磁环是业余无线电短波收发器材中不可绕过的一部分。它在射频电路的滤波/陷波、差模/共模抑制、扼流(如巴伦)线路中经常能看到,更别说传统的功率转换、EMC解决、PFC(功率因数校正)。本人认识粗浅,斗胆写一篇关于磁环挑选的小科普,估计有错漏之处,抛砖引玉。
磁环用的材料主要分为铁氧体、金属磁粉、硅钢和非晶体四种大类(这种分法应该不严谨),我对前两种认识的多一点点。他们的外形也很多样,有类似小串珠的、有线缆上卡扣式的、也有常见的环形、两个洞的、E形的、棒状的(用于中波天线)。有时候因为外形,也会叫做磁芯、磁珠、磁棒。

铁氧体磁环
铁氧体磁环(Ferrite,注意不要和fair-rite混淆)的具体材料,还能细分为镍锌铁氧体和锰锌铁氧体,这一类磁环初始磁导率在100-1000左右。磁芯损耗低,尤其是镍锌铁氧体磁环,是绕巴伦的首选。它外观上也长得像传统玩的那种灰黑色磁铁。
磁芯损耗是指磁芯材料因磁滞、涡流和剩余效应等原因而导致的能量损失。
涡流就是在磁铁材料内部感应出了电流,这些电流白白变成热能了。磁滞现象是磁化过程中为了克服摩擦而发出的热量。剩余损耗是磁感应强度B变化滞后于磁场强度变化,这样会引发能量损耗。[这里我可能解释不对,请指正]
铁氧体磁环因为其材质,有时候用Ni、 Mn来缩略指代。这类铁氧体一般会上一层清漆,不涂漆的表面粗糙容易掉粉、发挥。这一类磁环的用途主要是线缆滤波,比如常见的(打印机等)数据线上的一个塑料外壳“结包”

锰锌铁氧体磁环容易获磁、失磁。初始磁导率Ui 比铁氧体高,1000k+的样子?外观上看比较平滑不易掉粉,颜色深。如果有上漆,也一般涂的是墨绿漆。细分材质编号通常是K5,K5B,K7这样K开头的。
金属磁粉磁环
金属磁粉材料也叫做铁粉芯材料,含有树脂、羧基粘合物(?)和铁磁粉。它也细分为很多不同材料配方后缀,比如 -2 -8 -10 -14 -18 -26 -28 -33 -38 -40 -45 -42等。

