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Einrichtung zur Verhinderung der magnetischen Kopplung zwischen Spulen.
Für viele Zwecke, insbesondere bei Radioübermittlungssystemen ist es ülieh, Spulen zu verwenden, von welchen jede einen offenen magnetischen Kreis aus nichtmagetischem Material besitzt.
Der Strom in einer solchen Spule erzeugt einen magnetischen Flux, dur sich nach allen Richtungen über eine gewisse Entfernung ausbreitet und im allgemeinen andere Spulen beeinflusst, die gegebenenfalls in der Nähe liegen, wodurch zwischen den Spulen eine magnetische Kopplung hervorgerufen wird. Um eine derartige magnetische Kopplung zwischen zwei Spulen zu verhindern, pflegte man sie derart anzuordnen, dass die Achse der einen Spule in der Mittelebene der andern liegt und beide Achsen aufeinander senkrecht stehen. Auf diese Weise können nur drei Spulen derart angeordnet werden, dass keine Kopplung zwischen je zweien stattfindet, da nicht mehr als drei untereinander senkrecht stehende Richtungen im dreidimensionalen Raum möglich sind. Weiters ist diese Art der Anordnung nicht bequem, da jede Spule in verschiedener Weise zu lagern ist.
Eine weniger gebräuchliche Massnahme zur Verhinderung magnetischer Kopplung besteht darin, jede Spule zur Gänze in ein metallisches Gehäuse einzuschlissen, doch ist diese weitaus kompliziertere Bauart gewöhnlich nicht erwünscht und der Verlust durch Wirbelströme in den metallischen Wandungen bildet einen Nachteil.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, eine Anzahl von Spulen derart unterzubringen, dass alle in gleicher Art angeordnet werden können, ohne dass zwischen beliebig zweien derselben eine magnetische Kopplung auftritt. Die Erfindung besteht darin, dass die Mittelpunkte aller Spulen in derselben Geraden liegen und die Spulenachsen parallel zueinander sind. Der Winkel zwischen jeder Spulenachse und der Verbindungslinie der Mittelpunkte aller Spulen ist erfindungsgemäss jener Winkel, dessen Tangente gleich \/2 ist, der also ungefähr 54'7'beträgt. Für alle praktischen Zwecke jedoch kann der Winkel mit ungefähr 550 angenommen werden, obgleich durch naheliegende Drähte, Apparate usw. hervorgerufene Einflüsse eine Änderung des Winkels für den Nullwert der magnetischen Kopplung um 1-30 gegenüber dem errechneten Wert bedingen.
In Fig. 1 ist die der Erfindung zugrunde liegende Ableitung des Spulenwinkels veranschaulicht, Fig. 2a gibt eine Ansicht von oben auf einen mehrstufigen Verstärker, der mehrere Spulen in seiner Schaltung verwendet. Fig. 2 b zeigt die Lagen der Spulen zueinander im Sinne der Erfindung, Fig. 2 c zeigt die Bauart einer aus Kondensator und Spule bestehenden Einheit der Fig. 2a, Fig. 2d ist ein Schaltungschema für den in Fig. 2a veranschaulichten Verstärker ; Fig. 3a ist eine Draufsicht auf einen Radioempfänger mit Rückkopplung, bei welchem die Erfindung in Anwendung kommt. Fig. 3b zeigt die Schaltung dazu und Fig. 4 zeigt die Art, in welcher der Winkel der Spulen nach Fig. 3a und 3b festgelegt ist.
In Fig. 1 bezeichnen die Buchstaben Li und L2 zwei Spulen, deren Achsen horizontal sind und in der Zeichenebene liegen und deren Abmessungen im Verhältnis zum Abstand zwischen ihnen klein sind.
Es ist bekannt, dass das magnetische Potential, welches in irgend einem Punkte durch einen Strom in einem linearen Stromkreis hervorgerufen wird, proportional dem körperlichen Winkel ist, welcher durch den Stromkreis und diesen Punkt bestimmt ist. Demzufolge wird das bei L2 durch einen Strom LI hervorgerufene magnetische Potential proportional sein
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Dieser Ausdmck wird offenbar Null, wenn
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so dass
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zufolge als den gewünschten Winkel jenen, dessen Tangente gleich V'2 ist, der also annähernd 54 : 70 oder rund 550 ist.
