

Prezzo:
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Prezzi ed Acquisti

Articolo Prezzo Acquisto
Confezione F285
10pz per 1.8-100 MHz
20.90 Euro
compresa IVA
Confezione F729
5pz per 0.05-100 MHz
26.90 Euro
compresa IVA
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Descrizione

Queste ferriti sono dei nuclei cilindrici di materiale ceramico dalle speciali caratteristiche magnetiche. Poste in serie ad un cavo elettrico esibiscono una alta impedenza che agisce come filtro di blocco RF su uno spettro di frequenze assai ampio. Le ferriti qui proposte, disponibili in più varianti, sono state sviluppate per avere il massimo rendimento sulle frequenze medio-basse ovvero su bande VLF, MF, HF e nella parte inferiore delle VHF. Ideali per risolvere i problemi di interferenze e disturbi che si propagano tramite cavi di alimentazione, coassiali di antenna, linee audio/dati che affliggono i ricevitori e ricetrasmettitori che operano tra le onde lunghe e 60+ MHz. Si distinguono dunque dalle comuni ferriti presenti in campo informatico e consumer che invece avendo un picco di efficienza su frequenze ben più elevate risultano virtualmente inutili in questo ambito.

Caratteristiche

In tabella i dati dei componenti posti fianco a fianco per una immediata comparazione.

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Tipo F285
Tipo F729
Confezione
10 pezzi
5 pezzi
Banda di impiego
1.8 - 100 MHz
0.05 - 100 MHz
Materiale ceramico
Nickel-zinco
Manganese-zinco
PN/Mftrs
. . .
WE7427729
Impedenza @ 300 KHz [1]
. . .
140 Ω
Impedenza @ 1 MHz [1]
. . .
410 Ω
Impedenza @ 5 MHz [1]
300 Ω
315 Ω
Impedenza @ 25 MHz [1]
650 Ω
170 Ω
Impedenza @ 60 MHz [1]
710 Ω
140 Ω
Misure
Diametro esterno 17,5 mm
Diametro interno 9,5 mm
Diametro esterno 17,5 mm
Diametro interno 9,5 mm
Compatibilità con cavi
< 9,5 mm
< 9,5 mm
Conforme alle norme RoHS
Si
Si

[1] Per avvolgimento del cavo con doppio passaggio sul nucleo

Importante

Le ferriti hanno caratteristiche molto diverse le une dalle altre a seconda dei criteri di fabbricazione. Questo è un aspetto primario, non sono pertanto tra loro intercambiabili anche quando hanno dimensioni ed aspetto simile. Quello che ha importanza è il comportamento elettrico ovvero l'andamento dell'impedenza in funzione della frequenza. Tanto maggiore è la cifra, espressa in ohm (Ω), ed in proporzione più elevata sarà l'attenuazione dei segnali RF. Le curve di figura riportano questi dati per il tipo F285 e F729 sia in relazione al singolo attraversamento del cavo nella ferrite che un doppio transito con il vantaggio di aumentare in modo significativo l'impedenza e quindi il suo effetto.

Fate utilmente riferimento al grafico in quanto fornisce elementi essenziali per caratterizzare i componenti e confrontarne le specifiche con altri modelli. Nel caso l'uso venga abbinato a cavi di alimentazione, tipicamente veicolo di una nutrita classe di segnali fonte di disturbi RF, poter effettuare non solo due ma anche tre volte l'attraversamento del nucleo che costituisce la ferrite porta l'impedenza a valori notevolmente elevati. Si osservi, per confronto, i scarsi risultati che contraddistinguono le ferriti generiche che si vedono impiegate nei cavi degli alimentatori per PC, stampanti, monitor, eccetera, ovviamente realizzate per coprire le frequenze sui centinaia di MHz (UHF).

