Sobre los efectos beneficiosos de las ferritas en los cables - II

Teniendo claro todo lo expuesto en la parte I procede hacerse la siguiente pregunta ¿Tiene efectos prácticos la colocación de ferritas en cables coaxiales de RF cuando precisamente estos actúan como blindaje frente a señales externas y evitan la radiación de las señales que transmiten?

Ferrita con dos vueltas de coaxial

Primeras pruebas con cables normales y coaxiales

Si unimos la salida y entrada de un nanoVNA con un coaxial obtenemos una curva casi plana con una pequeñas pérdidas de inserción que aumentan con la frecuencia, la longitud del cable y el tipo de cable (De -0,1 dB para 50 Hz a -0,2dB para 900 MHz).

Si unimos la salida y entrada de un nanoVNA con un simple cable obtenemos una recta con pendiente negativa, a mayor frecuencia mayores son las pérdidas, y estas son debidas a las perdidas de inserción pero sobre todo a las de radiación.
 (De -3 dB para 50 Hz a -13dB para 900 MHz). 


Si unimos la salida y entrada de un nanoVNA con un coaxial al que le hemos puesto un núcleo de ferrita obtenemos una curva casi plana con una pequeñas pérdidas de inserción que aumentan con la frecuencia similar a la que tenemos sin ferrita (De -0,1 dB para 50 Hz a -0,2dB para 900 MHz).


Obsérvese que introduciendo una vuelta en la ferrita la curva de respuesta apenas varía.

Resumen: los cables coaxiales evitan las perdidas de señal por radiación y la captación de interferencias. La inclusión de una ferrita en un coaxial no afecta a la señal que transporta por su vivo o conductor interno.

En teoría un cable coaxial no radia y es inmune a la radiofrecuencia pero en la práctica esto no es del todo cierto y los campos electromagnéticos (por ejemplo los generados por  descargas electrostáticas - ESD, los transitorios eléctricos rápidos  - EFT y las sobretensiones) que penetrar a través del la malla del coaxial  e inducen corrientes en el conductor interno o vivo y esto es debido a que:

• La conductividad de los cables que componen el blindaje o malla es finita  (normalmente cable de cobre trenzado de cobre o aluminio)
• Su pequeño espesor
• Las aberturas en las pantallas trenzadas (los cables coaxiales para TV por satélite es una cinta de aluminio).

Un núcleo de ferrita dispuesto sobre un cable coaxial no afecta a la señal que circula por el conducto central o vivo pero reduce el ruido de modo diferencial inducido por una corriente de blindaje trenzado.

Los núcleos de ferrita no solucionan otros tipos de ruidos más que los producidos por la penetración de pulsos de RF en el n-ucleo del mismo debido a descargas y regimenes transitorios.

Curvas de choques con 5, 10 y 15 ferritas (balum 1:1) . Effective Frequency Range (MHz): 3-300 PEP Power Rating (watts): same as coax cable rating Choking Impedance Range (ohms): 5 bead: 500-1000, 10 bead: 600-1800, 15 bead: 1000-2100 Common Mode Attenuation (db): 5 bead: 16-22db, 10 bead: 17-25db, 15 bead: 21-27 db Estimated Insertion Loss (db): .025 Palomars Engineers

En caso de ESD directa, el ruido del modo diferencial se puede reducir mediante un núcleo de ferrita. Pero en caso de aumento y EFT y sobretensiones el  ruido del modo diferencial se puede reducir mediante la colocación de  dos núcleos de ferrita en ambos extremos del cable. 

Pero ojo su colocación no es inicua pues  dependiendo de las ubicaciones de núcleos de ferrita unidos al cable blindado trenzado, los núcleos de ferrita pueden inducir amplificación de interferencias debido a acoplamiento hacia la línea interior. Cuando los núcleos de ferrita se eligen para resolver problemas de interferencia también es necesario considerar EMS (susceptibilidad electromagnética ) problemas debidos a la unión del núcleo de ferrita.

No hay que confundir los nucleos de ferrita o los choques tienen tienen el efecto señalado con los BALUM y transformadores de impedancia aunque estos se construyan sobre ferritas. En el primer caso permite convertir una señal no balanceada como la de la salida de un TX a través de un coaxial en balanceada para atacar un dipolo (En caso contrario solamente radiaria una de las patas y el diagrama de radiación seria semejante al de unna antena de hilo largo) y en el segundo caso transforma las impedancias con el fin de disminuir o eliminar als ondas estacionarias provocadas por las ondas reflejads en el cable de alimentación de señal.

Los choques de RF  (bobinas de cable coaxial al aire) tienen la misma función que los núcleos de RF sobre las mallas de los coaxiales, son mas sencillos de construir pues se pueden hacer con el mismo cable de alimentación pero requieren  mayores dimensiones. Por ejemplo  para cubrir las bandas de radioaficionados de 1,8MHz-30 MHz se usa una bobina de 15 a 25 cm de diámetro con entre 7 y 12 vueltas de cable coaxial RG213 lo que supone unos 6m de cable. 

En este punto quiero recordar que las perdidas de un cable coaxial no son despreciables y serán tanto mayores cuanto mas largo sea, mayor sea la frecuencia de trabajo y de peos calidad sea, por lo que los nucleos de ferrita presentan una ventaja adicioanl a los choques de cable coaxial. que son sus bajas pérdidas.

Obtención de las perdidas de un cable RG174A/U (6m) con el nanoVNA 

Cuadro de perdidas de cables  coaxiales RG316 /U, RG316 /C, RG316 /U, RG174 A/U y RG188 A/U proporcionada por el fabricante, que coincide con la medición aproximadamente 1 dB/m para 900 MHz

(Estoy esperando a disponer de un generador de chispas que me pedmitan mostrar los efectos de las ferritas sobre la malla)

Referencias

• Fujiwara, Ichikawa, & Kawada. (1997). Effect of ferrite core attachment to coaxial cable on differential mode noise caused by braided shield current. Proceedings of International Symposium on Electromagnetic Compatibility ELMAGC-97. doi:10.1109/elmagc.1997.617205
• Chang Bok Lee, Sung Ho Won, Joo Gwang Lee, In Ho Kang, & Nak Sam Chung. (n.d.). Pulsed interference immunity on coaxial shield cables due to ferrite core attachment. 1998 IEEE EMC Symposium. International Symposium on Electromagnetic Compatibility. Symposium Record (Cat. No.98CH36253). doi:10.1109/isemc.1998.750070
• Choque de RF EA7AHG
• How to find out if your common mode current choke really works
• Expanding Bandwidth with Ferrite Loaded Transmission-Line Devices Dr. Karén Kocharyan, Senior RF/MW Engineer
• Build an All Band HF Air Core 1:1 Choke Balun THE "UGLY BALUN"

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