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Hochfrequenzspule.
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Die Erfindung geht aus von einer Hochfrequenzspule, welche aus mindestens zwei in Reihe geschalteten, in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Teilspulen besteht, von denen jede infolge ihrer Aus- führung voraussetzungsgemäss eine ungleichmässig über den Spulenleiter verteilte Kapazität und/oder
Induktivität besitzt.
Erfindungsgemäss werden zur Lösung der erwähnten Aufgabe diejenigen End- windungen der Spule miteinander verbunden, für welche das Produkt aus Induktivität und Kapazität den kleineren Wert besitzt, und gleichzeitig wird der Abstand der beiden Teilspulen voneinander und gegebenenfalls von einem benachbarten elektrischen Leiter so gewählt, dass die sonst vorhandenen Ungleichmässigkeiten des Produktes aus Induktivität und Kapazität durch die zwischen den Teil- spulen wirksamen Kapazitäten bzw. die zwischen einer Teilspule und dem genannten Leiter wirksame
Kapazität für mindestens zwei Teilspulen im wesentlichen ausgeglichen werden.
Die Berücksichtigung der Kapazitätsverhältnisse gegenüber dem benachbarten elektrischen Leiter gestattet den weitgehenden Ausgleich der Ungleichmässigkeiten auch bei unsymmetrischer Anordnung der beiden in Serie geschalteten Spulen gegenüber einer zu der Achse des Wickelkörpers senkrechten, zwischen je zwei Spulen liegenden Ebene. In einem solchen Fall soll ein Wieklungsende der die kleinere Induktivität aufweisenden Spule mit dem benachbarten Leiter elektrisch verbunden sein. Die Anordnung wird zweckmässigerweise so getroffen, dass die Spule von kleinerer Induktivität eine grössere verteilte Kapazität in bezug auf den benachbarten Leiter besitzt, wobei das äussere Wicklungsende dieser Spule mit dem Leiter verbunden ist, während die inneren Wicklungsenden der Spule miteinander verbunden sind.
Unter Benutzung des Prinzips der Erfindung lässt sich eine Spulengruppe für mehrere Frequenzbereiche aufbauen, in welcher mit der Hoehfrequenzspule nach der Erfindung mindestens eine Selbstinduktion kleinerer Induktivität in einem gewissen Abstand zu der genannten Hoehfrequenzspule konstruktiv vereinigt ist. Als benachbarter elektrischer Leiter im Sinne der vorangegangenen Ausführungen ist im Falle der Abschirmung der Spulengruppe der vorhandene metallische Schirm zu betrachten. Zur feineren Anpassung der Kapazitätsverhältnisse an den gewünschten Zustand kann noch ein weiterer Hilfsschirm vorgesehen sein, der in der Nähe der kleineren Spule angebracht und direkt mit dem äusseren Wieklungsende dieser Spule verbunden ist.
An Hand der einzelnen Figuren der Zeichnungen sei nun die Erfindung noch genauer beschrieben.
Bei der Besprechung der Fig. 1--4 sollen auch die theoretischen Grundlagen der Erfindung, soweit sie zur Klärung nötig sind, noch etwas genauer erörtert werden. Dabei wird in Fig. 1 für die Unter- stellung der durch die Unhomogenität eintretenden Folgen die betrachtete Spule in Einzelelemente zerlegt und dafür das elektrische Ersatzsehema unter Berücksichtigung der Kapazitäten aufgestellt. An Hand von Fig. 3 werden die Verhältnisse bei Anwesenheit eines benachbarten elektrischen Leiters und unsymmetrischer Ausbildung der Spulenanordnung untersucht.
Die Fig. 5 stellt Messergebnisse an Spulenanordnungen dar und zeigt den durch die Erfindung erzielten Vorteil, nämlich das Versehwinden der störenden Ausgleichströme bzw. der dadurch verursachten Erhöhung der scheinbaren Nebenschlusskapazität. Die Fig. 6 zeigt eine unter Benutzung der Erfindung aufgebaute Spulengruppe mit einem umgebenden Schirm für mehrere Frequenzbereiche. Die Spule 10 in Fig. 1 ist entsprechend der Erfindung ausgeführt. Im rechten Teil der Figur ist die Spulenkonstruktion im Schnitt gezeigt, während im linken Teil die einzelnen Impedanzelemente in Form eines elektrischen Ersatzschaltbildes schematisch dargestellt sind. Die Spule besteht aus zwei auf der gleichen Achse ange-
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Enden 13 und 15.
Die inneren Enden 13 und 15 sind durch die Leitung 16 miteinander verbunden, so dass die Teile 10 a und 10 b in Reihe geschaltet sind. Beide Spulenteile sind auf dem Zylinder 11 symmetrisch in bezug auf eine dazwischenliegende Ebene, welche durch die Linie 17 angedeutet ist, angeordnet. Die Spulenteile sind mit entgegengesetztem Wicklungssinn hergestellt, so dass die Gegeninduktivität zwischen beiden die Selbstinduktivität der gesamten Spule vergrössert ; dabei ist der Abstand der beiden Spulenteile voneinander kleiner als ihr grösster Radius, so dass sich eine wesentliche Gegeninduktivität ergibt.
