Choques para evitar retorno de RF

Choques de coaxial bajo ferritas

En este trabajo comparto la experiencia adquirida tratando de suprimir las perturbaciones de los equipos periféricos, en especial los monitores y puerto de comunicación USB, producidas por la radiación del transmisor, la línea de alimentación y la antena. No se trata de un trabajo de investigación, pues carezco de conocimientos y medios, sino de una experiencia práctica que espero que sea de utilidad a otros compañeros que se encuentren en la misma situación.

Trataré de resumir los documentos en los que me basado para seleccionar la solución más costo efectiva de entre las múltiples posibilidades que ofrece la tecnología para construir un choque que elimine o atenúe las interferencias producidas por el retorno de RF.

Se puede encontrar numerosa literatura en la red sobre los principios físicos y fundamentos del comportamiento de las líneas de transmisión, de los retornos de RF en los cables coaxiales asimétricos que se utilizan para alimentar antenas simétricas y de la forma de evitarlos. La lectura de algunos de estos trabajos es muy interesante y recomendable, pero a veces bastante difícil de entender a efectos prácticos.

Ferritas del choque de fábrica

Dispongo de una antena Hexbeam fabricada por SP7IDX. La Hexbeam es una antena que se comporta como una Yagi de dos elementos en cada una de las bandas asignadas al servicio de radioaficionados entre los 20m a los 6m. Cada elemento excitado es un dipolo simétrico. La línea de transmisión es un coaxial M&P Ultraflex 7. Además, utilizo una “L” invertida de 25 metros de largo alimentada en un extremo y ajustada por un acoplador automático remoto SG-230 para las bandas de 30, 40, 60 y 80 metros. La línea de alimentación de esta antena está compuesta por un cable coaxial RG-213. Utilizo un transceptor Icom IC-7300 que suministra 100W y con la Hexbeam, esporádicamente un pequeño lineal de 350W a transistores HF 3 (EA4BQN).

Conector PL averiado

Debido a la avería de un conector PL259 en la línea de alimentación de la Hexbeam he decidido revisar los sistemas de protección de retorno de RF de ambas antenas. La Hexbeam traía de fábrica diez perlas de ferrita de 15mm de diámetro exterior y 8mm de diámetro interior y 14,5mm de longitud de material desconocido en un segmento de cable RG58 de algo menos de un metro con dos conectores PL259. Un choque “low cost”en el que el conector inferior ha fallado.

La “L” invertida llevaba un choque compuesto por 16 espiras bifilares devanadas sobre una forma de ferrita toroidal, fabricado (excelente factura) por EB4HRA

Choque toroidal EB4HRA

La instalación del sistema de antenas incluye, además de las dos líneas coaxiales, el cable de control y alimentación del rotor y el cable de alimentación del ATU que se pueden comportar como antenas accidentales.

Una interferencia electromagnética (EMI, Electromagnetic Interference) es cualquier señal o emisión, radiada en el espacio o conducida a través de un cable de alimentación. “La compatibilidad electromagnética (CEM o EMC) es la rama de la electrónica y de telecomunicaciones que estudia los mecanismos para eliminar, disminuir y prevenir los efectos de acoplamiento entre un equipo eléctrico o electrónico y su entorno electromagnético.” (Wikipedia).

La mayor parte de los problemas de EMI pueden ser rastreados en los cables y circuitos que actúan como “antenas accidentales” porque llevan corriente de RF a lugares inapropiados y también están actuando como antenas. La presencia de corriente de RF donde no debe haberla es uno de los principales problemas de EMI.

Las corrientes de RF de retorno que circulan por el exterior de la malla de las líneas de alimentación coaxiales o las inducidas en los cables auxiliares de la instalación, con frecuencia,  son fuentes de MFI.  La primera medida para evitar las interferencias producidas por el retorno de RF es la colocación de un choque cuya impedancia resistiva sea lo más alta posible y que cubra el espectro de radiación de la antena. Estos tipos de choque a veces se les denomina BALUN. (1)

Choque bobinado al aire

Una primera opción para confeccionar un choque sería una bobina enrollada al aire con el propio coaxial. Esta bobina se comportaría como un circuito resonante en paralelo de alta Q con una curva de impedancia muy aguda en un margen estrecho de la banda. Por ejemplo: un segmento de 2,2m de coaxial como RG8X o RG58 enrollado en cuatro espiras de aproximadamente 125mm, presentaría un pico de impedancia resistiva en torno a los 21 MHZ, mientras que la impedancia sería inductiva por debajo de la frecuencia de resonancia y capacitiva por arriba. La impedancia resistiva es la única base sólida para un rendimiento fiable del choque. (GM3SEK) Este tipo de choque sería efectivo únicamente en una antena monobanda.