它的初始磁导率在10-100左右。这一类磁环一般在业余无线电上用的都是比较小的,拿来做陷波线圈(想起了做usdx绕磁环的恐惧),他们有的是直流饱和特性良好,有的适合高频,有的常用功率转换、线路滤波等。-8 -2 -33这三种材料的线性度都比较好,但-33的磁芯损耗偏高。一般陷波用-8的多。
这么多材料,怎么区分?好在有一套涂漆的标准(见下表)。
| 材料后缀 | 初始磁导率 | 涂漆 |
| -2 | 10 | 红/透明 |
| -8 | 35 | 黄/红 |
| -10 | 6 | 黑/透明 |
| -14 | 14 | 黑/红 |
| -18 | 55 | 绿/红 |
| -26 | 75 | 黄/白 |
| -28 | 22 | 灰/绿 |
| -33 | 33 | 灰/黄 |
| -38 | 85 | 灰/黑 |
| -40 | 60 | 绿/黄 |
| -45 | 100 | 全黑 |
| -52 | 75 | 绿/蓝 |
硅钢磁环和非晶体磁环
这两种我接触得很少,硅钢磁环在结构上,是数个薄片叠压/卷绕而成。硅钢磁环按具体合金材料,还细分为铁硅铝、坡相合金、铁硅钼。有的文章还提到一种蓝色涂漆的高磁通磁环,不知道材质应该分到哪一类。具体材质后缀也有-026、060、075、090、125、147、160等。常用于开关电源输出扼流圈、PFC(功率因数校正)电感及谐振电感、线路噪音滤波。
非晶体磁环的初始磁导率在10k~数百k,一般是塑料外壳,拆开里面是绕带的,因为它质地比较脆,容易碎。常用于绕制共模电感,抑制低频传导干扰。 无线电应用我目前没见过。
Amidon编码和Fair-rite货号
刚才的介绍里,我们都注意到磁环有一个。有时候我们会听到HAM说“FT240-43”,有时候又看到一串10位数编码(有时候还会标注是“fairrite”)。这两个有什么对应关系?
有,但不完全有。先说第一种编码,FT开头的编码系统是美国业余无线电圈的Amidon命名法,FT表示ferrite trodoid(铁氧体磁环),后面跟着的数字代表外径(单位是0.01英寸),比如FT114=1.14''英寸,意味着外径29mm。横杠后面的就是材料配方号了。
但是它究竟是哪种fair-rite牌的磁环?
fair-rite是美国的一家老牌铁氧体磁环工厂(大概有七十多年历史),他们内部有一套货号系统,比如5943001001。前缀的两位数59表示系列(偶尔能看到26开头的),紧跟着的两位数代表材料配方(就是刚才FT240-43的那个43)。后面六位数是内部序号,没什么规律(对了,倒数第二位代表涂层材料,1是聚对二甲苯,2是热固性塑料,0表示没图层)
如果想要知道对应关系,只能去它的商品页查阅内外径高度,再去toroids.info看能不能归类到某种Amidon编码里。
当然磁环不止Fair-rite一家生产,早期的业余无线电文章里提到的NXO-100 NXO-80等属于国产编号,此外还有NGO、GTO、Rx**C、R*H*等系列。个人觉得国内的厂家货品基本上是工业上用,没有专门开产线给HAM圈,加上路径依赖,大家就习惯Amidon / Fair-rite体系。
注意部分国产型号它实际上只定义了磁导率、电阻率、磁通密度、工作频率等特性,同一个型号的外形尺寸反而有多种规格,比如NXO-100就至少有8种尺寸规格,其中4种环形,4种双孔的,给选购带来了小小的不便。
那我们找一个看看
先随便打开一个磁环的经销商销售页面,看一下它有什么参数标识。我这里查是5943001101
这个磁环来自unibalun——一个可自定义变换比的Balun/UnUn设计,它需要配合一枚大一些的FT82-43(5943000601)来使用。
贸泽(Mouser)的仓库显示:


可以看到它是铁氧体(Ferrite)磁环,外径13、内径7.9、高度6.4,材料配方是“43”,散装(Bulk)销售。
再打开它厂家的页面 环形 (5943001101) - Fair-Rite ,有四个选项卡,基本信息、电气信息、机械信息、材料信息。
基本信息里描述了它的基本材质、尺寸、用途(这里是“抑制20 MHz至250 MHz的传导EMI。这种材料还用于电感应用,如高频共模扼流圈。”),并特意列出了-43材料特性,他给了几个参数:初始磁导率(Initial permeability,μi)、剩余磁通密度Br、矫顽力Hc、损耗因子 tanδ/μi、初始磁导率温度系数 αμi 。
通俗地说,初始磁导率越大,同样电流下电感就越高,但是过高的电感容易饱和。-43材料的磁导率属于中等水平,官方也提到常用于EMI扼流、可调变压器。
电气常数不关心的不用特地看

Σl/A(Core Constant) 磁芯常数:用于估算磁阻(relectance)。简单理解:它表示磁性对磁通的阻力,越大,电感量就越小。
le(Effective Path Length) 有效磁路长度——不好意思我也不知道这是啥
Ae(Effective Cross-Sectional Area) 有效截面积:这个是用来计算磁通密度B的,B = Φ / Ae。它越大,磁性饱和能力越高。
Ve(Effective Core Volume) 有效磁芯体积——它越大,能承受功率越大,但也有副作用,损耗也可能越高(功率转换用途,比如做具有变压/阻抗变换的balun/unun就要注意)
AL(Inductance Factor) 电感系数:每匝线圈在磁芯上产生的电感量,单位是nF/匝²。算电感值用
或者你看磁环的用户手册也行,信息类似

