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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein kapazitives Zweitor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein kapazitives Zweitor, bei welchem insbesondere beim Betrieb bei höheren Frequenzen parasitäre induktive Komponenten stark verringert bzw. überhaupt nicht auftreten.
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Im Stand der Technik sind kapazitive Zweitore bekannt, bei welchen zwischen einem Eingangstor und einem Ausgangstor ein Kondensator zur Glättung von Eingangsgrößen geschaltet ist. Der Kondensator dient der Filterung bzw. Abblockung von Wechselspannungen, die am Eingangstor des Zweitores anliegen. Seine Funktion beruht darauf, dass er für Wechselspannungen mit zunehmender Frequenz eine abnehmende kapazitive Impedanz darstellt, so dass am Ausgangstor eine in der Amplitude entsprechend verminderte Wechselspannung abgegriffen werden kann. Diese Anordnung mit einem einzigen Bauelement, nämlich dem Filter-Kondensator, stellt eines der einfachsten und damit kostengünstigsten Filter-Zweitore dar. Praktisch ausgeführte Filter-Kondensatoren weisen jedoch neben der gewünschten kapazitiven Komponente auch eine unerwünschte induktive Komponente auf, die ihrerseits aus der Baugröße des Kondensators und andererseits aus den Längen seiner Anschlüsse an das Eingangstor und das Ausgangstor bzw. die zu filternden Leitungen resultiert. Diese induktive Komponente wird üblicherweise als „Equivalent Series Inductivity L (ESL)“ bezeichnet, da sie im Ersatzschaltbild des realen Kondensators in Reihe zu dessen Kapazität liegt. Damit weist die Impedanz eines realen Kondensators oberhalb der Resonanzfrequenz, gegeben aus seiner Kapazität und seinem ESL, eine induktive Komponente auf, die mit der Frequenz zunimmt. Die gewünschte filternde Wirkung des Kondensators nimmt daher oberhalb der Resonanzfrequenz mit steigender Frequenz immer mehr ab. Zur Minimierung des ESL sind sowohl die Baugröße des Kondensators möglichst klein zu wählen, als auch die Anschluss-Induktivitäten zu den zu filternden Leitungen möglichst gering zu halten. Während sich die Kondensator-Baugröße aus anderen Anforderungen, wie z.B. der geforderten Kapazität oder der geforderten Spannungsfestigkeit, nicht beliebig verringern lässt, sind zur Reduzierung der Anschluss-Induktivität mehrere Verfahren bekannt. So sind die Anschlüsse so kurz und so breit wie möglich auszuführen. Auch mehrere parallel geschaltete Leitungen je Kondensator-Anschluss reduzieren die Anschluss-Induktivität. Falls die beiden Pole des Eingangstores und die beiden Pole des Ausgangstores aus konstruktiven Gründen einen gewissen Abstand zueinander haben, sind Stichleitungen zu vermeiden. Abhilfe schafft in diesem Fall die ebenfalls bekannte, sog. Vorbeischleiftechnik, die auch als Y-Technik bezeichnet wird. Dabei werden die zu filternden Leitungen des Zweitores so nahe wie möglich am Filter-Kondensator vorbeigeführt, mit anderen Worten „vorbeigeschleift“. Die Länge der unerwünschten Stichleitungen zwischen den zu filternden Leitungen und dem Kondensator wird dadurch minimal, dass lediglich die aus der Baugröße resultierende Induktivität verbleibt und die Spannung am Eingangstor so gut wie möglich gefiltert als Spannung am Ausgangstor abgegriffen werden kann. Falls sich eine der Leitungen aus konstruktiven Gründen nicht vorbeischleifen lässt (z.B. bei einer häufig verwendeten leitenden Ebene als eine der Verbindungsleitungen des Zweitores) kann die Y-Technik auch in Form einer lediglich einseitig am Filter-Kondensator vorbeigeschleiften Verbindungsleitung ausgeführt werden. Hierbei ist die Länge der Stichleitung so klein wie möglich zu halten. Sofern die Y-Technik nicht einsetzbar ist, wäre der Abstand zwischen den die Tore verbindenden Leitungen nicht vernachlässigbar kurz. Somit ist im Stand der Technik eine niederinduktive Filterung mit einem Kondensator zwischen zwei Leitungen eines Zweitores nicht möglich. