DE1012346B

DE1012346B - Frequency-independent maximum frequency resistance

Info

Publication number: DE1012346B
Application number: DES47910A
Authority: DE
Inventors: Dr Adolf Weis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-03-12
Filing date: 1956-03-12
Publication date: 1957-07-18

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand, der im Bereich hoher und höchster Frequenzen frequenzunabhängig ist. Im Höchstfrequenzgebiet von etwa 1000 MHz und darüber verwendet man zur Zeit Schichtwiderstände. Zur Erfüllung der technischen Anforderungen müssen derartige Widerstände genau vorgeschriebene Ohmwerte besitzen und die Widerstandsschicht muß längs der gesamten Ausdehnung des Widerstandes gleichmäßig sein. Beispielsweise müssen die Anpassungswiderstände an den üblichen Wellenwiderstand, der 60 Ohm beträgt, sehr gleichmäßig über die gesamte Länge und sehr genau auf diesen Wert abgeglichen werden, um Reflexionen innerhalb des Widerstandes an ungleichmäßigen Schichtstellen zu vermeiden. Die Schwierigkeiten zur Herstellung derartiger Widerstände steigen mit zunehmender Belastungsfähigkeit erheblich. Sollen z. B. solche Widerstände für größere Leistungen gebaut werden, beispielsweise Belastungswiderstände für Sender, so stößt man auf große Schwierigkeiten, wenn es sich darum handelt, den geforderten Genauigkeitsansprüchen nachzukommen. Erschwerend kommt hinzu, daß Widerstände, die für große Belastungen gebaut werden, wegen ihrer großen Dimensionen unvermeidlich mit zusätzlichen Induktivitäten behaftet sind, wodurch die Frequenzunabhängigkeit des Widerstandes in Frage gestellt wird.The invention relates to an electrical resistor in the range of high and highest frequencies is frequency independent. In the maximum frequency range of around 1000 MHz and above, it is currently used Sheet resistors. To meet the technical requirements, such resistors must be accurate Have prescribed ohmic values and the resistance layer must be along the entire extension of resistance be even. For example, the matching resistors have to match the usual Characteristic impedance, which is 60 ohms, is very even over the entire length and very precisely this value can be adjusted to avoid reflections within the resistor from being uneven Avoid shift positions. The difficulties in producing such resistors increase with increasing difficulty Resilience considerably. Should z. B. built such resistors for greater power are, for example, load resistors for transmitters, one encounters great difficulties when it is a question of meeting the required accuracy requirements. To make matters worse, that resistors that are built for heavy loads are inevitable because of their large dimensions are subject to additional inductances, which makes the frequency independence of the Resistance is called into question.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Widerstandskörper zu bauen," bei welchem die Frequenzunabhängigkeit des Widerstands in dem genannten Frequenzbereich hinreichend gewährleistet Avird.The invention is based on the object of building a resistance body "in which the Frequency independence of the resistance in the mentioned frequency range is adequately guaranteed Avird.

Die Lösung des Problems gemäß der Erfindung beruht auf der Erfahrung, daß bei einigen Ferromagnetica, beispielsweise dünnbandigem Mü-Metall, und bei bestimmten, bei niedrigen Frequenzen hochpermeablen Ferriten, wie Nickelzinkferrit oder Manganzinkferrit der Imaginärteil der komplexen Permeabilität, in dem genannten Frequenzgebiet ziemlich genau umgekehrt proportional zur Frequenz ist, also nach dem Gesetz:The solution to the problem according to the invention is based on the experience that in some Ferromagnetica, For example, thin-band metal, and at certain, highly permeable at low frequencies Ferrites, such as nickel zinc ferrite or manganese zinc ferrite, the imaginary part of the complex permeability, in the mentioned frequency range is almost exactly inversely proportional to the frequency, that is according to the law:

μ" =γ (A) μ "= γ (A)

(K = Werkstoffkonstante, / = Frequenz) abfällt, während der Realteil der komplexen Permeabilität vernachlässigbar klein wird. Die Beziehung zwischen Frequenz und komplexer Permeabilität im Höchstfrequenzgebiet läßt sich nun in einfacher Weise zum Bau eines frequenzunabhängigen Widerstandes ausnutzen. (K = material constant, / = frequency) decreases, while the real part of the complex permeability becomes negligibly small. The relationship between frequency and complex permeability in the highest frequency range can now be used in a simple manner to build a frequency-independent resistor.