Las ferritas en los choques de RF.-

Las ferritas pueden ser unas herramientas excelentes para eliminar la EMI entre sistemas. Son compuestos cerámicos de diversos óxidos metálicos formulados para tener una permeabilidad muy alta. El tipo de materiales utilizados va a determinar la impedancia que ofrecen en diferentes frecuencias.

La forma más sencilla de utilizar las ferritas como choque es la colocación sobre el cable coaxial de alimentación de un número suficiente de “perlas” de un compuesto de ferrita adecuado a la frecuencia que trabajan las antenas. Para la antena Hexbeam que cubre un espectro muy amplio de frecuencias en la parte alta de HF más 50 MHz, he utilizado 16 perlas de ferrita de material MnZn #31 (Fair-Rite 2631625102).

Original de G3TXQ

Cada una de estas perlas tiene un diámetro interior de 7,99mm -el adecuado para el cable Ultraflex 7-, y presenta según el fabricante una impedancia de 156 ohmios a 25 MHz, lo que suma en esta frecuencia, una impedancia total de algo menos de 2500 ohmios, con una curva muy aceptable entre los 14 MHz y 50 MHz. El choque, de una longitud total de 430mm, se ha colocado en el extremo de la línea junto a la inserción de la antena y protegido por una cubierta de material termolábil.

Según el diagrama publicado por G3TXQ, 10 ferritas Amidon FB 31-1020 (Fair-Rite 2631102002) presentarían una impedancia superior a los 1000 ohmios sobre un cable coaxial RG-213 entre los 8 MHz y 30 MHz que concuerda con las especificaciones del material descrito.

El nuevo choque que he colocado en la Hexbeam ofrece al menos tres veces más impedancia resistiva que el original suministrado por SP7IDX.

Choque para la “L” invertida

Otra forma costo-efectiva de construir un choque, es bobinar una serie de espiras de cable coaxial sobre dos o tres formas de ferritas planas. GM3SEK describe en un trabajo publicado en Radcom en mayo de 2010 la forma de confeccionar choques eficientes con cables coaxiales sobre formas de ferrita adaptadas.

Para la “L” invertida he construido un choque para el segmento medio de la banda de HF. Cuatro espiras de cable M&P Ultraflex 7, sobre tres formas de ferrita de material #43 (Fair-Rite 2643167851). Según el diagrama la impedancia resistiva en 3,5 MHz será de 2500 ohmios. El pico máximo sería de 4500 ohmios entre 8 y 10 MHz, excelente rendimiento sobre el papel para el uso que hago de la “L” invertida que es la que mayores problemas de retorno de RF me crea. El costo total del choque, incluidos los terminales M&P ha sido de 31€. Mi intención es colocar este choque en la inserción de la línea en el acoplador remoto y el choque de ferrita en el shack .

Choque para HF

Además, en esta antena. he colocado el choque toroidal de EB4HRA a la entrda de la antena en el cuarto de radio. (2)

Existen además, diferentes formas de confeccionar choques para eliminar o paliar el retorno de RF: bobinados de cable coaxial al aire sobre formas de PVC, bobinados bifilares o coaxiales sobre toroides de ferrita de material #43 o #31. La información que se puede obtener en la Red sobre la teoría de funcionamiento y construcción de estos choques es exhaustiva. Por otra parte, existe una abundante oferta profesional.

No es difícil confeccionar uno mismo un choque de ferrita teniendo en cuenta algunas consideraciones básicas. Ferrita no significa únicamente polvo de hierro, ferrita es ferrita, y hay decenas de grados con propiedades magnéticas diferentes. Tampoco es posible diferenciarlos por su aspecto, aunque algunos fabricantes marcan con colores los diferentes grados. Es imprescindible comprar la ferrita en una fuente fiable que identifique claramente le tipo de material compuesto.

La ferritas (Fair-Rite) utilizadas para los nuevos choques de la Hexbeam y de la “L” invertida los he podido encontrar (algo que no es fácil) en Ham Radio Solutions.

(1) BALUN (BAlanced UNbalanced) es un dispositivo que transforma líneas balanceadas en no-balanceadas que se utiliza a veces como transformador de impedancias.

