[JohnKorsh 1]

Добрый день! Я не специалист по Антенной технике, но вот надо сделать. Вычитал в Интернете, что кольца, надетые на антенный кабель предотвращают "работу" кабеля как антенны. У меня частота 450 МГц. Какие кольца и сколько штук надо использовать в этом случае? И не пояснит ли кто физику процесса, почему так происходит?

[Freesom 15]

10 minutes ago, JohnKorsh said:

И не пояснит ли кто физику процесса, почему так происходит?

это индуктивность с большими потерями, работает как ФНЧ, просто преобразуя запасенную энергию токов высокой частоты, текущих по наружной стороне кабеля, в тепло.

[uve 3]

Вам в общем правильно объяснили. Но нужно понимать, что при работе большими мощностями тепло выделится именно в феррите и может даже разрушить его при длительных циклах нагрева- остывания. Если антенна работает в относительно узкой полосе частот, то лучше использовать систему запорных стаканов, ослабляющих поверхностные токи кабеля.

 

[JohnKorsh 1]

Спасибо. Прояснилось немного. Правильно ли я понял, что чем больше мю у феррита, тем эффективнее работает кольцо? Насчёт мощности, спасибо, что предупредили, у меня меньше Ватта.

[uve 3]

 Да, чем больше мю и чем плотнее феррит прилегает к кабелю. Но на частоте  450 МГц Вы вряд ли найдёте феррит с большим значением действительной части магнитной проницаемости. Один из наиболее ВЧ импортных ферритов "материал 61" на этой частоте имеет мю=2 и tg=5.75.  Т.о. он в основном будет работать как поглотитель ВЧ энергии поля от поверхностных токов оплётки кабеля.

[Aner 3]

Да ферритовые кольца там уже не работают так как на низких частотах од 50...100Мгц. Там по другому делают. Длину кабеля делают кратную половине длины волны, с учетом погонного кабеля.

[seven7 2]

Физика процесса.
Путь ток I1 протекает по центральной жиле, а ток I2 по оплетке.
Если ток I1=I2, то кабель условно не излучает, электромагнитное поле сосредоточено "внутри кабеля". Написал условно, потому что всегда есть отклонение от математической модели. При этом магнитный поток в ферритовом кольце нулевой и кольцо не влияет. Если токи не равны, то кабель становится излучающей "штырьевой антеной". Но этот разностный ток создает магнитное поле, которому сопротивляется ферритовое кольцо: создаёт импеданс для разностного тока.
При этом часть энергии уходит в тепло (активная составляющая). При значительных токах феррит нагревается до точки Кюри и перестаёт быть ферромагнетиком. Для материалов с большим мю температура Кюри не такая уж большая (порядка 120 градусов). Разрушение феррита не наблюдал, потому что при достижении точки Кюри феррит уменьшает сопротивление (перестаёт быть ферромагнетиком).
Правильно написали, что феррит работает на не таких уж больших частотах. Чем больше мю, тем более низкочастотные. При этом, чем больше мю, тем больше индуктивность L (линейно). И как квадрат от количества витков (например, три витка в 9 раз).
Обычно феррит в зависимости от физических размеров и материала изготовления характеризуется или через импеданс на определенной частоте, или через inductance factor AL (тогда индуктивность равна L=AL*N^2).
Для разностного тока кабель является не коаксиалом, а индуктивностью. При длинах порядка 1/4 длины волны и более уже волновые свойства. О чем вам уже написали.
Свойства материалов в сводной таблице с графиками зависимости потерь и магнитной проницаемости от частоты.
Сопоставление материалов: P - это 67, K - 61, J - 43

1956_Amidon.pdf materials.pdf

[Aner 3]

Думается есть принципиальная ошибочка в таком размышлении по токам. ВЧ токи "текут" по поверхности проводника, таки "скин эффект". Но особенность коаксиального кабеля в том что у оплетки есть две поверхности. Одна поверхность ополетки (внутренняя) направлена к центральной жиле, через материал диэлектрика, другая поврхность оплетки направлена наружу. И особенность ферритового кольца на кабеле в том чтобы, чтобы создавать сопротивление протеканию токов по наружней поверхности оплетки кабеля. И тд и тп. В книжках по основам кабелей и фидеров все есть. Также в книжках по линейным цепям. А такие простые объяснения с токами не совсем то что есть в реалии. Также отмечу что внутри кабеля электромагнитное поле не  сосредоточено, а распределено по длине кабеля при подачи ВЧ энергии, образуется электромагнитная волна стоячая или бегущая; переносит или отражает энергию и тд и тп. 