Es wird von einem an sich bekannten elektrischen Widerstand ausgegangen, der aus einem bei niedrigen FYequenzen hochpermeablen, den stromführenden Lei-Frequenzunabhängiger
HöchstfrequenzwiderstandIt is based on an electrical resistance known per se, which is made up of a high permeability at low frequency sequences, the current-carrying Lei frequency-independent
High frequency resistance

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. Adolf Weis, München,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Adolf Weis, Munich,
has been named as the inventor

ter mantelförmig umgebenden Werkstoff gebildet ist, und es wird nun erfindungsgemäß ein solcher Werkstoff verwendet, dessen Imaginärteil seiner Permeabilität im Bereich hoher und höchster Frequenzen umgekehrt proportional zur Frequenz verläuft, während der Realteil seiner Permeabilität in diesem Bereich vernachlässigbar klein ist. Werkstoffe mit diesen Eigenschaften sind dünnbandiges Mü-Metall, Manganzinkferrit und Nickelferrit. Im Bereich hoher und höchster Frequenzen sind die erfindungsgemäßen Widerstände im Gegensatz zu den vorbekannten Widerständen praktisch rein ohmisch und frequenzunabhängig. ter jacket-shaped surrounding material is formed, and there is now such a material according to the invention used, the imaginary part of its permeability in the range of high and highest frequencies inversely proportional to the frequency, while the real part of its permeability is in this range is negligibly small. Materials with these properties are thin-band mu-metal, manganese zinc ferrite and nickel ferrite. In the range of high and highest frequencies are those according to the invention In contrast to the previously known resistors, resistors are practically purely ohmic and frequency-independent.

Die Berechnung des Scheinwiderstandes R dieser Widerstände führt auf die Formel:The calculation of the impedance R of these resistances leads to the formula:

R = R =

ω-μ , , Da
^Γ-·1· In—-. ω-μ,, Da
^Γ - · 1 · In—-.

2π2π

DiTuesday

Hierbei bedeutet ω die Kreisfrequenz, I die Länge des Kernmantels, Da seinen Außendurchmesser, Di seinen Innendurchmesser. Setzt man Gleichung (A) in Gleichung (B) ein, so ergibt sich die Größe des ScheinwiderstandesHere, ω means the angular frequency, I the length of the core cladding, Da its outer diameter, Di its inner diameter. Inserting equation (A) into equation (B) results in the size of the impedance

R=K-I-In^. (C) R = KI-In ^. (C)

Damit ist in dem Bereich, in dem das Gesetz (A) hinreichend erfüllt ist, der Widerstandswert von der Frequenz unabhängig geworden. Er hängt nunmehr allein von der Werkstoffkonstanten K des Mantels 2, seiner Länge I, seinem Innendurchmesser Di und seinem Außendurchmesser Da ab. Beispielsweise ist zur Herstellung eines 60-Ohm-Widerstandes bei einer Mantellänge von 1 cm und einem Wert der Werkstoffkonstante K von 100 Ohm/cm etwa ein Verhältnis des Außendurchmessers Da zu dem des Innendurchmessers Di von etwa 1,8 nötig. Die Abmessungen desThus, in the range in which law (A) is sufficiently fulfilled, the resistance value has become independent of the frequency. It now depends solely on the material constant K of the jacket 2, its length I, its internal diameter Di and its external diameter Da . For example, to produce a 60 ohm resistor with a jacket length of 1 cm and a value of the material constant K of 100 ohm / cm, a ratio of the outer diameter Da to that of the inner diameter Di of about 1.8 is necessary. The dimensions of the

709 588/183709 588/183

Außendurchmessers Da und des Innendurchmessers Di des Kernmantels richten sich in erster Linie nach der Wirkleistung, die der Widerstand aufzunehmen hat. Sehr große Abmessungen sollen möglichst vermieden werden, weil dann der Widerstandskörper nicht mehr frei von Induktivitäten und/oder Kapazitäten ist, und somit die Frequenzunabhängigkeit in Frage gestellt wird. Für besonders niederohmige Widerstände werden zweckmäßig kurze Bauformen gewählt, die also eine kleine Länge I und einen großen Außendurchmesser Da aufweisen.The outer diameter Da and the inner diameter Di of the core shell are primarily based on the effective power that the resistor has to absorb. Very large dimensions should be avoided as far as possible, because then the resistance body is no longer free of inductances and / or capacitances, and thus the frequency independence is called into question. For particularly low-ohmic resistances, short designs are expediently selected, which therefore have a small length I and a large outer diameter Da .

