Для чего нужен фильтр антенного кабеля

Ферритовый фильтр — для чего он нужен

В нашем быту появилось огромное множество средств вычислительной техники, которая работает на токах высокой частоты. Ведь чем выше частота, тем выше скорость обработки информации.

Однако, высокочастотные токи накладывают ряд технических ограничений на соединительные кабели для передачи таких сигналов. В первую очередь это связано с побочными электромагнитными излучениями и наводками (ПЭМИН).

Особо заметно сказываются помехи на длинных проводах – ведь сигнал имеет свойство затухать, а сам кабель выступает как антенна и потому внутри него могут зарождаться паразитные токи. А это губительно сказывается на качестве проходящих через кабель сигналов.

Простейший способ борьбы с ПЭМИН – увеличить индуктивность.

Индуктивность – это показатель соотношения величины силы тока, проходящего через контур, и создаваемого им магнитного потока. Если речь идет о прямолинейных проводах, то под индуктивностью подразумевается величина, характеризующая энергию магнитного поля (здесь ток считается постоянной величиной).

Индуктивность можно увеличить применением специального ферритового кольца. Как выглядят на кабелях ферритовые фильтры, можно посмотреть на фото ниже.

Ферритовые кольца – это компоненты электрической цепи, которые используются как пассивные элементы для фильтрации высокочастотных помех за счет повышения индуктивности проводника и поглощения помех, превышающих заданный порог.

Такие свойства ферритовому фильтру придает материал, из которого он изготовлен – феррит.

Феррит – это общее название соединений на основе оксида железа и оксидов других металлов. Ферриты совмещают в себе свойства ферромагнетиков и полупроводников (иногда диэлектриков) и потому используются в качестве сердечников катушек, постоянных магнитов, выступают в качестве поглотителей электромагнитных волн высоких частот и т.д.

Ферритовые кабельные фильтры с защелкой — принцип работы

Работа ферритового фильтра напрямую зависит от характеристик материала, из которого он изготовлен. За счет специальных добавок оксидов различных металлов меняются свойства феррита.

Принципиально различают несколько способов применения ферритовых колец:

1. На одножильных (однофазных) проводах он может, наоборот, поглощать излучение в определенном диапазоне, преобразуя наводки в тепловую энергию. Таким образом негативные частоты могут поглощаться (отсекаться) ферритовым кольцом.
2. На одножильных проводах, где он работает как своеобразный усилитель, так как возвращает часть высокочастотного магнитного поля обратно в кабель, что приводит к усилению сигнала в заданном диапазоне.
3. На многожильных проводах феррит работает как синфазный трансформатор, который пропускает несимметричные сигналы в кабеле (импульсы тока, например, в кабелях передачи данных или в цепях питания постоянным током) и гасит симметричные сигналы (которые потенциально могут вызываться в таких кабелях только электромагнитными наводками).

Где использовать и как выбрать ферритовый фильтр

Если говорить о практике применения, то на кабелях питания ферритовые кольца применяются для уменьшения помех, которые могут создать сами кабели, а на сигнальных (передающих данные) ферриты гасят возможные внешние помехи и наводки.

Ферритовые кабельные фильтры могут быть встроенными (кабель продается уже с ферритовым кольцом) или отдельными (чаще всего это защелкивающиеся вокруг провода модели), которые не требуют каких-либо доработок самого кабеля.

Провод может вставляться в центр ферритового фильтра (получается одновитковая катушка), а может образовывать вокруг кольца несколько витков (тороидальная обмотка). Последний способ значительно увеличивает эффективность работы фильтра.

Чтобы подобрать ферритовое кольцо под заданные требования, нужно знать характеристики материала, из которого оно изготовлено и габариты изделия.

Для примера ниже в таблице обозначены основные характеристики ферритовых фильтров, предлагаемых на рынке.

Маркировка	RF-35М	RF-50М	RF-70М	RF-90М	RF-110S	RF-110A	RF-130S	RF-130A
Импеданс, Ом (для частоты в 50 Мгц)	165	125	95	145	180	180	190	190
График зависимости импеданса от частоты, на рисунке №	4	5	6	7	3	8	3	3
Диаметр отверстия, мм	3.5	5	7	9	11	11	13	13
Размер, мм	25х12	25х13	30х16	35х20	35х20	33х23	39х30	39х30
Вес, г	6	6.5	12	22	44	40	50	50

График зависимости частоты и импеданса

Импеданс – это полное внутреннее сопротивление элемента электрической цепи к переменному (гармоническому) току (сигналу). Измеряется, как и обычное сопротивление, в омах.

Еще одним немаловажным параметром ферритовых фильтров является их магнитная проницаемость.

Магнитная проницаемость – это коэффициент, который характеризует связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе.

