Introdução
Quem frequenta estações de radioamadorismo provavelmente já observou uma cena bastante comum: cabos coaxiais, cabos de microfone, PTT, USB e até cabos de alimentação envolvidos por pequenos núcleos de ferrite.
Em algumas estações, encontramos dezenas desses componentes espalhados pelos cabos dos equipamentos.
Mas afinal, será que esses pequenos componentes realmente funcionam? Ou estamos diante de mais um acessório que muitos radioamadores instalam sem conhecer sua verdadeira finalidade?
A resposta é direta: ferrites funcionam, e possuem uma aplicação muito importante no controle de interferências eletromagnéticas e radiofrequência (RFI). Entretanto, precisam ser escolhidos e utilizados corretamente.
Um ferrite inadequado, instalado em uma posição incorreta ou utilizado fora de sua faixa de frequência pode apresentar resultados muito pequenos ou até praticamente nenhum efeito perceptível.
Neste artigo, vamos entender como esses componentes trabalham, conhecer os principais materiais utilizados em radiofrequência, analisar dados publicados pelos fabricantes e descobrir por que os chokes de modo comum são tão importantes em uma estação de radioamadorismo.
1. O que é um ferrite?
Ferrite é um material cerâmico magnético, produzido principalmente a partir de óxidos de ferro combinados com outros elementos, como manganês, zinco ou níquel.
Esses materiais apresentam propriedades magnéticas que permitem sua utilização em transformadores, indutores, filtros e sistemas de supressão de interferências eletromagnéticas.
No radioamadorismo, os ferrites aparecem principalmente em três formatos:
- Núcleos toroidais;
- Ferrites de encaixe (snap-on);
- Pequenos cilindros ou anéis atravessados pelos cabos.
Sua principal característica, quando utilizados para supressão de interferências, é apresentar uma impedância que varia conforme a frequência.
Essa impedância pode dificultar a circulação de correntes de radiofrequência indesejadas em determinados condutores.
É importante compreender que o ferrite não elimina toda a radiofrequência. Ele atua sobre correntes e componentes de sinal conforme a forma de instalação, o material e a frequência de operação.
Afinal, o que é permeabilidade magnética?
Você já se perguntou por que alguns ferrites conseguem reduzir interferências de RF e outros apresentam resultados diferentes?
Uma das respostas está em uma característica chamada permeabilidade magnética.
Mas o que significa isso?
Vamos simplificar!
Imagine uma bobina de fio de cobre. Quando passa corrente elétrica por ela, surge um campo magnético ao seu redor.
Agora imagine colocar um pedaço de ferrite no meio dessa bobina.
O comportamento magnético da bobina muda, porque o ferrite facilita a formação do fluxo magnético em comparação com uma bobina com núcleo de ar.
É justamente essa característica que chamamos de permeabilidade magnética.
Podemos dizer, de maneira simples, que a permeabilidade indica a facilidade com que um material responde a um campo magnético.
E o que isso tem a ver com os ferrites utilizados no radioamadorismo?
Tem tudo a ver!
Quando colocamos um cabo através de um núcleo de ferrite, estamos utilizando as propriedades magnéticas desse material para aumentar a impedância oferecida às correntes de RF indesejadas.
Mas atenção: cada tipo de ferrite possui características próprias.
Alguns materiais apresentam melhores características para determinadas frequências, enquanto outros são mais adequados para diferentes aplicações.
É por isso que encontramos materiais como:
- Mix 31: muito utilizado no controle de interferências em HF.
- Mix 43: bastante utilizado em aplicações de supressão de RF.
- Mix 61: utilizado em determinadas aplicações de frequências mais elevadas.
Então, quanto maior a permeabilidade, melhor?
Não necessariamente!
Imagine que você precisa trabalhar em 7 MHz (banda de 40 metros). Um ferrite pode apresentar excelentes características nessa frequência, mas outro material pode apresentar melhor comportamento em 28 MHz (banda de 10 metros).
Portanto, não basta escolher o ferrite que possui o maior número de permeabilidade.
É necessário conhecer o material e verificar como ele se comporta na frequência em que será utilizado.
Uma curiosidade: a permeabilidade magnética dos ferrites também varia com a frequência. Por isso, os fabricantes disponibilizam gráficos e tabelas que mostram o comportamento de cada material.
Resumindo para não esquecer:
- Permeabilidade é uma característica magnética do material.
- Ela influencia o comportamento de uma bobina ou núcleo de ferrite.
- Cada material apresenta características diferentes.
- A escolha correta depende da frequência e da aplicação.
No radioamadorismo, entender a permeabilidade é um primeiro passo para escolher corretamente os ferrites utilizados nos chokes de RF e no controle de interferências.