Wie aus obigen Ausführungen hervorgeht, ist der Widerstand der Anordnung, bestehend aus einem Leiter mit einem umgebenden Mantel aus einem der angegebenen Werkstoffe im genannten Frequenzbereich von der Frequenz unabhängig. Es läßt sich der Ohmwert des Widerstandes für die Betriebsfrequenz durch passende Wahl seiner Bemessungen, der Länge I, des Innendurchmessers Di und des Außendurchmessers Da, in einfacher Weise auf eine bestimmte Größe bringen. Besonders einfach kann der Widerstand durch Änderung der Länge / abgeglichen werden, z. B. durch Abschleifen, da sein Ohmwert der Länge direkt proportional ist. Die Gefahr einer Überlastung dieses neuartigen Höchstfrequenzwiderstandes durch übermäßige Erhitzung ist geringer als beim Schichtwiderstand, weil die Wärmeableitung der vergrößerten Oberfläche des Mantelkernes größer ist.As can be seen from the above, the resistance of the arrangement, consisting of a conductor with a surrounding jacket made of one of the specified materials in the specified frequency range, is independent of the frequency. The ohmic value of the resistor for the operating frequency can be brought to a certain size in a simple manner by suitable choice of its dimensions, the length I, the inner diameter Di and the outer diameter Da. The resistance can be adjusted particularly easily by changing the length /, e.g. B. by grinding, since its ohmic value is directly proportional to the length. The risk of overloading this new type of high-frequency resistor through excessive heating is lower than with the sheet resistor because the heat dissipation of the enlarged surface of the jacket core is greater.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel und der folgenden Beschreibung hervor. Über den Leiter 1, z. B. einen auf der Oberfläche versilberten Kupferdraht 1, ist ein aus gesintertem Ferrit bestehender Mantel 2 geschoben oder aus dünnbandigem Mü-Metall ein Mantel 2 gewickelt. Die Abmessungen dieses Mantels 2 (7, Di und Da) sind in Abhängigkeit von dem verwendeten Material und seiner obengenannten Materialkonstante K so gewählt, daß die auf dem Leiter 1 fließende Höchstfrequenz dem gewünschten Ohmwert entsprechend gedämpft wird. Besonders vorteilhaft ist es, insbesondere bei Verwendung von nichtleitenden Ferriten, den Mantel 2 unmittelbar auf dem Leiter 1 aufliegen zu lassen (Di = dem Durchmesser der Leitung 1), da hierdurch Material erspart, die Abmessungen klein gehalten und vor allem auch die Wärmeableitung wesentlich verbessert wird.Further details of the invention emerge from the exemplary embodiment shown in the drawing and the following description. About the conductor 1, z. B. a copper wire 1 silver-plated on the surface, a jacket 2 made of sintered ferrite is pushed or a jacket 2 is wound from thin-band Mü-metal. The dimensions of this jacket 2 (7, Di and Da) are selected depending on the material used and its above-mentioned material constant K so that the maximum frequency flowing on the conductor 1 is damped according to the desired ohmic value. It is particularly advantageous, especially when using non-conductive ferrites, to have the jacket 2 rest directly on the conductor 1 (Di = the diameter of the line 1), as this saves material, keeps the dimensions small and, above all, significantly improves heat dissipation will.

Da die Betriebsfrequenz sehr hoch ist, ist es gemäß der weiteren Erfindung sehr wichtig, daß der Zwischenraum zwischen dem Innenleiter 1 und dem Rückleiter, insbesondere dem den Leiter 1 koaxial umgebenden Rohr (in der Figur schematisch dargestellt und mit 3 bezeichnet), durch den hochpermeablen Ring 2 nicht voll ausgefüllt wird, weil andernfalls die Kapazität zwischen dem Leiter 1 und dem Rückleiter untragbar groß wäre. Gemäß der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, die Abmessungen des Ringes 2 so zu wählen, daß zwischen ihm und dem Leiter 1 bzw. dem Rückleiter 3 ein Abstand besteht; besonders vorteilhaft ist es, den Ring 2 unmittelbar auf dem Leiter 1 aufliegen zu lassen und nur zwischen dem koaxialen Rückleiter 3 und dem äußeren Umfang des Ringes 2 einen Abstand zu lassen.Since the operating frequency is very high, it is very important according to the further invention that the gap between the inner conductor 1 and the return conductor, in particular the one surrounding the conductor 1 coaxially Tube (shown schematically in the figure and labeled 3), through the highly permeable Ring 2 is not completely filled because otherwise the capacitance between conductor 1 and the return conductor would be prohibitively large. According to the invention it is therefore proposed that the dimensions of the To choose ring 2 so that there is a distance between it and the conductor 1 or the return conductor 3; It is particularly advantageous to let the ring 2 rest directly on the conductor 1 and only between to leave the coaxial return conductor 3 and the outer circumference of the ring 2 a distance.

Claims

Claims,

1. Electrical resistance for electrical currents of high and extremely high frequency, consisting of Made from a material that is highly permeable at low frequencies and sheaths the current-carrying conductor surrounds, characterized in that the imaginary part of the permeability of the material in the range of high and highest frequencies is inversely proportional to the frequency, while the real part is negligibly small; for example by using a material made of thin-walled metal or manganese ferrite or nickel zinc ferrite. :

2. Resistor according to claim 1, characterized in that its ohmic value for the operating frequency by measurements of the length /, the outer and inner diameter (Da, Di) of the core sheath, ζ. Β is brought to the desired value by grinding its length.

3. Resistor according to claim 1 or 2, characterized in that the jacket is coaxial with the Head is arranged.

4. Resistor according to one of claims 1, 2 and 3, characterized in that a coaxial Line piece surrounds the jacket (2).

5. Resistor according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the jacket (2) and the conductor (1) or the return conductor (3) is a distance through which the capacitance between the conductor (1) and the return conductor (3) is kept small.

References considered: U.S. Patent No. 2,567,210; "Proceedings of the I. R. Ε.", 1953, pp. 93, 94 and 100.

1 sheet of drawings