De waarheid over ferrietkernen
 
 
Er is al veel gezegd over het belang van het aanbrengen van ferrietklemmen, -ringen en -kralen op radio's en andere huishoudelijke producten
om QRM tegen te gaan. Deze tests en experimenten werden uitgevoerd door Ian Jackson VK3BUF in het QRM Guru testlab.
 
Artikelen over de juiste plaatsing van ferriet-ruisonderdrukkers zijn er in overvloed, maar er is weinig geschreven over de verschillende opties en
waar deze te koop zijn. In Australië is er slechts een beperkt aantal leveranciers dat ferriet op voorraad heeft. De grootte, vorm en prijs van ferriet variëren aanzienlijk. De beschikbare informatie is vaak minimaal of zelfs afwezig. Artikelnummers van ferrietfilters die in internationale catalogi staan ​​vermeld, zijn over het algemeen niet verkrijgbaar en de aanschaf ervan kan lange levertijden en hoge verzendkosten met zich meebrengen.
 
Vaak weten we niet precies wat we krijgen en hoe effectief ze zullen zijn wanneer ze eindelijk aankomen. Vanuit dit perspectief lijkt het kopen en gebruiken van ferrietfilters meer op zwarte magie dan op de toepassing van radiotechniek.
 
- Hoe weet ik of de ferrieten die ik heb gekocht goed, slecht of totaal nutteloos zijn?
- Krijg ik waar voor mijn geld? Zijn dure ferrieten veel beter dan goedkope?
- Hoe weet ik of één ferriet voldoende is? Zijn 2 of 3 samen echt de moeite waard?
- Wat zijn de voordelen van klemmen ten opzichte van kralen en ringen?
- Zijn grote en zware ferrieten beter dan lichte en kleine?
- Tot hoever in het radiospectrum werken deze dingen voor mij?
 

Ferrietkralen 
 

Een selectie van ferrietkrnen van verschillende fabrikanten 
 
Ferrieten zijn een soort keramiek gemaakt van ijzer en andere oxiden en worden in verschillende vormen gegoten. De combinatie van materialen wordt een 'mengsel' genoemd.  De eigenschappen van deze mengsels bepalen waar en hoe ze gebruikt moeten worden. Wanneer een draad door
of in de buurt van ferrietmaterialen loopt, voegt dit effectief weerstand toe aan die draad bij radiofrequenties, maar dit weerstandseffect varieert
met de frequentie die op de draad wordt toegepast. 
 
Elke ferrietkern heeft zijn eigen karakteristieke impedantiecurve, waardoor deze ongewenste RF-stromen kan absorberen voordat ze uw
ontvanger of apparaat bereiken. Helaas kunt u niet aan de hand van de curve alleen zien hoe die werkt. Voor dit experiment kochten we
ferrietkernen bij de Australische retailers Jaycar en Altronics. We vergeleken deze met exemplaren van vergelijkbare grootte uit de QRM Guru ferrietkits en vervolgens met een aantal goedkope, merkloze ferrietkernen die we via eBay hadden gekocht.
 
De testmethodologie is belangrijk. We gebruikten een spectrumanalysator met een volggenerator. De spectrumanalysator toont de versterking
of verzwakking van radiofrequenties tussen twee willekeurige punten in het radiospectrum. Ons apparaat kan het radiospectrum scannen
van 10 kHz tot 1,5 GHz, maar in deze test hebben we de ferrietcomponenten geprofileerd tussen 100 kHz en 450 MHz. 
 
De volggenerator genereert een klein signaal dat regelmatig en zeer gecontroleerd varieert tussen twee frequenties die we monitoren. Vervolgens kunnen we de volggenerator koppelen aan de spectrumanalysator via een klein messing staafje, dat als testdraad dient. Eerst 'normaliseren' we het signaal om eventuele parasitaire capaciteit en inductantie rond het testgebied te compenseren. Een vlakke gele lijn vertegenwoordigt nul dB. Deze lijn wordt ons referentiepunt voordat filtering wordt toegepast. Wanneer een onbekende ferrietcomponent aan de testgeleider wordt toegevoegd, meten we een duidelijke grafiek die de unieke eigenschappen van die component weergeeft. 
 