(Nebenbei möge bemerkt werden, dass dieser Winkel gleich ist dem Winkel zwischen der Diagonale und einer Kante eines Würfels.) Obgleich obige Ableitung nur dann genau passt, wenn die Spulen im Verhältnis zu ihren Abmessungen weit voneinander entfernt liegen, hat man trotzdem experimentell gefunden, dass Spulen, deren axiale Länge zwei Drittel ihres Durchmessers beträgt, nahezu miteinander in Berührung gebracht werden können, ohne den Wert des Winkels für die Nullkopplung um mehr als einige wenige Grade zu ändern.
In dem besonderen Fall, wo der radiale Abstand zwischen den Spulen auf ein Sechstel ihres Durchmessers verkleinert wird, vergrössert sich der Winkel nur auf 570 ; wenn der Abstand zwischen den Spulenflächen, gemessen auf einer zu den Achsen normalen Verbindungslinie gleich ist dem Durchmesser, ist der Winkel nicht unterscheidbar von dem idealen Näherungswerte von 55 .. (Das Verhältnis zwei Drittel der axialen Länge zum Durchmesser ergibt annähernd den geringsten Widerstand für eine Spule mit einer einzigen Lage starken Drahtes bei hoher Frequenz für eine gegebene Selbstinduktion und ein gegebenes Volumen der Spule.) Bei Hochfrequenzverstärkern,
insbesondere bei abgestimmten Hochfrequenzverstärkern ist es wünschenswert und gewöhnlich notwendig, jede unerwünschte Kopplung zwischen Eingangs-und Ausgangskreis jeder Vakuumröhre zu vermeiden. Eine kapazitive Kopplung kann bekanntlich durch Einschaltung einer Kapazität beseitigt werden, welche die Kopplungskapazität der Vakuumröhre und der Verbindungen neutralisiert. Eine magnetische Kopplung zwischen den Transformatoren kann in geeigneter Weise gemäss der Erfindung durch die in den Fig. 2a, 2b und 2d veranschaulichte Anordnung beseitigt werden.
Fig. 2a ist eine Ansicht von oben eines zweistufig abgestimmten Hochfrequenzverstärkers und Detektors, der in dem besonderen Fall drei Transformatoren , TnRd Tg besitzt. Diese Transformatoren sind in Fig. 2b im Aufriss dargestellt und das vollständige Schaltungsschema in Fig. 2d veranschaulicht.
Die sekundären Spulen dieser Transformatoren sind auf isolierende Zylinder gewickelt. Die primären Spulen von T2 und Tg sind gleichfalls auf isolierende Zylinder gewickelt und innerhalb der zugehörigen Sekundärspulen angeordnet, T1 ist zweckmässig ein A1 ; ltotransformator.. Alle sekundären Windungen sind durch parallel geschaltete variable Kondensatoren abgestimmt.
Die Primärkreise haben relativ kleine Kapazitäten und die primären Spulen besitzen gewöhnlich weitaus weniger Windungen als die sekundären Spulen ; demzufolge haben die Hochfrequenzströme im Primärkreis im Verhältnis zu den
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Fig. 2b zeigt die Lage der sekundären Spulen zueinander, die nach der Erfindung einen Winkel von 550 zwischen ihren Achsen und der Verbindungslinie ihrer Mittelpunkte aufweisen, wodurch, wie
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dungen, sondern vermindert dadurch auch unerwünschte Kapazitätswirkungen. Durch eine solche feste
Lagerung jeder Spule auf ihrem zugehörigen variablen Kondensator, der seinerseits, wie aus den Fig.
2a und 2b ersichtlich, an einem Brettchen befestigt werden kann, kann die Spule rasch in den gewünschten
Winkel eingestellt werden, wobei die Sicherheit besteht, dass dieser Winkel stets bestellen bleibt.
Bei der Anwendung der Erfindung muss Sorge getragen werden, Metaihnassen, insbesondere . magnetisches Metall und geschlossene elektrische Kreise so weit als möglich ausserhalb der magnetischen 'Felder der Spulen zu verlegen, da diese das Bestreben haben würden, die Kraftlinien abzulenken und so eine magnetische Kopplung hervorzurufen. Die von den Leitungen jeder Spule gebildete Schleife kann eine geringe Wirkung auf den Spulenwinkel haben. Wegen der unvermeidlichen störenden Einflüsse dieser Art kann es zweckmässig sein, den Spulenwinkel schliesslich experimentell einzustellen.