2. O que é um choke de RF?
A palavra choke pode ser traduzida como bloqueador ou choque.
Em eletrônica, um choke de RF é um componente ou conjunto de componentes utilizado para apresentar uma impedância elevada à corrente de radiofrequência que não deveria circular por determinado caminho.
No radioamadorismo, um dos usos mais importantes é o choke de modo comum.
Para compreender seu funcionamento, precisamos conhecer dois tipos de corrente que podem existir em uma linha coaxial.
Corrente de modo diferencial
É a corrente responsável pela transmissão normal do sinal de radiofrequência pelo cabo coaxial.
A corrente segue pelo condutor central e retorna pela superfície interna da blindagem.
Esse é o funcionamento desejado de uma linha coaxial.
Corrente de modo comum
É uma corrente indesejada que pode circular pela superfície externa da blindagem do cabo coaxial.
Ela pode aparecer quando existe desequilíbrio no sistema de antena, acoplamento eletromagnético ou outros caminhos de corrente de RF.
Quando isso acontece, o próprio cabo coaxial pode passar a participar do sistema irradiante da antena.
As consequências podem incluir:
- Interferências em computadores;
- Ruídos em equipamentos de áudio;
- Problemas em interfaces digitais;
- RF presente no microfone;
- Alterações no funcionamento de equipamentos eletrônicos;
- Correntes de RF em estruturas metálicas do shack.
O choke de modo comum atua aumentando a impedância para essa corrente indesejada, sem impedir o transporte normal do sinal diferencial dentro do cabo.
Essa distinção é fundamental para entender por que um choke bem projetado pode melhorar o funcionamento de uma estação.
3. Como o ferrite consegue reduzir a corrente de RF?
Quando um condutor atravessa um núcleo de ferrite, o campo magnético associado à corrente produz efeitos no material.
O ferrite apresenta uma permeabilidade magnética complexa, que varia com a frequência.
De maneira simplificada, sua impedância possui uma componente reativa e outra resistiva.
A componente reativa está relacionada ao armazenamento de energia magnética.
A componente resistiva está relacionada às perdas magnéticas do material.
Essas perdas são importantes porque permitem dissipar parte da energia da interferência eletromagnética em forma de calor.
Portanto, dependendo do material e da frequência, o ferrite pode atuar como uma combinação de indutância e resistência.
É justamente por isso que não devemos escolher um ferrite apenas pelo tamanho ou pela aparência.
4. Ferrite bead, núcleo toroidal e choke: existe diferença?
Sim. Embora estejam relacionados, não representam exatamente a mesma coisa.
Ferrite bead
É o pequeno núcleo que pode ser colocado em um cabo.
É bastante utilizado em equipamentos eletrônicos, cabos USB, fontes de alimentação e interfaces digitais.
Sua aplicação normalmente busca aumentar a impedância para correntes de interferência em determinadas frequências.
Ferrite toroidal
Possui formato de anel e permite que o condutor seja passado uma ou várias vezes pelo núcleo.
É muito utilizado na construção de chokes de modo comum e transformadores de RF.
Choke de modo comum
É o dispositivo funcional completo.
Pode ser construído utilizando um núcleo toroidal, vários núcleos de ferrite ou outras configurações apropriadas.
O importante não é simplesmente possuir um ferrite no cabo, mas conseguir a impedância necessária para reduzir a corrente indesejada na frequência de interesse.
5. Onde os radioamadores devem utilizar ferrites?
Existem várias aplicações possíveis dentro de uma estação.
Cabos coaxiais
Uma das aplicações mais conhecidas é a utilização de ferrites nos cabos coaxiais.
O objetivo é reduzir correntes de modo comum na superfície externa da blindagem.
Esses chokes podem ser utilizados próximos ao ponto de alimentação da antena, dependendo do projeto, ou em outros pontos onde o problema tenha sido identificado.
Cabos de PTT e microfone
Durante a transmissão, correntes de RF podem alcançar os circuitos de áudio e controle.
Isso pode provocar ruídos, alterações no funcionamento do PTT e problemas de áudio.
Um ferrite corretamente selecionado pode ajudar a reduzir a entrada ou a circulação dessas correntes.
Cabos USB e interfaces digitais
Computadores, interfaces de modos digitais e transceptores possuem conexões que podem funcionar como caminhos para interferências.
Ferrites podem contribuir para reduzir correntes de modo comum nesses cabos.
Entretanto, se o problema estiver relacionado a blindagem inadequada, aterramento incorreto ou instalação deficiente, o ferrite isoladamente pode não resolver a situação.
Cabos de alimentação
Fontes chaveadas e outros equipamentos eletrônicos podem apresentar interferências conduzidas e irradiadas.