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den vorstehend identifizierten Bedarf zu stillen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein kapazitives Zweitor gelöst. Dieses umfasst einen ersten Pol und einen zweiten Pol, welche ein gemeinsames Eingangstor bilden. Zudem weist das kapazitive Zweitor einen dritten und einen vierten Pol auf, welche gemeinsam ein Ausgangstor bilden. Selbstverständlich sind die Begriffe „Eingangstor“ und „Ausgangstor“ aufgrund der Reziprozität eines passiven Zweitores, als welches das erfindungsgemäße Zweitor bevorzugt ausgestaltet ist, austauschbar, so dass Ihre Benennung keine Bindung an eine Signalflussrichtung impliziert. Zudem ist ein kapazitives Bauelement (z.B. in Form eines Kondensators) dazu vorgesehen, über das Eingangstor in das Zweitor eingebrachte elektrische Wechselspannungen gegenüber dem Ausgangssignal am Ausgangstor zu glätten. Weiter sind zumindest ein erster Leitungsabschnitt und ein zweiter Leitungsabschnitt vorgesehen. Das kapazitive Bauelement ist zwischen dem ersten Pol und einem ersten Anschluss des zweiten Leitungsabschnittes angeordnet. Der zweite Leitungsabschnitt verbindet dabei einen dem ersten Pol gegenüberliegenden Anschluss des kapazitiven Bauelementes mit dem zweiten Pol und dem vierten Pol. Der erste Leitungsabschnitt ist zwischen einem Sternpunkt, welcher zum ersten Pol bzw. zum kapazitiven Bauelement führende Leitungsabschnitte verbindet und dem dritten Pol angeordnet und induktiv mit dem zweiten Leitungsabschnitt gekoppelt. Diese Kopplung kann auf unterschiedliche, im Stand der Technik grundsätzlich bekannte Weisen erfolgen, wobei eine Verwendung dedizierter induktiver Bauelemente häufig aus Kostengründen zu vermeiden ist. Vielmehr ist eine linienförmige induktive Kopplung durch eine geeignete Gestaltung der beiden Leitungsabschnitte zu bevorzugen. Die vorstehend dargestellte Anordnung verringert bzw. eliminiert parasitäre induktive Impedanzkomponenten des kapazitiven Zweitors bis hin zu hohen Frequenzen. Das Glättungsverhalten des erfindungsgemäßen Zweitores verbessert sich entsprechend.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine geeignete Möglichkeit zur induktiven Kopplung des ersten Leitungsabschnittes und des zweiten Leitungsabschnittes besteht darin, beide zumindest anteilig in Form eines gemeinsamen Koaxialkabels auszuführen. Hierbei ist der eine Leitungsabschnitt als Innenleiter des Koaxialkabels und der andere Leitungsabschnitt als Außenleiter des Koaxialkabels ausgestaltet. Durch das Koaxialkabel wird eine ideale induktive Kopplung der beiden Leitungsabschnitte erzielt und eine bestmögliche Reduktion der induktiven Impedanzkomponente ermöglicht.
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Die praktische Realisierung eines erfindungsgemäßen kapazitiven Zweitores vereinfacht sich insbesondere für den Fall, dass der erste Leitungsabschnitt als Innenleiter des Koaxialkabels und der zweite Leitungsabschnitt als Außenleiter des Koaxialkabels ausgestaltet wird. Dabei wird der Innenleiter nach seinem Austritt aus dem Außenleiter in Richtung des dritten Pols geführt, während der Außenleiter an einer elektrischen Verbindung zwischen dem zweiten Pol und dem vierten Pol elektrisch leitend angeschlossen wird. Da der erste Leitungsabschnitt in vielen Realisierungen erheblich länger als der zweite Leitungsabschnitt ausgestaltet ist, verringert sich das erforderliche Volumen und der Anschluss des zweiten Leitungsabschnittes vereinfacht sich.