Bei den
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in Fig. Sa, 2b und 2d dargestellten Verstärkern wird dieses Resultat durch solche Festlegung des Spulenwinkels erreicht, dass die Einstellung der neutralisierten Kapazitäten C-weiche Einstellung eine resultierendeNullkoppIung zwischen den Stufen ergibt-sich sowohl für lange als auch für kurze Wellen-
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frequenz und auch für sulche fiir Kiederfrequenz und Übrrhaupt fiir jede Form von Transformatoren oder Spulen mit oder ohne Eisenkern in Anwendung treten kann, zwischen welchen keine magnetische Kopplung erwünscht ist.
Eine weitere wertvolle Verkörperung der Erfindung besteht in ihrer Anwendung auf eine gewöhnliche
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die in bezug auf Li beweglich ist. L3 ist die Hauptsekundärinduktionsspule und L4 die in bezug auf La bewegliche Anodenspule. C1 und C3 sind variable Kondensatoren, die mit geerdeten Metallkasten umgeben sind. zist eine Vakuumröhre in einem Halter und R ein Widerstand zur Regelung des Heizstromes des Fadens.
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erhalten, ist es wünschenswert, jegliche Kapazitätskopp'ung zwischen diesen Kreisen zu vermeiden und die ganze magnetische Kopplung auf die Spulen L1 und L2 zu beschränken.
Eine kapazitive Kopplung zwischen den variablen Kondensatoren Cl und Cg ist hier durch elektrostatische Abschirmung dieser Kondensatoren, wie in Fig. 3a angedeutet, vermieden. Eine kapazitive Kopplung zwischen den Spulen LI und Le ist dadurch auf ein vernaehlpssigbares Mass vermindert, dass die Spulen entsprechend weit von-
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kapazitive Kopplung zwischen den Spulen LI und L2 wird durch die Verwendung der Hilfsspule La' neutralisiert.
Die übrigbleibeude unerwünschte Kopplung, d. i. die magnetische Kopplung zwischen den Spulen LI und Lg wird gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden, dass, wie aus Fig. 3a ersichtlich, diese Spulen mit parallel und unter einem Winkel von rund 550 zur Verbindungslinie der Mittelpunkte liegenden Achten angeordnet werden. In diesem Falle ist es jedoch zweckmässig, die Spulen so anzuordnen, dass ihre Achsen auch unter 450 zur Rotationsachse der Spulen L2 und L4 liegen ;
denn diese Anordnung ermöglicht die Kopplung von 0 bis zum Maximalwert während des Drehens der Spulen L2 und L., um einen Winkel von 180 zu ändern, wodurch eine genaue Regelung der Kopplung erreichbar wird. Die Richtung der Achsen der feststehenden Spulen kann, wie in Fig. 4 angedeutet, bestimmt werden. Diese Figur zeigt einen Oktanten einer Kugel ; der Bogen C-D liegt auf der Kugel- fläche, 0 ist der Kugelmittelpunkt und A der Punkt auf der Kugelfläche unmittelbar über O. Im allgemeinsttn Fall endigen die Mittelpunktverbindungslinien, die Rotationsachse sowie die Achse der Spule bei D bzw. C und B.
In diesem Falle würden die Linien.-l-D, A-C und A-B Projektionen
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ist, wobei beide Winkel in gleicher Richtung zu nehmen sind. In dem speziellen Fall, wo die beiden Winkel einander gleich sind, die Achsen also parallel liegen, lautet die Beziehung so, dass das Quadrat der Tangente
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der eine dieser Winkel zwischen der zweiten Achse und der Mittelpunktverbindungslinie der Spulen und der andere Winkel jener ist, der zwischen der Projektion und der Mittelpunktverbindungslinie der Spulen liegt, wobei beide Winkel wieder in gleicher Richtung zu nehmen sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verhinderung der magnetischen Kopplung von Spulen, insbesondere in mehrstufigen Hochfrequenzverstärkerschaltungen, welche mindestens zwei Spulen enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass diese Spulen zueinander so angeordnet sind, dass das Produkt aus der Tangente des Neigungswinkels zwischen der Achse einer der Spulen und der Mittelpunktverbindungslinie und der Tangente des Winkels zwischen der Mittelpunktlinie und der Projektion der Achse irgendeiner der ändern Spulen auf die Ebene, welche durch die Verbindungslinie und die Achse der ersten Spule bestimmt ist, gleich 2 ist, wobei der Wert der Tangenten zwischen 0 und oo, ohne Einschluss dieser Grenzwerte liegt.