Ferrites podem ser utilizados em cabos de alimentação para atenuar determinados componentes de modo comum.
A aplicação deve respeitar as características elétricas, térmicas e de segurança do equipamento.
6. Mix 31, Mix 43 e Mix 61: por que existem diferentes materiais?
Um dos assuntos mais importantes na escolha de ferrites é o material utilizado na fabricação do núcleo.
Os fabricantes identificam diferentes composições por códigos chamados de mixes.
Entre os materiais conhecidos pelos radioamadores estão:
Mix 31
É um material bastante utilizado para supressão de interferências em HF e outras frequências. A Fair-Rite especifica seu material 31 para aplicações de supressão EMI desde aproximadamente 1 MHz até 500 MHz.
Mix 43
É um material bastante utilizado em aplicações de supressão de interferências e transformadores de RF. Seu comportamento depende da geometria do núcleo e da frequência de operação.
Mix 61
É utilizado em determinadas aplicações de alta frequência, incluindo componentes indutivos e transformadores. Não deve ser considerado automaticamente superior aos demais.
Não existe um material universalmente melhor.
A escolha depende da frequência, da impedância necessária, da potência envolvida, da geometria do núcleo e das condições de operação.
7. Dados técnicos publicados pela Fair-Rite: o ferrite realmente apresenta impedância?
Para responder a essa pergunta, podemos consultar os dados publicados pelo próprio fabricante.
A Fair-Rite disponibiliza tabelas de impedância de seus núcleos de ferrite, obtidas por meio de instrumentos de medição apropriados.
Um exemplo é o núcleo de supressão EMI de material 31, modelo 2631665702.
Os valores típicos publicados para esse componente são:
| Frequência | Impedância típica |
|---|---|
| 1 MHz | 27 Ω |
| 5 MHz | 69 Ω |
| 10 MHz | 89 Ω |
| 25 MHz | 138 Ω |
| 100 MHz | 225 Ω |
| 250 MHz | 265 Ω |
Esses valores são referentes a um componente específico, em uma configuração de ensaio de uma passagem pelo núcleo.
Não representam uma tabela universal para todos os ferrites Mix 31.
O que podemos observar?
A impedância não permanece constante.
Ela varia com a frequência e com as características do material.
Isso demonstra por que um ferrite pode apresentar resultados diferentes quando utilizado em 3,5 MHz, 14 MHz ou 28 MHz.
Também explica por que a escolha de um núcleo precisa ser baseada em dados técnicos, e não somente na aparência.
Outro detalhe: a impedância de um choke completo depende da quantidade de espiras, do comprimento do cabo, da geometria e das capacitâncias parasitas.
Portanto, não devemos simplesmente multiplicar os valores de um núcleo por um número de voltas e considerar o resultado uma medição real do conjunto.
8. Por que colocar ferrite em tudo nem sempre resolve?
Existe uma prática bastante comum entre radioamadores: instalar ferrites em praticamente todos os cabos da estação.
Essa prática pode ajudar em determinadas situações, mas não significa que todos os cabos estejam necessariamente apresentando problemas de RF.
O ferrite precisa atuar sobre um caminho de corrente indesejada.
Se não existe uma corrente significativa naquela condição, sua instalação pode não produzir uma alteração perceptível.
Além disso, existem outros fatores que precisam ser considerados:
- Frequência de operação;
- Material do ferrite;
- Dimensões do núcleo;
- Número de passagens do cabo;
- Impedância do sistema;
- Posição de instalação;
- Existência de outras fontes de interferência.
A instalação indiscriminada também pode dificultar a identificação da verdadeira origem de um problema.
O ideal é compreender a interferência, identificar seu caminho de acoplamento e selecionar uma solução apropriada.
9. Uma ou várias espiras: mais voltas significam melhor resultado?
Não necessariamente.
Quando um condutor atravessa várias vezes um núcleo, a impedância pode aumentar, mas o comportamento não é simplesmente proporcional ao quadrado do número de espiras em todas as frequências e condições.
À medida que aumentamos o número de voltas, também aumentamos a capacitância parasita entre os condutores e modificamos as características do conjunto.
Isso pode provocar ressonâncias e limitar a faixa de frequência útil.
Por esse motivo, um choke precisa ser analisado considerando a frequência em que será utilizado.
Um projeto eficiente para 80 metros não será automaticamente ideal para 10 metros.
10. Como verificar se um choke está funcionando?
Existem diferentes formas de avaliar o funcionamento de um choke de RF.
Entre os instrumentos que podem ser utilizados em um laboratório de radiofrequência estão:
NanoVNA: pode auxiliar na análise da resposta em frequência e da impedância de um dispositivo, desde que seja utilizado um dispositivo de teste e uma configuração de medição apropriados.