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Gemäß einer alternativen Realisierung zur Erzeugung der induktiven Kopplung werden rechteckige Querschnittsflächen für den ersten Leitungsabschnitt und den zweiten Leitungsabschnitt gewählt. Hierbei kann insbesondere jeweils eine um ein Vielfaches gegenüber einer zweiten Kante längere erste Kante der Querschnittsfläche vorgesehen werden und die längeren Kanten der Querschnittsflächen beider Leitungsabschnitte räumlich nahe und insbesondere parallel zueinander angeordnet werden. Für viele technische Realisierungen ist diese Variante vorteilhaft hinsichtlich Aufbau und automatisierte Herstellung gegenüber der Verwendung eines Koaxialkabels.
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Häufig werden der zweite Pol und der vierte Pol eines kapazitiven Zweipols über eine elektrische Masse miteinander verbunden. Mit anderen Worten liegen der zweite Pol und der vierte Pol auf Massepotential. Dies vereinfacht die elektrische Verbindung des zweiten Pols und des vierten Pols insbesondere für solche Anordnungen, in welchen das kapazitive Zweitor auf einer elektrisch leitenden Oberfläche angeordnet wird, welche zudem als elektrische Masse verwendet wird.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Pol und dem vierten Pol im Wesentlichen in einer Ebene verläuft. Dies kann beispielsweise eine parallel zu einer Oberfläche einer Leiterplatine verlaufende Ebene sein. Häufig werden auch elektrische Stromschienen im Wesentlichen eben ausgeführt, welche zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen dem zweiten Pol und dem vierten Pol verwendet werden kann. Sofern eine räumliche Nähe des kapazitiven Bauelementes zu dieser Ebene konstruktionsbedingt nicht möglich ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung über einen erfindungsgemäß ausgestalteten zweiten Leitungsabschnitt eine niederinduktive Filterung.
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Der erfindungsgemäß erzielte Effekt wird erheblich verstärkt, wenn der erste Leitungsabschnitt und der zweite Leitungsabschnitt im Wesentlichen über die gesamte Länge derjenigen Strecke miteinander induktiv gekoppelt sind, welche zwischen dem kapazitiven Bauelement und der elektrischen Verbindung zwischen dem zweiten Pol und dem vierten Pol besteht. Mit anderen Worten sind der erste Leitungsabschnitt und der zweite Leitungsabschnitt im Wesentlichen über die gesamte Länge des zweiten Leitungsabschnittes induktiv miteinander gekoppelt. Dies hat u.a. den Effekt, dass die Länge der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Pol und dem kapazitiven Bauelement nahezu ohne Einfluss auf die parasitäre Induktivität des kapazitiven Bauelements ist.
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Das kapazitive Bauelement kann als Kondensator ausgestaltet sein. Je nach Anwendungsfall kann der Kondensator für nachrichtentechnische Anwendungen im Pikofarad-Bereich liegen und für leistungselektrische Anwendungen mehrere Farad aufweisen.