Note applicative base

Qualsiasi apparato radio che si trovi ad operare sulle bande VHF ed inferiori è soggetto ad una moltitudine di interferenze che ne degradano le prestazioni. Ciò limita a volte anche in modo notevole le doti di sensibilità e la capacità di elaborare i segnali captati. chiaramente la presenza di interferenze non è un fenomeno che coinvolge solo queste bande, tuttavia qui i problemi che ne derivano assumono un maggiore impatto per la presenza concomitante di due fattori. Da una parte la relativa alta intensità dei segnali spurii generati dalle molte apparecchiature elettroniche oramai diffuse in ogni ambiente, incluso lo spazio domestico, che ricadono per la maggior parte su questo range di frequenze. Dall'altra la difficoltà di attenuare efficacemente i segnali indesiderati che interagiscono con le apparecchiature nel caso, abituale, l'accoppiamento sia di modo comune. Per entrambi questi fattori le ferriti cilindriche si dimostrano la scelta migliore. La figura mostra l'impiego base di una ferrite disposta su un conduttore con a seguire il modello elettrico ad essa equivalente.

L'immagine ha lo scopo di evidenziare che una ferrite, venendo un cavo elettrico inserito nel suo foro centrale, si comporta alla pari di un induttore che nella continua ha impedenza nulla mentre questa sale progressivamente con la frequenza del segnale. L'effetto è dunque neutro se il cavo è di alimentazione oppure veicola un segnale audio, dunque di bassa frequenza, mentre diviene rilevante in campo RF. Utile a questo punto è prendere in considerazione una diversa situazione, con un cavo che ha al suo interno non uno ma due, od anche più, conduttori. La figura mostra questa disposizione con il modello elettrico equivalente.

Si noti il dettaglio rappresentato dal pallino che appare sul lato del simbolo che mostra l'induttore. Per entrambe le linee questo è sul medesimo lato, essendo inoltre il nucleo singolo dal punto di vista magnetico ciò sta ad indicare che il componente si dimostra equivalente ad un trasformatore. Essendo gli avvolgimenti o per meglio dire in questo caso il passaggio dei conduttori in fase tra loro il comportamento di questo schema è tale che un segnale differenziale ovvero di opposta polarità, come le linee [+][-] di alimentazione oppure centrale e massa di un cavo coassiale audio o di antenna, non subisce alcun effetto. Al contrario un segnale di modo comune, dunque che viene ad interessare entrambe le linee con uguale polarità, vede nel suo percorso l'alta impedenza creata dalla ferrite.

Come quantificare l'effetto di blocco RF?

Come si è citato le ferriti non sono tra loro intercambiabili anche quando hanno dimensioni ed aspetto simile. Quello che importa è l'impedenza espressa in ohm. Le ferriti proposte nei kit hanno una impedenza molto elevata se confrontata con le clips usate nell'ambito consumer. Poniamo all'attenzione un altro aspetto. In prima approssimazione ponendo in serie più ferriti sul medesimo cavo l'impedenza aumenta in proporzione diretta con il numero dei nuclei che vengono usati. Ciò significa ad esempio che ad 10 MHz, ovvero nelle HF, occorrono 7 clips generiche in serie per raggiungere le prestazioni di una unica ferrite tipo F285. Addirittura su frequenze inferiori, diciamo 1 MHz ovvero nelle onde medie, occorrono oltre 50 clips generiche in serie per raggiungere le prestazioni di un unico componente tipo F729!

Uso delle ferriti

I disturbi in alta frequenza possono giungere ad un apparato, creando deleterie interferenze, secondo modalità diverse. In particolare si distinguono due casi che vedono da una parte la fonte del disturbo direttamente connessa all'apparato, che pertanto risente dei segnali RF indesiderati dalla linea di collegamento elettrico che funge da tramite, e dall'altra una i più fonti di disturbo vicine ma fisicamente separate dall'apparato che in tal occasione risente dei segnali RF indesiderati captandoli dai collegamenti esterni al pari di antenne immerse nell'ambiente elettromagnetico circostante.

Le soluzioni tecniche per i due scenari poc'anzi delineati sono almeno in parte diverse. Non sempre l'utente ha comunque informazioni per riuscire a discriminare la fonte ed il propagarsi dei segnali RF, consigliamo in tali circostanze di sperimentare le varianti alle opzioni qui proposte per verificare quale raggiunge i migliori risultati.