Onze testopstelling is klaar om de effecten van onbekend ferrietmateriaal te analyseren. 
 
Met deze opstelling hebben we een grafische weergave van elk monster onderzocht en vervolgens vijf unieke waarden vastgelegd die de
effectiviteit ervan aangeven. We hebben gekeken naar: 
 
(A) De laagste frequentie waarbij het item onder het -3dB-punt (halfsignaal) zakt. 
(B) De hoogste frequentie waarbij de curve het -3dB-punt kruist. 
(C) De frequentie (MHz) waarbij de grootste demping optreedt. 
(D) De maximale mate van demping (piek -dB). 
(E) Het gewicht van elk ferrietitem (in gram) 
 
 
 
Niet alle eigenschappen worden hier getest. 
Het is belangrijk op te merken dat dit artikel zich uitsluitend richt op het gebruik van ferrieten voor ruisonderdrukking. In deze toepassing is de geabsorbeerde energie niet groot. Wanneer ferrieten worden gebruikt in omgevingen met hoge stroomsterkte, zoals in een zenderbalun, is er een drempelwaarde voor het RF-vermogen waarbij ze niet langer effectief energie kunnen absorberen en hun eigenschappen beginnen te vervormen. 
De effecten van oververhitting en verzadiging bij toepassingen met hoge stroomsterkte maken geen deel uit van dit onderzoek
 
Studieresultaten 
 
De onderstaande tabel bevat de ruwe resultaten van onze beoordeling, gegroepeerd op leverancier en vervolgens op grootte. De cijfers zijn in
deze vorm misschien moeilijk te interpreteren, maar we kunnen wel een aantal zeer belangrijke conclusies trekken uit deze testgegevens. 
 
 
 
Merk versus prijs 
De eerste belangrijke constatering is dat ze allemaal werkten. Ongeacht de herkomst, geen van de geteste exemplaren was nep of defect.
Ze waren allemaal in staat om radiofrequenties in meer of mindere mate te onderdrukken. Dit is geruststellend, aangezien je de authenticiteit
nooit kunt bewijzen door alleen naar een ferrietkern te kijken. Uit deze voorbeelden kunnen we concluderen dat, ongeacht de herkomst,
al deze klemferrietkernen in ieder geval een zekere mate van effectiviteit zullen bieden in de shack. 
 
Ferrietmengsel samenstelling
De volgende constatering (met uitzondering van de Altronics Iron Core-ring) is dat al deze materialen zijn samengesteld uit een vergelijkbaar
mengsel van ferrietmateriaal. De absorptiecurven kwamen redelijk overeen met Mix 43. Dit geeft aan dat ze geschikt zijn voor HF- en lage VHF-frequenties. (De Altronics-ring L4534A werd samen met de andere ferrieten aangeschaft, maar kwalificeert niet als een ferrietapparaat. Het is een object van ijzerpoeder met andere eigenschappen. We hebben het ter vergelijking in de test opgenomen en zullen later een aparte toelichting geven op deze apparaten.) 
 
Correlatie tussen grootte en gewicht van ferrietklemmen 
Klembare ferrietkrrnrn zijn verkrijgbaar in verschillende fysieke afmetingen en vormen. Het ligt voor de hand te denken dat grotere ferrieten beter werken dan kleinere, maar is dat ook daadwerkelijk het geval? We hebben onze monsters gesorteerd op gewicht en deze grafiek gemaakt om te zien hoe nauw de mate van absorptie van RF-energie samenhangt met het fysieke gewicht van elk monster. 
 