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Falls aus Gründen eines erforderlichen Kapazitätswertes oder einer erforderlichen Spannungsfestigkeit die erforderliche Baugröße eine radiale Verlegung der Anschlussleitungen des kapazitiven Bauelementes zwischen einem Innenleiter und einem Außenleiter einer koaxialen Leitung nicht möglich ist, können die Anschlussleitungen des kapazitiven Bauelementes auch mechanisch im Wesentlichen parallel zu dem ersten Leitungsabschnitt verlaufen. Insbesondere kann derjenige Teil des ersten Leitungsabschnittes, welcher parallel zu den Anschlussleitungen des kapazitiven Bauelementes verläuft, in Verlängerung zum zweiten Leitungsabschnitt angeordnet sein. Hierbei werden die Anschlussleitungen ebenfalls induktiv an den ersten Leitungsabschnitt gekoppelt, wodurch sich der erfindungsgemäße Effekt einer reduzierten parasitären Induktivität des Zweipols verstärkt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Leistungselektronikbaugruppe vorgeschlagen, welche zur Glättung eines am Ausgang des Zweitores auszugebenden elektrischen Leistungssignals für einen elektrischen Verbraucher vorgesehen ist. Beispielsweise im Bereich der elektrisch angetriebenen Fahrzeuge werden Glättungskondensatoren (auch als „Zwischenkreiskapazitäten“ bezeichnet) verwendet. Erfindungsgemäß können Spannungsripple am Ausgang des kapazitiven Zweitores verringert werden.
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Die vorliegende Erfindung verwirklicht unterschiedliche Vorteile, welche insbesondere in einer flexibleren Wahl unterschiedlicher Leitungslängen bestehen. Beispielsweise ist die Position eines Anschlusses des zweiten Leitungsabschnittes an einen zwischen dem zweiten Pol und dem vierten Pol verlaufenden Bezugsleiter für die parasitäre Induktivität unerheblich. Zudem ist die Länge des nicht mit dem zweiten Leitungsabschnitt induktiv gekoppelten ersten Leitungsabschnittes ebenso wie dessen Leitungsführung/-gestalt unerheblich. Zudem ist die Länge der induktiv gekoppelten Leitungsabschnitte unerheblich, solange ein möglichst hohes Mindestmaß des zweiten Leitungsabschnittes zwischen dem kapazitiven Bauelement und dem Bezugsleiter (zwischen Pol 2 und Pol 4) induktiv an den ersten Leitungsabschnitt gekoppelt ist.
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Überdies verstärkt sich der erfindungsgemäße Effekt durch eine möglichst kurze Leitungslänge zwischen dem kapazitiven Bauelement und einem den ersten Pol und den dritten Pol verbindenden elektrischen Leiter (dessen Abschnitt zwischen dem Knotenpunkt mit einer Anschlussleitung des kapazitiven Bauelementes und dem dritten Pol als zweiter Leitungsabschnitt bezeichnet wird). Entsprechend ist auch die Zuleitung des kapazitiven Bauelementes in Richtung des induktiv gekoppelten Abschnittes des zweiten Leitungsabschnittes möglichst kurz zu halten. Hierdurch wird eine niederinduktive Impedanz eines Filterkondensators sichergestellt, welche lediglich durch die nicht vermeidbare Eigen-Induktivität des Kondensators selbst und die Induktivität der verbleibenden Anschlussleitungen begrenzt ist, falls der Bezugsleiter des Zweitores (zwischen den Polen 2 und 4) sich nicht in Y-Technik ausführen lässt. Zudem bietet die vorliegende Erfindung eine erhöhe konstruktive Flexibilität, da der Abstand der Eingangs-Pole und der Abstand der Ausgangs-Pole des Zweitores jeweils beliebig groß sein darf. Zudem ermöglicht die vorliegende Erfindung eine freie Platzierbarkeit des Kondensators entlang der den ersten Pol und den dritten Pol verbindenden Verbindungsleitung (anteilig als erster Leitungsabschnitt ausgeführt). Auch die Wahl des Anschlusspunktes der Koppelleitung (erfindungsgemäß überwiegend als zweiter Leitungsabschnitt ausgeführt) an den Bezugsleiter (zwischen Pol 2 und Pol 4) ist aufgrund der beliebigen Länge der Koppelleitung im Wesentlichen frei. Überdies ergibt sich durch die äquivalente Längs-Induktivität, die aus der Länge der Koppelleitung resultiert, eine zusätzliche Filterwirkung. Die zusätzliche Filterwirkung wird zudem durch eine Leitungs-Resonanz der Koppelleitung verstärkt. Bei vergleichsweise geringem Bauteilaufwand ergibt sich aufgrund der vorgeschlagenen Niederinduktivität in jeder induktiven Verschaltung des Kondensators eine dennoch hohe Filterwirkung.