1. Filtro di blocco nell'alimentazione di rete

Gli apparati connessi all'alimentazione di rete, dunque alla tensione di 220 Volt AC, inevitabilmente sono interessati alle molte componenti di natura variabile che si sovrappongono alla linea di distribuzione a 50 Hz della potenza elettrica. Ogni sistema infatti che si trova in derivazione sulla medesima rete, come elettrodomestici e luci per citare due esempi, in base al proprio funzionamento interno od ai transitori di accensione e spegnimento genera segnali di disturbo che si propagano lungo la linea. La maggior parte dell'energia di tali segnali si concentra su frequenze relativamente basse ma una frazione significativa ricade nell'ambito RF. L'uso delle ferriti come filtro di blocco in tale applicazione è assai semplice, la figura mostra possibili soluzioni pratiche in unione a cavi bipolari.

Solitamente già una sola ferrite di tipo F285 o F729 si dimostra sufficiente per attenuare le interferenze legate alla rete elettrica di alimentazione. Idealmente è preferibile realizzare un doppio passaggio del cavo entro il componente, qualora motivi di ingombro o scarsa flessibilità del cavo non rendano attuabile questa disposizione un solo passaggio è molte volte da ritenersi adeguato. Solo qualora i disturbi siano di grande ampiezza suggeriamo di inserire in serie due o più ferriti.

2. Filtro di blocco nell'alimentazione continua

Gli apparati connessi ad un alimentatore esterno che fornisce tensione continua DC hanno il vantaggio di essere relativamente isolati dalla rete elettrica a 220 Volt venendo influenzati solo marginalmente dai disturbi che essa veicola. Purtroppo è divenuto predominante nei circuiti elettronici che compongono gli alimentatori di ultima generazione l'adozione di tecniche switching che se da una parte offrono un buon rendimento energetico dall'altra generano disturbi RF piuttosto intensi. A complicare la situazione vi sono anche le molte variabili che entrano in gioco, infatti per alcune frequenze i filtri inseriti entro gli alimentatori si dimostrano efficienti mentre non lo sono per altre frequenze. Anche le componenti di disturbo possono presentarsi in più forme come residui di tensione tra i terminali [+][-] od anche come segnali di modo comune. L'uso delle ferriti come filtro di blocco in tale applicazione è quindi articolato, la figura mostra la soluzione base.

In questa applicazione è difficile definire a priori il numero di ferriti ottimali. Si consiglia pertanto di effettuare delle prove comparative inserendo prima una, poi due, ed eventualmente tre ferriti verificando nel contempo il rendimento. Qualora l'adattamento ideale si abbia con due o più componenti è preferibile, come norma generale, impiegare una od al massimo due ferriti realizzando un doppio passaggio del cavo entro queste, la figura mostra la soluzione definitiva.

Dato che il collegamento tra alimentatore ed apparato veicola potenzialmente sia disturbi differenziali che di modo comune, con intensità relativa molto variabile in funzione della frequenza, vi può essere la necessità di intervenire con uno schema alternativo, la figura mostra la soluzione.

Come si osserva ogni conduttore, ovvero il terminale [+] e quello [-], è avvolto in una singola ferrite. In termini di prestazioni generali tale opzione si caratterizza a parità del numero di componenti per delle prestazioni ridotte. L'attenuazione delle interferenze RF è pertanto minore in valore assoluto, tale svantaggio viene però compensato dal fatto che l'effetto di filtro copre sia i segnali indesiderati di natura differenziale che di modo comune.

3. Filtro di blocco nelle linee audio / video / dati

Le connessioni tra apparati per lo scambio di segnali audio, video oppure dati si accompagnano spesso ad una serie di problematiche che a volte si manifestano con dei disturbi RF. Tali interferenze possono derivare per irradiazione dei cavi, come la USB per citare un esempio, od anche per induzione da fonti esterne soprattutto quando i collegamenti hanno lunghezza significativa. A livello di effetto pratico molto dipende anche dalla relativa disposizione dei cavi e dalla singola applicazione. L'uso delle ferriti come filtro di blocco in queste applicazioni è semplice ma sollecita dei test pratici per accertarsi di aver attuato la migliore soluzione.

Solitamente una o due ferriti tipo F285 o F729 si dimostrano sufficienti per attenuare le interferenze legate alle linee di comunicazioni tra apparati. Nel caso di linee video oppure digitali, se realizzate su cavo coassiale, è preferibile di norma usare lo schema base con un singolo passaggio entro il cilindro che compone la ferrite. Questo perchè i piegamenti con stretto raggio di curvatura se attuati su materiali di bassa qualità ne alterano le proprietà di schermatura. Per le linee audio o su conduttori non schermati è invece consigliabile realizzare un doppio passaggio del cavo entro la ferrite come da figura.

