Italian Amateur Radio Station IZ8JFD
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IZ8JFD

1 AT 654

SWL I4-2979/BO

Nino, RF choke 1-30 MHz

NINO, RF CHOKE 1-30 MHz

INTRODUZIONE

Nino è un RF choke per le HF, ovvero una impedenza di valore tale da evitare il passaggio di corrente a radiofrequenza lungo la superficie esterna della calza di un cavo coassiale. Tale fenomeno, conosciuto come rientro di RF, si verifica qualora una antenna ed il suo cavo di discesa non sono adeguatamente disaccoppiati, ovvero in tutte quelle situazioni in cui una parte della radiofrequenza irradiata dall’antenna, piuttosto che propagarsi nello spazio, genera una corrente che attraversa la parte esterna della calza del coassiale e ritorna alla radio. Il tutto avviene a causa di un accoppiamento (induttivo, capacitivo o d’altro tipo) esistente, per l’appunto, tra antenna e cavo di discesa. Oltre che un malfunzionamento dell’intera stazione, il rientro di RF rappresenta anche un fastidio per l’operatore (toccando lo chassis della radio o il contenitore metallico di un accessorio collegato alla linea coassiale lungo la quale è presente il rientro, può capitare di avvertire una scossa elettrica), un’alterazione del segnale inviato all’antenna in TX (il rientro di radiofrequenza provoca distorsione alla modulazione) ed un pericolo per il funzionamento della radio (un RTX non è progettato per funzionare in presenza di RF che torna indietro invece che giungere all’antenna ed irradiarsi). Nino serve ad impedire il rientro di radiofrequenza e tutte i problemi legati alla sua presenza. A seconda dell’intensità del rientro, potrebbero servire due o più RF chokes lungo la linea coassiale: nel mio caso, la radiofrequenza che tornava al mio TS-140S era di consistenza tale che sono stati necessarii 5 chokes come Nino lungo il cavo di discesa collegato ad Agata, la mia Windom, e 4 lungo il cavo che va a Turi, il mio dipolo per gli 80 metri. Per realizzare tali 9 chokes ho speso, circa, 10 volte di più di quanto ho speso per autocostruire Agata e Turi, insieme. Senza Nino, però, mi sarebbe stato – letteralmente – impossibile ricetrasmettere in HF.

SCHEMA ELETTRICO

Foto 01
IZ8JFD.it - PROGETTI: RF CHOKE 1-30 MHZ
Foto 01 - Nucleo, avvolgimento, connessioni e contenitore.
Nino è stato realizzato avvolgendo un tratto di cavo coassiale (RG58 o un altro cavo avente diametro pari a 5 mm) su un nucleo toroidale in ferrite: mentre il segnale RF viaggia (in ricezione o in trasmissione) all’interno della linea, il rientro di radiofrequenza percorre il lato esterno della calza del coassiale e, pertanto, si accoppia per induzione al nucleo in ferrite (grazie alla sua permeabilità) creando induttanza ai capi dell’avvolgimento. Ciò non accade al segnale RF presente all’interno del cavo (in viaggio sul conduttore centrale di questo ed sul lato interno della calza), dato che questa si comporta come una gabbia di Faraday: le grandezze elettriche (tensione e corrente) individuate al di fuori di essa rimangono sulla sua superficie esterna e non la attraversano, lasciando immune – alla loro presenza – tutto ciò che è dentro la calza (cioè, dentro il cavo). L’induttanza del cavo avvolto (meglio dire: l’induttanza al di fuori della sua calza) è direttamente proporzionale a detta permeabilità: di conseguenza, la reattanza induttiva incontrata dal rientro di RF nell’attraversare Nino aumenta all’aumentare dell’induttanza all’esterno del cavo con cui esso è stato avvolto; pertanto, tanto più alta è quest’ultima e tanto maggiore è l’impedenza posta da questo choke alla radiofrequenza presente al di fuori della linea coassiale di discesa di una antenna (e lungo detta linea).
Foto 03
IZ8JFD.it - PROGETTI: NINO, RF CHOKE 1-30 MHZ
Foto 03 - I connettori SO239 d'ingresso ed uscita.
Guardando bene l’avvolgimento, si nota come esso è costituito da due metà, a loro volta, realizzate (ciascuna) su una delle metà del nucleo toroidale ed avvolte in modo da risultare in controfase tra loro: di conseguenza, il rientro di radiofrequenza, nell’attraversare il primo dei due semiavvolgimenti di Nino, crea flusso magnetico entro il nucleo in ferrite; percorrendo l’altro semiavvolgimento, il rientro dà origine ad flusso uguale, ma opposto al precedente. Il risultato è che, all’interno del nucleo, i due flussi tendono ad eliminarsi a vicenda, così il choke si comporta come un circuito aperto per la RF che si trova sul lato esterno della calza del coassiale (alla stregua di una interruzione lungo essa). Poichè l’annullamento tra i due flussi non è completo (per diverse ed ovvie ragioni), può essere necessario utilizzare due o più RF chokes come Nino lungo una linea coassiale. In ogni caso, l’efficienza di Nino dipende, in primis, dalla qualità del cavo coassiale usato per l’avvolgimento, dalla precisione con cui questo è stato fatto, e dalla mescola di ferrite impiegata per il nucleo toroidale scelto.