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Da das erfindungsgemäße Filter-Zweitor reziprok ist, sind Vorwärts-Transmissionsfaktor und Rückwärts-Transmissionsfaktor gleich. Anders ausgedrückt: ergibt sich bei Vertauschung von Eingangs- und Ausgangs-Tor der gleiche Transmissionsfaktor. Entsprechen dieser Reziprozität sind die relativen Anordnungen und Beziehungen zwischen den erfindungsgemäßen Merkmalen umkehrbar und dennoch als im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend zu erachten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 ein Prinzipschaltbild eines gattungsgemäßen kapazitiven Zweitores;
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2 ein Prinzipschaltbild einer alternativen Ausführung eines gattungsgemäßen kapazitiven Zweitores;
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3 ein Prinzipschaltbild einer weiteren alternativen Ausführung eines gattungsgemäßen kapazitiven Zweitores;
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4 ein Prinzipschaltbild bzw. Ersatzschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen kapazitiven Zweitores;
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5 eine dreidimensionale Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Zweitores;
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6 eine dreidimensionale Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Zweitores; und
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7 ein Diagramm veranschaulichend unterschiedliche Transmissionsfaktoren über der Frequenz für ein gattungsgemäßes bzw. ein erfindungsgemäßes Zweitor.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein gattungsgemäßes kapazitives Zweitor 10, welches ein durch einen ersten Pol 1 und einen zweiten Pol 2 bereitgestelltes Eingangstor 12 und ein durch einen dritten Pol 3 und einen vierten Pol 4 bereitgestelltes Ausgangstor 34 aufweist. Zwischen dem ersten Pol 1 und dem dritten Pol 3 befindet sich eine Verbindungsleitung, welche durch einen Knotenpunkt 5 in einen ersten Abschnitt 15 und einen zweiten Abschnitt 53 aufgeteilt wird. Entsprechend ist auch eine Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Pol 2 und dem vierten Pol 4 durch einen zweiten Sternpunkt 6 in einen ersten Abschnitt 26 und einen zweiten Abschnitt 64 unterteilt. Die Sternpunkte 5, 6 stellen Anschlusspunkte für Leitungsabschnitte 56, 65 dar, über welche ein Kondensator C als kapazitives Bauelement elektrisch kontaktiert wird. Das dargestellte kapazitive Zweitor 10 weist eine gemäß dem Stand der Technik übliche parasitäre induktive Komponente auf, welche die Übertragungseigenschaften bezüglich vielzahliger Anwendungsfälle beeinträchtigen.
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2 zeigt eine der 1 größtenteils entsprechende Anordnung, bei welcher jedoch aufgrund konstruktiver Umstände ein erhöhter Abstand zwischen den Verbindungsleitungen zwischen dem ersten Pol 1 und dem dritten Pol 3 bzw. zwischen dem zweiten Pol 2 und dem vierten Pol 4 ergibt. Die Leitungsabschnitte 56, 65 der den Kondensator C einbindenden Leitung sind als Stichleitungen (langgestreckte elektrische Leiter) ausgestaltet, welche die parasitäre induktive Komponente des Kondensators C weiter nachteilig beeinflussen.
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3 zeigt eine im Stand der Technik bekannte Maßnahme zur Verringerung der induktiven Komponente eines kapazitiven Zweitors 10, welche als „Vorbeischleifen“ in Form einer beidseitig verwendeten Y-Technik ausgeführt ist. Hierbei sind die zwischen den Sternpunkten 5, 6 befindlichen Leitungsabschnitte 56, 65 so kurz wie möglich ausgeführt, indem die den ersten Pol und den dritten Pol bzw. den zweiten Pol und den vierten Pol elektrisch miteinander verbindenden Leitungsabschnitte in Richtung des Kondensators C gebogen ausgeführt sind.