(2) Hace ya dos meses que he instalado los nuevos choques en las antenas. Todas la interferencias en los monitores y en el PC han desaparecido y la instalación funciona correctamente. (14/11/2017)

6 pensamientos en “Choques para evitar retorno de RF

  1. El asunto de las ferritas en RF es muy interesante pero a la vez confuso para el amateur que no es ingeniero de telecomunicaciones o similar. Parece que en onda corta las ferritas de NiZn pueden cumplir dos misiones como mínimo, una es actuar como nucleo de un “transformador de banda ancha”, en que parece que va bien el material 61, o el similar 4C65 de Ferroxcube, y otra es actuar en la “supresion de interferencias electromagneticas” o EMI suppression, y que las que actuan bien en una de esas misiones no necesariamente actuan bien en la otra: quizas en onda corta en EMI suppression las que actuan bien son las de material 43 mientras que en transformador de banda ancha va mejor el material 61. He leido un trabajo en internet -no recuerdo ahora en que web- en que el uso de “choques de RF” -toros de ferrita en que se hacian pasar unas pocas espiras del coaxial- puestos en ambos extremos del cable coaxial hizo milagros bloqueando el ruido radioelectrico en recepcion, quizas al bloquear el ruido que captaba el coaxial en la bajada.

    • Hay un articulo ya algo clasico en la Web que explica bastante claramente el asunto de la utilidad y necesidad del balun 1:1 y del choke RF, que llama pseudo-balun 1:1, que es el primer articulo que aparece tecleando “El famoso balun” en Google. Tiene un discreto error en mi opinion que es que hacia el final al material 43 lo llama 33 (que creo que es un material que no existe). En ese articulo se afirma que el pseudobalun 1:1, es decir, el choke rf, es mejor que el clasico balun simetrico- asimetrico 1:1 porque éste a ciertas frecuencia puede crear problemas e incluso quemarse, cosa que no ocurre con el pseudobalun o choke rf, segun yo entiendo,. Explica por ejemplo que los materiales clasicos para estos dispositivos son los materiales 61 y 43 (incluso en forma de barra de ferrita) pero que no son utiles las barras de ferrita de los pequeños receptores de transistores ni las ferritas que vienen en las TVs o fuentes de alimentacion conmutadas.

      • En mi opinión el asunto de la alimentación RF por cable coaxial a un dipolo aparece algo confuso en muchos de los artículos para radioamateur. En España se publicó hace ya tiempo un libro de un tal Guilbert, en que se describía como autoconstruirse un equipo de emisor y receptor de radioaficionado que en mi opinión explicaba bastante claramente como debían ser esos acoples.
        Según él, había dos tipos de salidas del emisor: “salida simétrica” y “salida asimétrica”. “Asimétrica” equivalía a que uno de los dos extremos de la salida estuviera a masa “en RF”, es decir, a voltaje 0 en RF. La usual salida asimétrica del emisor era un circuito pi, con condensador variable-bobina- condensador variable, que era una salida asimétrica (con uno de sus extremos de salida a masa en RF), y que debía conectarse al dipolo mediante un cable coaxial –asimétrico- y el dipolo debía ser también “asimétrico”, de entrada “no cortado por la mitad” sino con su centro también conectado a tierra en RF a través de la malla del coaxial. A este dipolo “no cortado” debía conectarse el coaxial de forma asimétrica: la malla del coaxial debía unirse al centro del dipolo -no cortado por la mitad- mientras que el alambre central del coaxial, que solía ser de 50 ohmios, debía conectarse a una de las ramas del dipolo en un punto en que hubiera 50 Ω de impedancia, mediante una conexión gamma. Los emisores antiguos también podían ser de salida “simétrica”: éstos consistían en un circuito “tanque” formado por una bobina y un condensador, paralelo a ella, que tenía a masa en RF el extremo alejado a la placa de la válvula emisora y ese extremo a masa era el “extremo frio” o de poca impedancia y con voltaje RF de valor 0. A este extremo frio de la bobina del “tanque de salida” se acercaba más o menos un bobina constituida por unas pocas espiras, que estaba conectada por sus extremos cada uno a una alambre, y estas dos alambres, que iban paralelas o “simétricas” -a una distancia determinada para tener 70 ohmios- eran las que subían hasta el dipolo, el cual estaba “cortado por la mitad”, es decir, era “simétrico”, y cada una de esas alambres de “alimentación” se conectaba a cada uno de los extremos interiores del dipolo. Una tercera opción “asimétrica” era conectar el alambre central del coaxial directamente a la bobina del tanque de salida en un punto en que hubiera unos 50 ohmios de impedancia RF (con un condensador interpuesto para aislar la alta tensión lógicamente) mientras que la malla debía estar a masa: era salida “asimétrica” unida por coaxial “asimétrico” al dipolo “asimétrico”.
        El problema surgió al hacerse todos los emisores modernos con salida asimétrica y pretender unir el coaxial –asimétrico- a un dipolo simétrico (cortado por la mitad). En lógica debería conectarse el coaxial a un dipolo “asimétrico” (conectar la malla al centro del dipolo no cortado por la mitad y el alambre central del coaxial a una de las ramas de dipolo en un punto que tuviera unos 50 Ω de impedancia).
        Este problema, unir una salida asimétrica a un dipolo simétrico, se ha resuelto más o menos con los baluns, pero en mi opinión algo confusamente, tal que yo entiendo que seria suficiente que el balun estuviera formado solamente por dos bobinados, de entrada dos bobinados iguales, concéntricos a una ferrita, en que un bobinado se conectase por un extremo a la malla del coaxial, y con ello a “tierra”, y el otro a la alambre central del coaxial, mientras que cada extremos del otro bobinado se uniría a una de las ramas del dipolo en su extremo proximal, un dipolo que debería ser “simétrico” es decir, cortado por la mitad,, con lo que los dos bobinados del balun estarían separados totalmente en continua, unidos solo “inductivamente” por el transformador 1:1 que formaría el núcleo de ferrita y los dos bobinados, con lo que el dipolo nunca estaría conectado a “tierra”, ni en RF ni en continua, con lo que quizás se evitaría que la RF radiante emitiese desde la malla del coaxial, y se lograría que el alambre central del coaxial estuviera blindado por la malla dado que ésta estaría conectada a tierra en RF . (Hay que tener en cuenta que opino como no experto, por lo que es posible que yo esté en un error sobre este asunto).