Analisador de impedância: permite estudar as componentes resistiva e reativa do conjunto.
Sonda de corrente de RF: pode ser utilizada para comparar a corrente de modo comum antes e depois da instalação do choke.
Analisador de espectro: pode auxiliar na identificação e comparação de determinados sinais de interferência.
É importante destacar que uma medição de ROE, isoladamente, não comprova a redução da corrente de modo comum.
Da mesma forma, uma simples leitura de resistência com multímetro não permite avaliar o comportamento de um ferrite em radiofrequência.
Uma avaliação convincente precisa comparar as mesmas condições de operação, utilizando métodos de medição apropriados.
11. O que dizem os estudos técnicos?
Um dos documentos mais conhecidos sobre esse assunto é o trabalho de Jim Brown, indicativo K9YC, intitulado:
A Ham’s Guide to RFI, Ferrites, Baluns, and Audio Interfacing.
O documento aborda os mecanismos de interferência, correntes de modo comum, materiais magnéticos e aplicações de ferrites.
Outro trabalho importante é:
A New Choke Cookbook for the 160–10M Bands.
Esse material apresenta estudos e orientações sobre chokes de modo comum para as bandas de radioamadorismo.
Esses documentos ajudam a compreender que um choke não deve ser escolhido apenas pelo número de espiras ou pela quantidade de ferrites instalados.
A impedância apresentada pelo conjunto na frequência de operação é um dos fatores fundamentais.
12. Conclusão: ferrites funcionam ou são apenas enfeite?
Depois de compreender os princípios de funcionamento e analisar os dados publicados pelos fabricantes, podemos responder à pergunta inicial.
Ferrites funcionam e possuem uma aplicação comprovada no controle de interferências eletromagnéticas.
Entretanto, seu desempenho depende da escolha correta do material, da frequência de operação, da geometria e da aplicação.
Instalar um ferrite em um cabo sem conhecer a origem do problema não garante nenhum resultado.
Por outro lado, um choke de modo comum corretamente projetado pode ser uma ferramenta extremamente útil para melhorar a compatibilidade eletromagnética de uma estação de radioamadorismo.
O segredo não está em colocar ferrites em todos os cabos, mas em entender onde existe uma corrente de RF indesejada e como reduzir sua circulação.
Uma próxima experiência do laboratório PY2ERP
Em uma próxima publicação, pretendemos realizar testes práticos utilizando o NanoVNA e outros instrumentos de medição.
A proposta será comparar diferentes núcleos de ferrite, observar a resposta em frequência e avaliar o comportamento de um choke de modo comum.
Assim, poderemos complementar os dados dos fabricantes com medições próprias realizadas em bancada.
Conhecimento técnico, medição e experimentação: esse é o caminho para compreender a radiofrequência.
73!
PY2ERP – Radioamadorismo, Eletrônica, RF e Projetos.
Referências bibliográficas
- BROWN, Jim (K9YC). A Ham’s Guide to RFI, Ferrites, Baluns, and Audio Interfacing. Revisão 7, janeiro de 2019.
https://n1mmwp.hamdocs.com/wp-content/uploads/attachments/RFI-Ham.pdf - BROWN, Jim (K9YC). A New Choke Cookbook for the 160–10M Bands. Material técnico sobre chokes de modo comum para radioamadorismo.
http://k9yc.com/2018Cookbook.pdf - FAIR-RITE PRODUCTS CORP. 31 Material Data Sheet. Características magnéticas e aplicações do material 31.
https://fair-rite.com/31-material-data-sheet/ - FAIR-RITE PRODUCTS CORP. Round Cable EMI Suppression Cores – Model 2631665702. Dados técnicos de impedância em função da frequência.
https://fair-rite.com/product/round-cable-emi-suppression-cores-2631665702/ - FAIR-RITE PRODUCTS CORP. Technical Information – Ferrite Materials. Informações sobre seleção de materiais e características dos núcleos.
https://www.fair-rite.com/wp-content/uploads/2023/05/Fair-Rite_Catalog_17th_Edition.pdf
Nota editorial: Os dados de impedância apresentados correspondem ao componente específico indicado e às condições de ensaio do fabricante. Não representam medições realizadas pelo PY2ERP. Este artigo possui finalidade educacional e não substitui a análise técnica de cada instalação.
Links fontes tecnicas para conferir:
31 Material® Data Sheet – Fair-Rite
Round Cable EMI Suppression Cores (2631665702) – Fair-Rite
Fair-Rite_Catalog_17th_Edition.pdf
Blog
Esta secção fornece uma visão geral do blog, apresentando uma variedade de artigos, perspetivas e recursos para informar e inspirar os leitores.
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