Исходя из вышесказанного, для того, чтобы обозначить основные свойства ферритовых фильтров, производители прибегают к следующей маркировке:

3000HH D * d * h, где:

1. 3000 – это показатель начальной магнитной проницаемости феррита,
2. HH – это марка феррита (чаще всего это HH – ферриты общего назначения, или HM – для слабых магнитных полей),
3. D – наибольший (внешний) диаметр,
4. d – меньший (внутренний) диаметр,
5. h – высота тороида.

Приведем типовые примеры применения ферритов:

• Марка 100НН может использоваться для кабелей с частотами до 30 МГц,
• 400НН — с частотами не выше 3,5 МГц,
• 600НН — с частотами до 1,5 МГц
• 1000НН — до 400 кГц.

То есть, к примеру, антенный ферритовый фильтр должен быть марки HH.

А вот ферритовый фильтр для USB кабеля лучше всего выбрать с маркой HM (для кабелей со слабым магнитным полем).

Соотношение марок и частот выглядит следующим образом:

• 1000НМ — используется с кабелями, работающими с частотой не более 1 МГц,
• 1500НМ — не более 600 кГц,
• 2000НМ и 3000НМ — не свыше 450 кГц.

Как наматывать ферритовые кольца

В большинстве случаев достаточно подобрать правильный ферритовый фильтр и защелкнуть его на кабеле ближе к месту подключения к прибору.

Схема наматывания витков вокруг ферритового кольца

Однако, в отдельных случаях, для увеличения импеданса можно сделать кабелем несколько витков вокруг кольца феррита и тогда импеданс будет возрастать кратно квадрату числа витков. То есть с двух витков в 4 раза, а с 3 – уже в 9 раз.

На практике, конечно, реальный показатель увеличения немного меньше теоретического.

Для того чтобы после наматывания ферритовое кольцо защелкнулось, необходимо заранее определиться с количеством витков провода и рассчитать внутренний диаметр фильтра, чтобы он закрылся, не передавив кабель.

Источник

Что такое ферритовые фильтры, и для чего они нужны

Этот элемент принято называть ферритовым фильтром или ферритовым кольцом. Современный быт подразумевает множество самых разных средств вычислительной техники. А она, как известно, функционирует на токах высокой частоты.

При более высокой частоте – более высокая скорость, с которой обрабатывается информация. Однако с токами высокой частоты связаны некоторые технические ограничения на соединительные кабели, которые предназначены для того, чтобы передавать такие сигналы. Прежде всего, это распространяется на побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН).

Больше всего заметны помехи на длинных проводах. Все потому, что сигналу присуще затухать. Сам же кабель выступает в качестве антенны. Вот почему внутри кабеля иногда появляются паразитные токи. А это оказывает негативное влияние на качество сигналов, которые проходят через кабель.

ВАЖНО! Как бороться с ПЭМИН? Самый простой метод заключается в том, чтобы поднять индуктивность. Под индуктивностью принято понимать показатель того, как соотносится величина силы тока, проходящего через контур, к магнитному потоку, который он создает.

Индуктивность можно сделать больше, если использовать специальное ферритовое кольцо. Ферритовые фильтры можно увидеть в современной оргтехнике или компьютерной технике, на платах и проводах. Они имеют форму кольца. Могут также быть в виде оцилиндрованных половинок. Фильтры бывают как съемные, так и «цельные», без возможности снятия.

Как устроен и работает этот фильтр

Как известно, у ферритовых фильтров может быть разная форма и разное исполнение. Однако всех их объединяет одно и то же назначение. Они защищают электронное оборудование от помех высокой частоты на всем протяжении информационного кабеля.

Полезный сигнал по одному проводу идет в одну сторону. По другому проводу полезный сигнал идет в обратную сторону. В результате магнитные поля полезных сигналов взаимовычитаются. И индуктивное сопротивление для полезного сигнала равняется нулю.

Помехи «наводятся» и в одном, и в другом сигнальном проводе с одинаковой фазой. При прохождении их через ферритовый цилиндр магнитные поля данных помех складываются. Общее магнитное поле становится больше. Возникает большое индуктивное сопротивление. Именно оно и делает помехи намного слабее.

ВАЖНО! Как правило, установка фильтров осуществляется на расстоянии 30 мм от того края провода, который направляется в электронный девайс , который имеет защиту от помех.

А нужен ли вообще ферритовый фильтр?

Данные факторы ведут к генерации радиошумов рядом с системой. Большинство из них можно устранить экранированием платы от электромагнитных полей корпусом из металла. Однако есть еще один источник шума. Это провода из меди, соединяющие разные девайсы.

Они действуют подобно длинным антеннам, улавливающим сигналы от кабелей другой радио- и телевизионной техники. Они оказывают влияние на то, как работает «свой» прибор.