fair-rite商品页底下还有几个曲线图,展示了随着频率上升、磁导率的下降情况(注意横坐标),以及磁导率随着温度变化的曲线(可以看出在160°C以后迅速下降)。第三个图是在基准频率(10khz)下的磁滞回线(简单来说就是随着磁场强度H变化,磁通密度B的变化,很明显看出来饱和现象),以及不同频率下,磁通随着温度或直流偏置下降的曲线。
有几个需要了解的指标,比如居里温度Tc,它应该是130°C左右,一旦超过这个温度,它就失去了铁磁性,实际上可用工作温度上限还要再降 20–30 °C,所以一定要注意磁环的工作负载。
还有电阻率 ρ (单位Ω·cm),电阻率越高,高频涡流损耗越低。锰锌材料大约在 10²–10⁴Ω·cm,镍锌会更高三个数量级。
如果小时候当过熊孩子,拆过电源的变压器部分绕组,应该看过的薄薄的变压器硅钢铁片叠起来的样子,每片做那么薄就是为了减少涡流损耗。
那么,究竟该如何选?
本着实用原则,我首先建议初次DIY的HAM抄作业,能少走很多弯路。比如。
如果想要自己选购,首先是注意最高(短时)耐受功率,考虑到FT8等高占空比的应用(就是发射很密集频繁),可以留出2倍余量,避免过度发热。比如我用QRP机器,最高功率5W,那么就可以考虑选用最高耐受25W或者20W的。按前人经验来说,FT240-43能耐受500W,FT114-43大概150W,FT82-43约50W。
关于缠绕的漆包线,建议用聚氨酯涂层QA的。比较大的磁环,漆包线径选择1mm或1.2mm左右,小的就选0.65mm。有的店家会用 中国线规CWG和美国线规AWG来标记。
其次是注意工作频率,磁环的磁通/磁导和频率有关,官方页面图表也展示了这一点。注意这个工作频率取决于用途,比如有的HAM提到NXO-100谐振电感最高可用工作频率15Mhz,所以不适合HF。我觉得你如果拿他做巴伦可以不用管15Mhz的限制(它是扼流作用,15Mhz的限制并不要紧。)当然你不放心可以买NXO-80,NXO-80的最高可用工作频率是50Mhz还是30Mhz来着。
那么,哪里去买呢?
个人比较推荐在立创商城的海外代购页面买磁环。你不需要付国际运费,只需要付一点点关税,而且国内运费券经常也能薅到,属于非常优惠了,而且能保证是正品。缺点是要耐心付出一两周的等待。像是贸泽(Mouser)和得捷(Digikey)都是较大的电子元件仓储商,但你事先要确定好货号再下单。这里提供一些常见Amidon型号和fair-rite货号的对应关系 (我真的没收fair-rite广告费XD)
| Amidon 编号 | fair-rite编号 | 材料 | 外径mm | 内径mm | 高度mm | 单只参考价格/元 |
| FT140-43 | 5943002701 | 镍锌 | 35.5 | 23 | 12.7 | 30 |
| FT114-43 | 5943001001 | 镍锌 | 29 | 19 | 7.5 | 14 |
| FT114-43 | 2643801002 | 镍锌 | 29 | 19 | 7.5 | 12 |
| FT240-43 | 5943003801 | 镍锌 | 61 | 35.5 | 12.7 | 81 |
| FT240-43 | 2643803802 | 镍锌 | 61 | 35.5 | 12.7 | 56 |
| FT82-43 | 5943000601 | 镍锌 | 21 | 13 | 6.35 | 11 |
| FT82-43 | 5943001801 | 镍锌 | 22.1 | 13.7 | 6.35 | 6 |
| / | 5943001101 | 镍锌 | 13 | 7.9 | 6.35 | 5 |
| FT50-43 | 5943000301 | 镍锌 | 12.7 | 7.15 | 4.9 | 4 |
| / | 2643625002 | 镍锌 | 15.9 | 7.9 | 14.28 | 8 |
| FT37-43 | 5943000201 | 镍锌 | 9.5 | 4.7 | 3.3 | 12 |
附加内容:如何测试磁环的磁导率
有一种简便算法,就是先测量磁环外径D、内径d、环高h (单位均为mm),接着大概用漆包线绕个十来圈(圈数n),然后测此时的电感量L(单位uH),磁环本身的磁导率u=2500*L*(d+D)/[(D-d)*h*L²]
本来还想提一嘴磁环的绕法(比如电流巴伦、电压巴伦的区别),觉得敲太长了,以后有空再开一个帖子吧