Wenn man die Ungleiehmässigkeiten der Reaktanzverteilung untersuchen will, so ist es zweckmässig, sich die beiden Spulenteile noch weiter unterteilt zu denken, beispielsweise in je zwei Elemente, wie dies im linken Teil der Fig. 1 angedeutet ist. Der Spulenteil 10 a ist aufgeteilt in die Elemente Li
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eben genannten Elemente sind angedeutet durch die Kondensatoren Cl und C2 sowie C'j und ("2'Es ist ferner eine Kapazität C3 zwischen den beiden Spulenteilen und eine Kapazität C4 zwischen den äusseren Enden der beiden Spulenteile vorhanden.
Für eine feinere Untersuchung der Gleiehmässigkeits- verhältnisse müsste man sich die Spulenteile 10 a und 10 b in eine noch grössere Anzahl von Elementen unterteilt denken, wobei sich prinzipiell ähnlich aufgebaute Ersatzschaltbilder ergeben würden. Für die hier anzustellenden Überlegungen genügt jedoch die Aufteilung in je zwei Elemente, auf Grund welcher das Prinzip für den Entwurf einer Spule nach der Erfindung schon erläutert werden kann.
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Verständnis zu erleichtern.
Es wurde bereits erklärt, dass die bemerken Störungen bei ungleichmässigen Spulen dann eintreten, wenn örtliche Ausgleichströme innerhalb von Spulenteilen zum Fliessen
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Kreise l2, la2 und L'2, C'2 gleich und entgegengesetzt der des Kreises Li, L't, Cj, C'l, Cg ist ; da alle drei betrachteten Kreise zwischen den Hauptklemmen 12 und 14 der Spule in Reihe liegen, bilden sie dann einen Kurzschluss für Ströme dieser Frequenz.
Aus diesen Betrachtungen erkennt man, dass dann kein Strom in den Leitern b fliessen wird, wenn der Abstand zwischen den Windungsteilen, welcher die Kapazität Cg bestimmt, so gewählt ist, dass die folgende Beziehung befriedigt wird :
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Wenn die Spulenteile 10 a und 10 b mit ihren inneren Enden verbunden sind, ist I", Cl gewöhnlich kleiner als l2, C2, so dass keine Schwierigkeit besteht, diese Gleichung zu erfüllen. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Kapazität C4 direkt zwischen den Klemmen 1'2 und 14 auftritt und die Verteilung von Kapazität und Induktivität über den Spulenleiter nicht beeinflusst. Die Wahl des Abstandes entsprechend der angegebenen Bedingung (1) bewirkt eine Unterdrückung des zweiten Obertones.
Bei diesen Betrachtungen wurde die Gegeninduktivität zwischen den beiden Spulenteilen vernachlässigt. Das gleiche Prinzip ist jedoch auch für eine Anordnung mit Gegeninduktivität ohne weiteres anwendbar. Derartige symmetrisch aufgebaute Spulen sind besonders in Schaltungen anwendbar, die zwei symmetrisch in bezug auf ein festes Potential arbeitende Teile besitzen, z. B.
Gegentaktanordnungen.
Die Fig. 3 und 4 stellen entsprechende Zeichnungen für den Fall einer unsymmetrisch aufgeteilten
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zwischen den natürlichen Resonanzfrequenzen der einzelnen Spulenelemente mit seinen Auswirkungen auf die Güte der Spule im Prinzip erhalten. Die obenerwähnte Bedingung der Symmetrie ist aber zunächst durch die Konstruktion nicht vorhanden und es sei hier untersucht, wie diese Bedingung elektrisch wiederhergestellt werden kann. Fig. 3 zeigt die Spulenanordnung mit den Spulenteilen 20 a und 20 b, die auf dem Zylinder 21 angebracht sind. Die Spulenteile besitzen die äusseren Enden 22 und 24 und die inneren Enden 23 und 25. Die inneren Enden sind durch die Leitung 26 miteinander verbunden.
Die Teile 20 a und 20 b sind in bezug auf die dazwischenliegende Ebene, welche durch die Linie 27 angedeutet ist, unsymmetrisch angeordnet. Zur Abschirmung ist die Hülle 28 vorgesehen, welche die Spule in gebräuchlicher Weise umgibt. Die äussere Klemme 22 ist direkt mit der Abse, hirmung 28 verbunden. Der äussere Anschluss, welcher zu dieser Klemme führt, ist bei 22 a an der Abschirmung angebracht. Die beiden Spulenteile sind mit entgegengesetztem Wicklungssinn gewickelt, so dass die Gegeninduktivität die Selbstinduktivität der Gesamtanordnung erhöht.