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4 zeigt ein Ersatzschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Zweitors 10, in welchem der Kondensator C durch eine reine Kapazität C‘ und eine durch eine Spule 7 versinnbildlichte ESL dargestellt wird. Zwischen einem ersten Anschluss 9 und dem Sternpunkt 6 ist ein zweiter Leitungsabschnitt 65 induktiv mit einem ersten Leitungsabschnitt 53a gekoppelt, was durch einen induktiven Koppelfaktor k12 veranschaulicht wird. Es ist zu beachten, dass die im Ersatzschaltbild enthaltenen Induktivitäten L1, L2 in der technischen Realisierung nicht als separate Bauelemente ausgeführt werden, sondern durch eine entsprechende geometrische Gestaltung der Leitungsabschnitte 53a, 65 erzielt werden. In einem Bereich des Sternpunktes 6 endet die induktive Kopplung zwischen dem ersten Leitungsabschnitt 53a und dem zweiten Leitungsabschnitt 65, wobei der erste Leitungsabschnitt 53 ab dieser Position als nicht-induktiv gekoppelter Leitungsabschnitt 53b zum dritten Pol 3 geführt ist. Solange die induktive Kopplung zwischen dem ersten Leitungsabschnitt 53 und dem zweiten Leitungsabschnitt 65 sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des zweiten Leitungsabschnitts 65 erstreckt und die Länge des zwischen den Sternpunkten 5, 6 gelegenen Strangs nicht wesentlich länger als diejenige des zweiten Leitungsabschnitts 65 ist, können die übrigen Leitungsabschnitte 15, 26, 64 und 53b in weiten Bereichen frei gewählt werden, ohne die Übertragungseigenschaften hinsichtlich der parasitären induktiven Komponente zu beeinträchtigen. Zudem sind die Lage der Sternpunkte 5, 6 auf den Verbindungsleitungen 15, 53 bzw. 26, 64 für das Übertragungsverhalten nahezu unerheblich.
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5 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer ersten Realisierung eines erfindungsgemäßen kapazitiven Zweitors 10. Durch ein gestricheltes Raster ist die elektrische Masse 11 symbolisiert, welche in Bereichen des ersten Pols 1 und des dritten Pols 3 als zweiter Pol 2 bzw. vierter Pol 4 dient. Auf diese Weise ist die elektrische Masse 11 auch als Verbindungsleitung eingerichtet. Der erste Pol 1 ist über einen Leitungsabschnitt 15 mit rechteckförmigem Querschnitt an den Sternpunkt 5 angeschlossen, an welchen der Kondensator C als kapazitives Bauelement zur Bereitstellung der gewünschten Kapazität angeschlossen ist. Andererseits ist der Kondensator C über eine weitere rechteckförmige Leitung als zweiter Leitungsabschnitt 65 angeschlossen, welche an ihrem distalen Ende mit der elektrischen Masse 11 und über diese an den ersten Pol 2 und den vierten Pol 4 angeschlossen ist. Parallel zum zweiten Leitungsabschnitt 65 verläuft ein mit diesem induktiv gekoppelter Abschnitt 53a eines ersten Leitungsabschnitts 53. Dieser ist am Sternpunkt 5 einerseits und an einem induktiv nicht gekoppelten Abschnitt 53b des zweiten Leitungsabschnitts 53 andererseits angeschlossen. Der zweite Leitungsabschnitts 53 endet an seinem distalen Ende als dritter Pol 3. Die induktive Kopplung zwischen dem ersten Leitungsabschnitt 53a und dem zweiten Leitungsabschnitt 65 ergibt sich aus den rechteckförmigen Querschnitten der beiden Leiter, welche in geringem Abstand zueinander untereinander angeordnet sind. Hierbei liegen die durch die längeren Seiten des rechteckförmigen Querschnittes bestimmten Oberflächenabschnitte parallel zueinander.