[yurik82 18]

В 09.12.2023 в 20:18, JohnKorsh сказал:

У меня частота 450 МГц. Какие кольца и сколько штук надо использовать в этом случае?

Чтобы кабель не работал как антенна достаточно чтобы у антенны был балун. Если его нет - то феррит это тушение пожара.

У феррита плюс - широкополосность. Если по какой то причине надо эксплуатировать антенну без балуна или с плохим балуном, но диапазон частот узкий - лучше сделать резонансный запорный стакан. Можно прямо 1 или 2 кусочка провода припаять. Но лучше трубку.

[seven7 2]

On 12/15/2023 at 1:39 AM, Aner said:

Думается есть принципиальная ошибочка в таком размышлении по токам. ВЧ токи "текут" по поверхности проводника, таки "скин эффект".

Спасибо.
По поводу термина "электромагнитное поле сосредоточено "внутри кабеля"". Мне самому не нравилось как сформулировал, поэтому взял в кавычки "внутри кабеля".
По поводу скин-эффекта, не мог понять как же он может повлиять на возникновение разницы токов.
Нашел вот такой документ:
https://cds.ismrm.org/protected/11MProceedings/PDFfiles/4660.pdf
Теперь исправляюсь.
В кабеле присутствует полезный дифференциальный сигнал и, возможно, синфазный. Если сигнал только дифференциальный, то сумма токов в сечении будет "нулевой" и феррит для него не будет оказывать влияния. На оплетке коаксиала есть две поверхности внутренняя и внешняя "разделенных" скин-эффектом. Дифференциальный сигнал может распостраняться только по внутренней поверхности, а синфазный, если присутствует, только по внешней стороне. На этом свойстве основано создание "ловушек" синфазного сигнала (стакан и т.п.). У синфазного сигнала сумма тока отлична от нуля, поэтому феррит ему сопротивляется.
Balun выполняет роль подавителя синфазного сигнала, поэтому кардинально решает проблему.
 