4. Filtro di blocco nelle linee di antenna

Ricevitori e ricetrasmettitori dispongono di una porta di ingresso in alta frequenza molto sensibile e quindi potenzialmente in grado di percepire dei disturbi anche di minima intensità. Se da un lato è certo vero che la connessione fa uso di un cavo schermato che si dimostra efficace nelle sue caratteristiche non va dimenticato che i campi RF interferenti presenti nell'ambiente possono indurre lungo i conduttori d'antenna segnali di modo comune che non adeguatamente soppressi, per ragioni tecniche, divengono componenti differenziali ai capi del punto di ingresso nell'apparato andando a degradare il rapporto segnale/rumore. Tale eventualità è oramai diffusa stante il fatto che una linea di antenna lunga solo alcuni metri ha una elevata probabilità di essere dislocata nelle vicinanze di fonti RF indesiderate quali elettrodomestici, computer, appliance domestiche e simili. L'uso come filtro di blocco in tale applicazione richiede di posizionare le ferriti nell'immediata prossimità dell'apparato.

Sotto l'aspetto pratico vi è la necessità di inserire le ferriti su cavi che forse hanno già intestati dei connettori. Non sempre questo è un problema, anzi potendo agire su un terminale libero anche solo provvisoriamente è possibile eseguire delle concrete prove per determinare il numero di ferriti che offrono il migliore risultato e di seguito provvedere all'installazione definitiva del connettore. In alcune applicazioni è invece opportuno agire altrimenti. La soluzione più comoda sotto tale aspetto è la realizzazione su uno spezzone di coassiale del filtro di blocco che così prende la forma di un tratto di prolunga, con connettori, da inserire tra apparato e preesistente linea di antenna. La figura mostra la nuova soluzione.

Come guida generale occorrono più ferriti per attenuare le interferenze legate alle linee di antenna. Qui si deve notare che i tipi F285 / F729 coprono efficacemente frequenze diverse - dipende dunque su quali bande si concentra il vostro interesse scegliere il prodotto adatto. Si noti che i coassiali impiegati per queste applicazioni, RG8, RG8mini, RG58, e simili, sono compatibili con le dimensioni del foro centrale delle ferriti rendendone immediata l'applicazione.

5. BALUN per linee di antenna

L'antenna adeguatamente terminata opera trasferendo da e per la linea di discesa esclusivamente le componenti di segnale desiderate. Ciò non è sempre vero naturalmente. Esempio classico è il dipolo che presenta al punto di alimentazione una terminazione bilanciata mentre il cavo che ad essa viene collegato essendo coassiale, un centrale ed un esterno diversi sotto il profilo elettrico, è di tipo sbilanciato. Per interfacciare adeguatamente queste modalità distinte si utilizza un BALUN ovvero un trasformatore da carico bilanciato e sbilanciato. Il dispositivo è utile per l'efficienza del sistema ma ha dei risvolti pure sotto il profilo delle interferenze. In mancanza di un Balun infatti le componenti di modo comune captate dal cavo, i disturbi indotti cioè, giunti in antenna mutano in parte modalità propagandosi verso l'apparato e non più discernibili dai segnali desiderati. Le ferriti possono realizzare un Balun a larga banda equivalente a tutti gli effetti ad un trasformatore RF con rapporto di impedenza 1:1 tra ingresso ed uscita. La figura mostra la sua ideale collocazione nel punto di alimentazione dell'antenna.

Le ferriti in questa applicazione inserite nella linea di trasmissione formano una bobina di arresto con ingresso isolato dall'uscita, ovvero un trasformatore che elimina le correnti parassite.

Affinchè il dispositivo operi correttamente l'impedenza dovuta alle ferriti deve essere molto maggiore di quella che contraddistingue la linea di trasmissione. Essendo quest'ultima i 50 ohm standard se ne ricava che usando tutte le 10 ferriti tipo F285 presenti nella confezione si ottiene un Balun per le bande radioamatoriali tra 3.6 e 70 MHz con prestazioni ridotte, ma comunque adeguate, anche sulla banda dei 1.8 MHz (160 metri).


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