REALIZZAZIONE

Foto 02
IZ8JFD.it - PROGETTI: RF CHOKE 1-30 MHZ
Foto 02 - Vista d'insieme.
Avvolgere il cavo coassiale sul nucleo in ferrite non è una operazione particolarmente critica. Io ho utilizzato l’RG58, ma si può usare l’RG223 o qualunque altro coassiale avente diametro esterno pari a 5 mm. Una raccomandazione è quella di scegliere un coassiale che abbia una calza la cui trama sia la più fitta possibile, tale da non consentire di vedere il dielettrico sottostante, e non un cavo nel quale la calza presenti “buchi” con lati lunghi qualche millimetro. Le spire dell’avvolgimento, per Nino, sono state 8 su una metà del toroide ed 8, in controfase rispetto alle precedenti, sull’altra metà. Ho avvolto quante più spire mi è stato possibile, dato che il rientro di RF da sopprimere, nel mio caso, può essere misurato con una sola parola: indescrivibile. Come nucleo, ho scelto un toroide in ferrite Amidon tipo FT240, avente diametro pari a 6 cm. La differenza tra un nucleo toroidale ed uno più grande (realizzati con la stessa mescola di ferrite) sta, ovviamente, nella quantità di spire che si possono avvolgere con il medesimo cavo: maggiore il numero di spire, maggiore l’induttanza dell’avvolgimento (a parità di frequenza) e – conseguentemente – maggiori la reattanza induttiva e l’impedenza del choke. Un parametro critico è la mescola di ferrite del nucleo: al pari della permebilità, esiste un altro importante parametro (dichiarato, dal produttore, per ciascuna mescola) che indica quali frequenze possono essere attenuate, o soppresse, utilizzando un dato tipo di ferrite nella realizzazione, per l’appunto, di un RF choke. In base a quanto dichiarato da Amidon per le proprie ferriti, la tabella seguente riporta quali mescole possono essere usate per sopprimere quali frequenze:
Mescola Può essere utilizzata per annullare il rientro di RF
31 Da 1 a 300 MHz
43 Da 25 a 300 MHz
61

Da 250 a 1000 MHz

77 Da 1 a 40 MHz
Per autocostruire Nino, io ho utilizzato la mescola 77: la mia Windom ed il mio dipolo per gli 80 metri sono, entrambe, antenne per le HF, pertanto il rientro di RF che dovevo attenuare era compreso tra 1 e 30 MHz. Il mix 77, utile per sopprimere fino a 40 MHz, faceva al caso mio e si è rivelato efficace così come mi aveva garantito Amidon tramite e-mail, nel momento in cui l’uso di un RF choke divenne indispensabile, poco dopo aver installato Agata ed aver riscontrato l’indescrivibile rientro di radiofrequenza di cui soffriva l’antenna.
Foto 05
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Foto 05 - Nino immediatamente dopo il balun di Agata.
Per esempio, avrei potuto usare un nucleo toroidale realizzato con mescola 31 ed avrebbe attenuato tutto lo spettro delle HF e quello delle VHF: il mix 77, comunque, ha risolto il mio problema. Una volta realizzato Nino, è opportuno installarne uno immediatamente a valle del punto di alimentazione dell’antenna ed un secondo all’uscita dell’RTX. Qualora, però, la linea coassiale sia sufficientemente lunga per consentire al rientro di RF di “superare” i chokes situati agli estremi della stessa (come nel mio caso – l’intensità del rientro, infatti, aumenta con la lunghezza del cavo coassiale: più questo è lungo, più superficie esterna della sua calza è coinvolta nell’accoppiamento induttivo parassita, tra antenna e cavo, che dà origine al rientro medesimo), è necessario installare altre impedenze come Nino in punti intermedi della linea e posizionarle in modo che il tratto di coassiale esistente tra due chokes (l’uno successivo all’altro) abbia una lunghezza inferiore o superiore ad un quarto d’onda per la frequenza più alta tra quelle a cui risuona l’antenna.
Foto 04
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Foto 04 - Nino lungo la discesa di Turi.
Nel caso di una antenna monobanda, vanno evitati tratti di cavo (ogni due chokes) di lunghezza paragonabile al quarto d’onda per la frequenza di lavoro dell’antenna in oggetto. Nel caso di una multibanda, considerata la sua frequenza di risonanza più alta, ogni Nino ed il suo successivo devono essere collegati da segmenti di cavo coassiale lunghi più o meno di ¼ d’onda per detta frequenza. Tutto ciò per evitare che, in presenza di rientro di RF, eventuali quarti d’onda nella superficie esterna della calza della linea possano interferire (negativamente ed in qualunque modo) con l’irradiazione dell’antenna.