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Dazu ist es also erforderlich, dem Spulenteil 20 a eine kleinere Windungszahl zu geben als dem Spulenteil 20 b.
Wird die erwähnte Bedingung (2) auf diese Weise erfüllt, so ergibt sich eine Unterdrückung des ersten Obertones. Auch bei dieser Überlegung wurde die Gegeninduktivität zwischen den beiden Teilen vernachlässigt, was jedoch die Richtigkeit des Ergebnisses nicht stört.
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In Fig. 5 sind einige Messergebnisse gezeigt, die mit einer Spule von 30 mh aufgenommen worden sind, die entsprechend der Erfindung konstruiert war. Die Kurve A stellt den Verlauf der scheinbaren Nebenschlusskapazität in Abhängigkeit von der Frequenz dar, wobei die beiden Spulenteile entsprechend der Lehre der Erfindung mit ihren inneren Enden miteinander verbunden waren. Die Spule hatte eine Resonanzfrequenz von 420 kHz und wirkte im wesentlichen wie eine Induktivität von 30 Ht mit parallel geschalteter Kapazität von 4'8 pF.
Die Kurve B stellt den entsprechenden Verlauf der Kapazität bei einer solchen Spule dar, bei welcher die Verbindung zwischen den beiden Teilen nicht entsprechend der Regel nach der Erfindung ausgeführt war. Es waren nämlich, wie in dem kleinen Schema unterhalb der Kurven von Fig. 5 angedeutet ist, die äusseren Enden der beiden Spulenteile miteinander verbunden. Die Kurve B weist ganz erhebliehe Unregelmässigkeiten des Kapazitätsverlaufes in der Gegend des ersten, zweiten und dritten Obertones auf. Es ist ferner die entsprechende Charakteristik für die gleiche Spule gezeigt, wobei das innere Ende der kleineren Spule mit dem äusseren Ende der grösseren Spule verbunden wurde.
Die Kurve C zeigt das Ergebnis. Man erkennt die gleichen Unregelmässigkeiten des Verlaufes wie bei der Kurve B.
Die Unregelmässigkeiten des Kapazitätsverlaufes können bei einer Spule der beschriebenen Art noch weiter dadurch verringert werden, dass die Spulen mit einem magnetischen Kern, vorzugsweise aus dünnblättrigem pulverisiertem oder sonst zerkleinertem Eisen, versehen werden.
Die Erfindung lässt sich mit Vorteil für die Konstruktion von Spulensätzen gebrauchen, die in Verbindung mit Hochfrequenzkreisen zur Abstimmung über mehrere Frequenzbänder geeignet sind. In Fig. 6 ist eine solche Konstruktion dargestellt, in welcher die Hoehfrequenzspule für den niedrigsten Frequenzbereich entsprechend der Erfindung ausgeführt ist ; diese Spule besteht aus den Teilen 40 a und 40 b. Beide Teilspulen sind auf dem Zylinder 41 angebracht, der auch die übrigen Spulenteile 42, 43 und 44 für die höheren Frequenzbereiche trägt. Die einzelnen Spulen sind in Reihe geschaltet und die Spulenenden mit den Kontakten 45 des Schalters 46 verbunden. Der Schalter ist so eingerichtet, dass er der Reihe nach die einzelnen unbenutzten Spulen kurzschliesst.
Der Abstimmkondensator 47 liegt parallel zur ganzen Spulengruppe, d. h. zwischen den äusseren Klemmen der Spulenteile 40 a und 44. Die Spulengruppe wird umgeben von dem Abschirmbehälter 48. Zwischen dem Spulenteil 40 a und der Deckfläche des Abschirmbehälters 48 ist der Hilfsschirm 49 vorgesehen, durch dessen Wirkung es möglich ist, unabhängig von der Form des Abschirmbehälters die Kapazität der Spule 40 a gegenüber Erde auf den richtigen Wert zu bringen und die Gleichung (2) durch Anpassung des Wertes von 06 zu erfüllen.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Hochfrequenzspule, bestehend aus mindestens zwei in Reihe geschalteten, in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Teilspulen, von denen jede infolge ihrer Ausführung eine ungleichmässig über den Spulenleiter verteilte Kapazität und/oder Induktivität besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Endwindungen der Spulen miteinander verbunden sind, für welche das Produkt aus Induktivität und Kapazität den kleineren Wert besitzt und dass der Abstand der Teilspulen voneinander und gegebenenfalls von einem benachbarten elektrischen Leiter so gewählt sind, dass die sonst vorhandenen Ungleiehmässigkeiten des Produktes aus Induktivität und Kapazität durch die zwischen den Teilspulen wirksamen Kapazitäten bzw.
die zwischen einer Teilspule und dem genannten Leiter wirksame Kapazität für mindestens zwei Teilspulen im wesentlichen ausgeglichen werden.