 
 
 
Het antwoord lijkt "gedeeltelijk ja" te zijn. Over het algemeen presteren zwaardere ferrietklemmen beter dan lichtere varianten, maar er waren een paar uitzonderingen
die het erg goed deden 
 
De Altronics massieve ringklem L4534A (A3) presteerde beter dan klemmen van vergelijkbaar gewicht, net als de Jaycar LF1294 (J2). Beide zijn rood omcirkeld in de bovenstaande grafiek. 
 
Er is een verband tussen de effectiviteit van ferriet en de wanddikte. Beide omcirkelde voorbeelden hadden een relatief kleine interne draadopening, wat resulteerde in een dikkere klemwand. Dit komt neer op een hogere dichtheid van ferrietmateriaal rond de enkele geleider, wat betere prestaties oplevert. 
 
Daarentegen was voorbeeld E1 van eBay een fysiek grote klem, maar deze was geschikt voor een dikke kabel van 12 mm. Deze dunnere wanddikte verminderde de effectiviteit, zoals te zien is aan het met geel omcirkelde datapunt in de bovenstaande grafiek. 
 
Dit effect is minder erg dan het in eerste instantie lijkt, dus koop niet per se alleen dikwandige klemmen. Bekijk de volgende paragrafen in dit artikel voor de meest
effectieve manieren om ferrietklemmen te gebruiken. 
 
De laatste opmerking over de grootte van de klemmen was dat de zeer kleine ferrietklemmen onvoldoende massa hebben voor goede prestaties.
De kleinste klem van eBay (E5) haalde zelfs geen -3 dB. Tenzij je er een heleboel gratis van een vriend krijgt, is het sterk aan te raden om direct
voor middelgrote en grote klemmen te kiezen, anders kunnen de resultaten tegenvallen. 
 
Ebay E1 Ferrietklem 
 
Klen en vaste kernen hebben dezelfde prestaties 
 
Zijn massieve ferrietringen beter dan gespleten ringen? 
Dit bleek een makkelijke vraag om te beantwoorden. Twee ringen met een vergelijkbaar gewicht, gatgrootte en ferrietsamenstelling werden vergeleken. De ene was massief en de andere gespleten. 
 
De resultaten waren vrijwel identiek. Dit laat zien dat er geen echt voordeel is om te kiezen voor massieve kernen ten opzichte van gespleten
kernen. Gespleten ferrietringen kunnen echter wel op kabels worden aangebracht zonder dat de connectoren verwijderd hoeven te worden, waardoor ze een meer praktische aankoop zijn. 
 
Wat is de beste manier om ferrieten te gebruiken
Een belangrijke vraag is: "Wat is de optimale configuratie voor het gebruik van ferrietklemmen?". Het ligt voor de hand dat twee klemmen beter
zijn dan één, maar hoeveel beter? 
 
 
 
 
 
Het is niet verrassend dat het verdubbelen van de klemmen een extra RF-absorptie van 3 dB oplevert. Bij 55 MHz steeg de piekabsorptie
van -4,40 dB naar -7,54 dB. Dit laat zien dat als één klem op zich niet voldoende is, het toevoegen van een tweede klem de prestaties kan verbeteren. Houd er rekening mee dat u, om nog eens 3 dB extra te bereiken, het aantal klemmen moet verdubbelen van twee naar vier. 
 
Vervolgens onderzoeken we de effectiviteit van het meerdere keren door een klem halen van een draad. Dit werkt alleen als er voldoende speling
in de kabel zit en het gat in de kern groot genoeg is om extra windingen toe te laten.
 
 
 
Dit is een zeer interessant resultaat dat aantoont dat de extra winding door de kern de absorptie verhoogt van -4,4 dB naar maar liefst -12,41 dB. Deze toename van 8 dB zorgt ervoor dat één klem dezelfde effectiviteit biedt als ongeveer zes van dergelijke klemmen op dezelfde draad. 
 