Позволю привести перевод части статьи на скорую руку:
Линии передачи передают электромагнитную энергию из одной точки в другую. Линии передачи можно разделить на два типа: сбалансированные и несбалансированные. В первых используются два проводника с равным сопротивлением, такие как витая пара (рис. 1а). В другом используются два проводника с не одинаковыми сопротивлениями, один из которых считается заземляющим, например, коаксиальный кабель (рис. 1b). Также существуют два различных режима распространения сигнала: дифференциальный режим (DM) синфазный режим (CM). Сигнал DM передается по обоим проводникам с одинаковой амплитудой, но с разницей фаз в 180° (рис. 1с). Имеется разница напряжений между двумя линиями, по которым в двух проводниках течет ток в противоположных направлениях. Сигнал CM передается, когда ток по обеим линиям течет в одном направлении (рис. 1d). Ток не течет между этими двумя линиями, поскольку разность напряжений между ними равна нулю. DM - это “желаемый” режим, который передает информацию, в то время как сигнал CM, как правило, “нежелательный”. При рассмотрении радиочастотных зондов для магнитного резонанса несимметричной частью  обычно является коаксиальный кабель, в то время как сбалансированной частью является подача на сам радиочастотный зонд (петля, микрополосок, "птичья клетка" и т.д.). Коаксиальный кабель состоит из трех проводящих поверхностей: внутреннего проводника, внутренней и внешней поверхностей внешнего проводника, которые отделены друг от друга из-за скин-эффекта (рис. 2). Предполагая идеальное экранирование, внутренняя поверхность внешнего проводника и внутренний проводник сильно связаны, образуя трансформатор 1:1, что приводит к токам равной величины и противоположного направления на двух поверхностях. Таким образом, сигналы DM передаются по коаксиальному кабелю в виде волны TEM между этими двумя поверхностями [2]. В этом случае по внешнему проводнику коаксиального кабеля ток не протекает. Внутренняя часть коаксиального кабеля не может поддерживать сигналы CM (из-за сильной связи), заставляя синфазные токи проходить снаружи внешнего проводника (т.е. снаружи коаксиального кабеля). Эта особенность коаксиального кабеля позволяет особенно легко подавлять синфазные сигналы с помощью кабельных ловушек. Наличие CM режимов может быть обнаружено с помощью “эффекта руки” – перемещение руки вдоль проверяемого кабеля изменяет резонансную частоту и/или согласование датчика. Если датчик чувствителен к токам CM, внешний экран питающего кабеля (и все, что с ним связано) становится частью резонансного контура. Таким образом, резонанс катушки становится чувствительным к изменениям "окружения" кабеля. Можно выделить три источника синфазного сигнала: он может быть создан с помощью внешнего излучения, посредством электромагнитной связи между внешним коаксиальным  экраном кабеля и локальное магнитное поле, создаваемое зондом, а также на стыке кабель-зонд, где две внешние поверхности коаксиального кабеля больше не разделены. Токи на внешней стороне кабеля создают дополнительные потери (диэлектрические и радиационные) и могут вызвать серьезные ожоги у пациента. Теперь мы рассмотрим три распространенные конструкции ловушек. Ферритовая ловушка образована ферритовым сердечником, размещенным вокруг коаксиального кабеля. Сердечник увеличивает полное сопротивление кабеля CM, блокируя протекание тока CM (рис. 3а). Это широкополосный и очень полезный для стендовых испытаний, но его нельзя использовать вблизи сканера (возможно имеется ввиду томограф), так как феррит обладает высокой магнитной способностью и насыщается в статическом поле. Tank ловушка формируется путем создания небольшого количества витков коаксиального кабеля, создания индуктивности с внешней частью экрана и резонирования с параллельным конденсатором (рис. 3b). Высокий импеданс, создаваемый на резонансной частоте, снова блокирует токи CM. "Базука балун" (или sleeve balun (рукав, манжета), я так понял "стакан") похожа на tank ловушку, но использует четвертьволновую секцию линии передачи, закороченную к кабелю наружной на одном конце, создающий высокий импеданс на противоположном конце (рис. 3с). Поскольку длина базуки зависит от желаемой частоты блокировки, такая конструкция становится более практичной при более высоких полях. Он может быть дополнительно укорочен либо с помощью материала с высокой диэлектрической проницаемостью между внешней частью кабеля и четвертьволновой секцией, либо с помощью конденсаторов на разомкнутом конце. Для обнаружения
 протекания тока по внешней стороне коаксиального кабеля можно использовать пару "токовых зажимов" [3]. Они изготовлены в виде петельки, связанного с внешней стороной кабеля с помощью ферритового сердечника, с которым образует трансформатор с соотношением 1:1 между внешней частью кабеля и петелькой. Используя широко распространенные ферриты с разделенным сердечником, этот трансформатор можно легко закрепить вокруг тестируемого кабеля (рис. 4). Ток, протекающий  по внешней стороне экрана, индуцирует через ферритовый сердечник ток в петельке обеспечивая измерение синфазного сигнала. Один датчик используется для подачи сигнала на наружный кабель, в то время как второй датчик используется для обнаружения передаваемого синфазного сигнала, обычно измеряемого как S21 с помощью сетевого анализатора. Перемещая датчик вдоль кабеля, можно определить местоположение максимаума CM тока, что является оптимальным положением для кабельной ловушки. Аналогичным образом эффективную кабельной ловушку можно измерить с помощью токового зажима с другой стороны. Для обеспечения повторяемости эти измерения следует проводить, удерживая кабель на фиксированном расстоянии от плоскости земли.

 

Еще статья с практическими цифрами по ферритам:
https://content-files.shure.com/KnowledgeBaseFiles/troubleshooting-rfi-jim-brown-ham.pdf

[Aner 3]

Ссыль на лекцию о ТДЛ, может будет полезной.