Ферритовый фильтр избавляет от электромагнитных шумов и сигналов эфирного вещания. Данные элементы преобразуют электромагнитные колебания высокой частоты в тепловую энергию. И потому им место – на концах многих кабелей.

Принцип работы ферритовых кабельных фильтров с защелкой

Различают несколько методов использования ферритовых колец:

— На одножильных проводах, то есть однофазных, кольцо может, наоборот, поглощать излучение в определенном диапазоне. В результате наводки преобразуются в тепловую энергию. Значит, негативные частоты могут быть поглощены, то есть отсечены ферритовым кольцом.

— На одножильных проводах, в которых кольцо является своеобразным усилителем, поскольку, возвращает обратно в кабель часть высокочастотного магнитного поля. Это ведет к тому, что в заданном диапазоне сигнал становится сильнее.

— На многожильных проводах феррит действует как синфазный трансформатор, пропускающий несимметричные сигналы в кабеле. В частности, импульсы тока в кабелях, предназначенных для того, чтобы передавать данные. Или в цепях питания постоянным током. Фильтр гасит и симметричные сигналы. А они потенциально могут быть вызваны в данных кабелях лишь электромагнитные наводками.

Где применяется ферритовый фильтр? Как его выбирать?

Бывают ферритовые кабельные фильтры встроенные, то есть кабель продают уже с ферритовым кольцом. Бывают и отдельные ферритовые фильтры. В большинстве случаев это модели, которые защелкивающиеся вокруг провода. Они не требуют каких-то доработок самого кабеля.

Провод можно вставить в центр ферритового фильтра. Так получится одновитковая катушка. Возможно также образование вокруг кольца нескольких витков. Это тороидальная обмотка. Последний метод ведет к существенному увеличению эффективности работы фильтра.

Если нужно подобрать ферритовое кольцо так, чтобы оно соответствовало заданным требованиям, то обязательно узнайте, какие характеристики у материала, из которого его сделали. Узнайте также, какие габариты у изделия.

ВАЖНО! Скажем, импедансом называют полное внутреннее сопротивление элемента электрической цепи к переменному (гармоническому) току (сигналу). Его измеряют в омах, то есть как и обычное сопротивление. Есть еще один важный параметр ферритовых фильтров. Это магнитная проницаемость, то есть коэффициент, характеризующий связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе.

— цифровое обозначение (например, 3000) – показатель начальной магнитной проницаемости феррита,
— HH – это марка феррита (в большинстве случаев это HH – ферриты общего назначения или HM – для слабых магнитных полей),
— D – наибольший (внешний) диаметр,
— d – меньший (внутренний) диаметр,
— h – высота тороида.

Вот типовые примеры использования ферритов:

— марка 100НН может применяться для кабелей с частотами до 30 МГц,
— 400НН — с частотами не более 3,5 МГц,
— 600НН — с частотами до 1,5 МГц
— 1000НН — до 400 кГц.

Скажем, антенный ферритовый фильтр должен иметь марку HH. Зато ферритовый фильтр для USB кабеля лучше всего выбрать с маркой HM, то есть для кабелей, у которых слабое магнитное поле.

Как наматывать ферритовые кольца

Обычно для этого нужно подобрать правильный ферритовый фильтр, а потом защелкнуть его на кабеле. Сделать это нужно как можно ближе к тому месту, где подключается прибор.

Иногда для того, чтобы увеличить импеданс, кабелем делают несколько витков вокруг кольца феррита. Тогда импеданс станет расти кратно квадрату числа витков, то есть с пары витков – в четыре раза, а с трех – уже в девять раз.

ВАЖНО! Обращаем внимание на то, что на практике показатель увеличения несколько меньше, чем в теории.

После наматывания ферритовое кольцо должно защелкнуться. Для этого нужно заранее определиться с тем, сколько будет витков провода. А еще необходимо произвести расчет внутреннего диаметра фильтра. Тогда он закроется, и кабель при этом не передавит.

Что за материал – феррит?

Ферритом называют соединения, в основе которых оксид железа и оксиды других металлов. В ферритах совмещены свойства ферромагнетиков и полупроводников. В некоторых случаях и диэлектриков. Вот почему они применяются как сердечники катушек, постоянные магниты. Они же являются поглотителями электромагнитных волн высоких частот и пр.

У данного материала высокая магнитная проницаемость. Однако при этом он не проводит электрический ток. Данный материал делают из порошков оксида железа.

Данные фильтры – отличная защита от внешних электромагнитных полей высокой частоты. Они иногда появляются из-за того, что работают мобильные телефоны, печи СВЧ, импульсные блоки питания и электронная аппаратура.

Источник