Waarom het toevoegen van windingen ferrieten veel effectiever maakt
Dit effect is eigenlijk geen mysterie als we het ontleden. Wanneer we ferriet aan een draad toevoegen, voegen we in feite serieweerstand toe aan
die draad, maar dit weerstandseffect varieert met de frequentie. Bij een constante gelijkstroom hebben de ferrieten geen effect, maar wanneer
een wisselstroomsignaal wordt aangelegd, ontstaat er een weerstand in de draad die door het ferrietmateriaal wordt omgeven. Hoe hoger de frequentie, hoe groter de toegenomen weerstand. Deze weerstand wordt ook beïnvloed door het type ferrietmateriaal, het volume ervan en de afstand tot de betreffende draad.
 
Wanneer we het aantal windingen door een kern verhogen, komen we ook de conventionele transformatortheorie tegen. Zoals bij berekeningen
van vermogenstransformatoren het geval is, is de impedantieverhouding altijd het kwadraat van de windingverhouding. Dus het verdubbelen van
het aantal windingen door de kern verhoogt de impedantie (en het dempingseffect) met een factor 4. Een verviervoudiging komt overeen met een toename van 6 dB. In ons voorbeeld hierboven hadden we een grotere verandering van 8 dB. Dit kwam doordat de draad bij de eerste wikkeling, waar hij net door een klem ging, geen contact maakte met de uiteinden van de klem. Daarom biedt de eerste volledige lus door de kern meer voordeel dan slechts één wikkeling.
 
   
 
Eerder constateerden we dat dunwandige klemmen slechtere prestaties leverden dan dikwandige klemmen. Als de kleinere wanddikte echter meerdere windingen door de klem mogelijk maakt, compenseert dit ruimschoots de aanvankelijk mindere prestaties bij een enkele draaddoorvoer. 
 
 
 
De belangrijkste conclusie uit deze observatie is om zoveel mogelijk windingen door elke ferrietklem te halen. Dit is altijd goedkoper en compacter dan extra klemmen aan dezelfde draad toe te voegen. Als er meer onderdrukking nodig is, voer dan beide handelingen uit.. 
 
Ferrietklemmen versus ferrietringen 
De eerste testresultaten van ferrietringen lieten een slechte prestatie zien in vergelijking met klemmen wanneer een enkele draad door een ring
werd geleid. Dit betekent echter niet dat ferrietringen een slechte keuze zijn. Ferrietringen bieden een handige manier om met een dikke kabel meerdere windingen te realiseren en een hoge blootstelling aan het ferrietmateriaal te bereiken. 
 
In het onderstaande voorbeeld zien we de effecten van een enkele draad die door een grote ferrietring wordt geleid, zowel in een eenmalig experiment als in een ander experiment met vier volledige windingen. 
 
 
 
 
 
Er is zeker nog voldoende ruimte om meer windingen toe te voegen, maar de snelle toename van de HF-absorptie wordt al vanaf vier windingen duidelijk merkbaar. Er beginnen zich enkele onvoorspelbare dipjes en vervormingen in de grafiek voor te doen bij VHF- en UHF-frequenties. Dit is voornamelijk te wijten aan verhoogde parasitaire capaciteit en resonantie-effecten van grote ringen die interactie hebben met de bedrading.
 
 

  Deze differentieel gewikkelde ring heft potentiële spanningen en parasitaire capaciteit op, terwijl hij toch een uitstekende demping
van (-20 dB) biedt bij HF-frequenties. 
 
Ferrietringen zijn een zeer praktische keuze wanneer kabels dik zijn en veel demping nodig is. De grotere ringen bevatten veel ferriet, waardoor
een hoge energieabsorptie mogelijk is. Het stapelen van ringen vóór het aanbrengen van de wikkelingen is een andere uitstekende manier om het volume en de algehele effectiviteit te vergroten.
 
