Comment tester la perte d'insertion des noyaux toroïdaux en ferrite

1. Comprendre la perte d'insertion

L'affaiblissement d'insertion quantifie la réduction de la puissance du signal lorsqu'un noyau toroïdal en ferrite est inséré dans un circuit, exprimée en décibels (dB). Il reflète la capacité du noyau à supprimer les interférences électromagnétiques (IEM) en atténuant les signaux indésirables. La formule de l'affaiblissement d'insertion est :

où Vsans noyau est la tension du signal sans noyau, et Vavec noyau est la tension avec le noyau inséré.

2. Facteurs clés influençant la perte d'insertion

• Composition du matériau : Les ferrites nickel-zinc (NiZn) excellent dans les applications à haute fréquence (1 MHz–1 GHz), tandis que les ferrites manganèse-zinc (MnZn) sont mieux adaptées aux basses fréquences (1 kHz–1 MHz).
• Géométrie du noyau : La taille, la forme et le nombre de spires du noyau ont un impact direct sur son impédance et, par conséquent, sur les pertes d'insertion.
• Fréquence : Les pertes d'insertion augmentent avec la fréquence, atteignant un pic à la fréquence de résonance du noyau avant de diminuer.
• Température : Des températures élevées peuvent réduire la perméabilité magnétique d'un noyau, modifiant ainsi ses caractéristiques de perte d'insertion.

3. Méthodes d'essai

Méthode 1 : Analyseur de réseau (la plus précise)

Un analyseur de réseau mesure l'impédance du noyau sur une plage de fréquences, permettant un calcul précis des pertes d'insertion.

Étapes :

1. Étalonnage : Étalonnez l'analyseur de réseau à l'aide d'un kit d'étalonnage (circuit ouvert, court-circuit et étalons de charge) pour garantir la précision.
2. Configuration de test:
   • Enroulez un nombre spécifié de tours (par exemple, 5 à 10) autour du noyau en utilisant un fil à résistance minimale.
   • Connectez le cœur au réseau via des câbles coaxiaux ou des dispositifs de test.
   • Veillez à ce que le noyau soit centré et que les enroulements soient uniformes afin de minimiser les effets parasites.
3. Balayage de fréquence : Effectuez un balayage de fréquence (par exemple, de 1 MHz à 1 GHz) et enregistrez l'impédance ( Z ) et l'angle de phase ( θ).).
4. Calculer la perte d'insertion:
   • Convertir l'impédance en coefficient de réflexion ( Γ ) : Γ = Z + Z₀ / (Z − Z₀) , oùZ0​ est l'impédance caractéristique (typiquement 50 Ω).
   • Calculez la perte d'insertion en utilisant la perte d'insertion (dB)=−20log10​∣Γ∣ .

Avantages : Haute précision, large gamme de fréquences et capacité d'analyser l'impédance et la phase.

Limites : Équipement coûteux et nécessite une expertise technique.

Méthode 2 : Générateur de signaux et analyseur de spectre (alternative économique)

Cette méthode utilise un générateur de signaux pour produire un signal de test et un analyseur de spectre pour mesurer la puissance du signal avant et après l'insertion du noyau.

Étapes :

1. Configuration de test:
   • Connectez le générateur de signaux à un diviseur de puissance ou à un coupleur directionnel pour diviser le signal en deux chemins : un avec le noyau et un sans.
   • Enroulez le noyau un nombre de tours précis et placez-le sur un seul chemin.
   • Connectez les deux chemins à l'analyseur de spectre.
2. Mesurer la puissance du signal:
   • Enregistrez la puissance du signal ( Psans noyau ) sans le noyau.
   • Insérez le noyau et enregistrez la puissance du signal ( P avec noyau).).
3. Calculer la perte d'insertion:
   • Utilisez la formule Perte d'insertion (dB)=10log10​(Pavec noyau​Psans noyau​) .

Avantages : Coût inférieur à celui d'un analyseur de réseau et adapté aux tests de base.

Limitations : Moins précis en raison des erreurs de mesure potentielles dues aux pertes dans les câbles ou aux inadéquations d'impédance.

Méthode 3 : LCR-mètre (test basse fréquence)

Un LCR-mètre mesure l'inductance ( L ), la résistance ( R ) et le facteur de qualité ( Q ) à basses fréquences (généralement en dessous de 1 MHz).

Étapes :

1. Configuration de test:
   • Enrouler un nombre précis de tours autour du noyau.
   • Connectez le noyau au multimètre LCR à l'aide de cordons de test.
2. Paramètres de mesure:
   • Enregistrez l'inductance ( L ), la résistance ( R ) et le facteur de qualité ( Q ) à la fréquence de test.
3. Estimer la perte d'insertion:
   • Pour les applications basse fréquence, la perte d'insertion peut être approximée à l'aide de l'impédance du noyau ( Z = R + jωL ) et de la formule Perte d'insertion (dB) ≈ 20 log₁₀(Z₀|Z|) , oùZ0​ est l'impédance caractéristique.

Avantages : Simple et économique pour les tests à basse fréquence.

Limitations : Limité aux basses fréquences et ne fournit qu'une estimation de la perte d'insertion.

4. Meilleures pratiques pour des tests précis

• Étalonnage : Étalonnez toujours votre équipement avant les tests afin d’en garantir la précision.
• Enroulement uniforme : Veillez à ce que le fil soit enroulé uniformément autour du noyau afin de minimiser les variations d'impédance.
• Contrôle de la température : Effectuez les tests à température stable, car les fluctuations de température peuvent affecter les propriétés magnétiques.
• Évitez les effets parasites : utilisez des câbles de test courts et minimisez la résistance de contact afin de réduire la capacité et l’inductance parasites.
• Mesures multiples : Effectuez plusieurs mesures à chaque point de fréquence et calculez la moyenne des résultats afin de réduire les erreurs aléatoires.

5. Interprétation des résultats

• Réponse en fréquence : Tracez la courbe de perte d’insertion en fonction de la fréquence pour identifier la plage de fréquences efficace du noyau. Une perte d’insertion plus élevée indique une meilleure suppression des interférences électromagnétiques.
• Pic de résonance : La perte d'insertion du noyau atteindra son maximum à sa fréquence de résonance, qui dépend de son inductance et de sa capacité parasite.
• Comparaison avec les spécifications : Comparez vos résultats de test avec la fiche technique du fabricant pour vous assurer que le noyau répond aux critères de performance requis.

6. Applications des essais de perte d'insertion

• Filtrage EMI : Les noyaux de ferrite sont largement utilisés dans les filtres EMI pour supprimer les bruits haute fréquence dans les alimentations électriques, les équipements audio et les systèmes de communication.
• Intégrité du signal : Dans les circuits numériques à haute vitesse, les noyaux de ferrite contribuent à maintenir l'intégrité du signal en réduisant la diaphonie et les interférences électromagnétiques.
• Électronique de puissance : Les noyaux de ferrite sont utilisés dans les inducteurs et les transformateurs pour améliorer l'efficacité et réduire les pertes d'énergie.