      • Un problema extra en el asunto de las salidas/entradas asimetricas es que lo recomendable es que “la masa” del transceptor y la malla del cable coaxial estén conectados a “tierra de la de verdad”: se recomienda tal que una placa de cobre de medio metro de lado enterrada en tierra y de la que salga un cable que sea la conexion a tierra. Logicamente hasta no hace mucho, en una casa con varios pisos y en la que no era posible una conexion a tierra, era posible emplear de “tierra” las tuberias de agua de cobre, pero las modernas suelen tener tuberias de plastico, no conductor, con lo que no es posible obtener una “tierra”. Quizas localizando un alambre de acero del armado del hormigon se podria obtener algo similar a una tierra. Creo que hay una norma de que los circuitos electricos del edificio tienen que tener una conexión a tierra, que es creo la verde-amarillo, no lo he analizado ni probado, pero temo que como va junto al alambrado electrico en alterna puede meter un ruido del demonio en el receptor, en vez de apantallarlo.

  2. He estado mirando en internet el asunto de las ferritas y lo que he sacado en conclusion, no seguro, es que los más populares fabricantes de ferritas para RF son Fair Rite, Ferroxcube y no se si tambien Amidon, que hacen toroides, baluns (nucleos con varios cond) etc bastante similares y equivalentes, incluidos precios, aunque unos les cuidan la presentación mas que otros, tal que los pintan de colores, etc. Las equivalencias parecen ser: el material 61 equivale al 4C65, con perm. de 125 u; el mat. K (creo que lo vende Amidon) es bastante similar al 4B1 de Ferroxcube y perm. 300u; el material 43 equivale al 4A11 y su perm. es alrededor de 900u. Yo he comprado no hace mucho unos toroides de los grandes, de 61 mm de diametro, en Mouser, de Fair Rite, de materiales 61 y 43 y me llegó el pedido desde Texas como un tiro: a los 3 dias creo, ya me los habian entregado en mi domicilio. Tambien me pareció que Farnell comercializa ferroxcube pero no Mouser, y tambien te lo suminstra rapidisimamente, en unos 3 dias te llega el pedido desde el Reino Unido o USA. Como dato curioso, Ferroxcube tiene o tenia una fabrica en Guadalajara, aunque he leido que tanto esta empresa como Fair Rite han deslocalizado en parte a China.

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