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6 zeigt eine räumliche Darstellung einer alternativen Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes kapazitives Zweitor 10. Gegenüber der in 5 verwendeten rechteckförmigen Querschnitte der induktiv miteinander gekoppelten Leitungsabschnitte 53a, 65 ist der erste Leitungsabschnitt 53a als Innenleiter eines Koaxialkabels ausgestaltet, dessen Außenleiter durch den zweiten Leitungsabschnitt 65 bereitgestellt wird. Kurz nach dem Austritt des ersten Leitungsabschnittes 53a aus dem Außenleiter wird dieser als Streifenleiter 53b mit rechteckförmigem Querschnitt an den dritten Pol 3 herangeführt. Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung eines den ersten Pol 1 und den Sternpunkt 5 verbindenden Leitungsabschnitt 15.
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7 zeigt ein Diagramm, in welchem das logarithmische Maß des Transmissionsfaktors S21 für ein erfindungsgemäßes Zweitor in einem 50-Ω-System (üblicher Bezugswellenwiderstand) mit dem Netzwerkersatzschaltbild gemäß 4 numerisch berechnet wurde. Bei der Berechnung wurde für die Induktivitäten L1 und L2 des Ersatzschaltbildes jeweils ein gleicher Wert angenommen. Hierbei wurden die beiden Extremfälle des Koppelfaktors K12 betrachtet:
- – K12 = 0: L1 und L2 sind induktiv nicht gekoppelt. Dies entspricht dem herkömmlichen Anschluss des Kondensators über eine nicht gekoppelte Leitung an den Bezugsleiter, welcher vorliegend durch eine Induktivität von L2= 100 nH symbolisiert ist.
- – K12 = 1: L1 und L2 sind induktiv maximal gekoppelt; dies entspricht dem Idealfall des erfindungsgemäßen Vorschlags.
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Die Kapazität des Kondensators wurde beispielhaft zu 1 µF gewählt. Sie spielt für den Transmissionsfaktor des Zweitors oberhalb der Serienresonanzfrequenz ohnehin keine Rolle. Der Wert des ESL sei 10 nH, was ein typischer Wert eines realen Kondensators mit Anschlussleitungen von einigen Millimetern Länge ist. Ein Vergleich zwischen den in 7 dargestellten Kurven liefert folgende Ergebnisse:
- – Frequenzbereich unterhalb der Serien-Resonanzfrequenz: Im Wesentlichen weisen die beiden Kurven gleiche Frequenzgänge auf, was durch die mit der Frequenz abnehmende kapazitive Impedanz des Kondensators (vorliegend zu 1 µF gewählt) charakterisiert wird.
- – Serien-Resonanzfrequenz: Die Resonanzfrequenz steigt von 0,48 MHz (für K0) auf 1,59 MHz (für K1). Dies entspricht einem Rückgang der gesamten für die Filterung wirksamen Induktivität von 110 nH (K0) auf 10 nH (K1).
- – Frequenzbereich oberhalb der Serien-Resonanzfrequenz: Im gesamten Frequenzbereich ist hier eine Verminderung des Transmissionsfaktors um etwa 20 dB erkennbar.
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Durch die vorliegende Erfindung kann das ESL des Kondensators so klein wie möglich gehalten werden. Im Idealfall ist dazu der Kondensator auf kürzestem Wege und damit mit minimalem ESL direkt zwischen Innenleiter und Außenleiter, also senkrecht zu diesem, anzuordnen. Falls die erforderliche Baugröße, die z.B. wegen der Kapazität oder der Spannungsfestigkeit des Kondensators erforderlich ist, eine solche Anordnung nicht zulässt, stellt die folgende Anordnung des Kondensators eine geeignete Alternative dar: Der Kondensator wird mit seinem Gehäuse und seinen (möglichst kurzen) Zuleitungen parallel zu dem Teil des ersten Leitungsabschnittes angeordnet, der nicht vom Außenleiter bzw. dem zweiten Leitungsabschnitt umschlossen ist. Hierbei ist der Abstand des Kondensators einschl. seiner Anschlussleitungen zu dem ersten Leitungsabschnitt so gering wie möglich zu halten.