Een waarschuwing terzijde: een hoge wikkelverhouding op een ferrietring genereert ook hoge circuitspanningen als er aanzienlijke energie wordt gedissipeerd. Dit effect kan worden opgeheven zonder de absorptie te beïnvloeden als de ring gebalanceerde wikkelingen heeft tussen beide zijden van de ring. 
 
 
 
Hoe belangrijk is het om de juiste mix te krijgen? 
Zoals eerder beschreven, worden ferrietproducten gemaakt met verschillende mengprofielen. Deze verschillende mengsels absorberen RF-energie
in verschillende delen van het spectrum. Tot nu toe hebben we een reeks gangbare ferrietklemmen en -ringen onderzocht met een ‘Mix 43’-profiel, een veelgebruikt filter voor algemeen gebruik. Sommige gebruikers willen echter een maximaal effect bereiken op de lagere HF-banden en in dat gebied staat Mix 31 bekend als beter. Dit mengsel is over het algemeen moeilijker verkrijgbaar en duurder, dus het zou interessant zijn om te
weten of de moeite het waard is. 
 
 

Een stuk RG58-kabel met 3 grote klemmen, met 3 windingen per klem.
 
De resultaten bevestigen dat de Mix 31-ferrieten RF-straling kunnen absorberen bij lagere frequenties dan de gemakkelijker verkrijgbare Mix 43-samenstelling. Bij een enkele doorgang van een geleider op 3 MHz was er een meetbaar absorptieverschil van 2,4 dB. Deze twee curves beginnen snel samen te komen naarmate de
frequentie toeneemt. Bij 30 MHz was het verschil slechts 0,8 dB. Bij 150 MHz
volgen de twee lijnen een vrijwel identiek pad. 
 
Op de 80 meter HF-band levert de Fair Rite-ferriet met zijn lagere mixwaarde superieure resultaten, maar het conventionele Jaycar-exemplaar blijft daar
niet ver bij achter. Zoals uit onze eerdere metingen bleek, zullen absorptie-effecten toenemen wanneer meerdere windingen van geleiders worden toegepast. 
 
In de praktijk zal een enkele doorgang van kabel door beide typen klemmen
nauwelijks een waarneembaar verschil in common-mode ruis opleveren. Meerdere windingen zijn nodig. Het succes van een goede filtering zal daarom afhangen van
het aantal windingen dat op een klem kan worden aangebracht, afzonderlijk of als onderdeel van een keten van ferrietcomponenten. 
 
Samenvatting
 
Ferieten spelen een belangrijke rol bij het onderdrukken van RF-ruis. Deze experimenten en tests illustreren de onderliggende wetenschap achter
 de praktische toepassing van ferrieten bij het elimineren van QRM. Ook worden enkele van de mysteries rondom ferrieten belicht. Er is veel over
dit onderwerp geschreven en er zijn talloze gedetailleerde documenten beschikbaar voor diegenen die zich er verder in willen verdiepen. Voor de meeste gebruikers biedt dit artikel voldoende informatie om aan de slag te gaan.
 
Alle ferrietcomponenten vertonen een curve en een frequentie waarbij ze het meest effectief zijn. Dat de piekfrequentie niet overeenkomt met
de frequentie waarop u wilt werken, betekent niet dat het apparaat niet geschikt is voor andere delen van het spectrum. Het gaat erom voldoende filtering te hebben om de klus te klaren zonder het budget te overschrijden.
 
Zoals altijd is het goed om ervaringen en successen met anderen te delen. Dus als u een succesverhaal hebt over het elimineren van interferentie
met ferrietklemmen en -ringen, stuur dit dan naar feedback@qrm.guru.

Wilt u enkele casestudies bekijken over het gebruik van ferrieten? Klik dan op de onderstaande links.
 
Ian VK3BUF: “The Effectiveness of Ferrites”
Josh KI6NAZ: “For most of us, RFI is around us all the time“.
Peter VK3YE: “The best thing you can do for your ham station“

 
Bron: The truth about ferrites