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Hochfrequenzspule für Frequenzen größer 1 MHz Die Erfindung
bezieht sich auf eine Hochfrequenzspule für Frequenzen größer 1 MHz unter
Verwendung eines stabförmig ausgebildeten, aus magnetischem Material bestehenden
Kernes mit zwei parallel in seiner Längsachse verlaufenden, für die Aufnahme der
Spulenleiter dienenden Bohrungen.
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Es sind Hochfrequenzspulen bekannt, bei denen der Kein, der beispielsweise
als Schalenkern ausgebildet ist, aus Ferritmaterial besteht. Gibt man diesen Spulen
eine große Scherung, so sind sie bis in den MHz-Bereich verwendbar. Durch die auftretenden
Wicklungsverluste weisen diese Spulen je-
doch nur eine kleine Spulengüte
auf, so daß sie für die Herstellung von Induktivitäten kleiner 1 ttI-1 nicht
mehr verwendbar sind.
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Es ist ferner bekannt, daß Leiterschleifen Induktivitäten darstellen,
deren Werte durch Aufschieben von magnetischen Hohlzylindern (Perlen) vergrößerbar
sind, wobei mit Rücksicht auf die Spulengüte geeignete verlustarme Werkstoffe, wie
z. B. Perminvarferrit, verwendet werden, da bei der hierbei gegebenen Ringmagnetisierung
keine scherenden, die wirksamen Verluste verkleinernden Luftspalte auftreten. Diese
Spulen besitzen jedoch den Nachteil, daß sie sehr unstabil sind, so daß sich eine
starke Änderung der Induktivität ergibt.
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Dieser Nachteil tritt auch bei einer bekannten induktiven Abstimmungsvorrichtung
auf, bei der die innerhalb der Spulen verschiebbaren Eisenkerne aus mindestens
je zwei Teilkernen aufgebaut sind.
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Es ist ferner eine Drosselspule für hohe Frequenzen bekannt. Der Kern
dieser Spule ist aus einem Block ferromagnetischen Materials mit mindestens zwei
annähernd parallelen durchlaufenden Öff-
nungen, durch welche die Windungen
hindurchgeführt werden, ausgeführt. Aufgabe dieser Drosselspule ist es, in Speiseleitungen
von Funkgeräten, in denen unerwünschte Hoch- und Zwischenfrequenzen oder Impulssignale
auftreten, als Dämpfungsglied für diese Frequenzen zu wirken. Damit die Drosselspule
diesen Zweck erfüllt, muß deren Kern aus ferromagnetischem, kubischem Ferrit, das
für die zu dämpfenden Frequenzen möglichst große Verluste aufweisen soll, ausgeführt
sein. Bei einer derartigen Spule überwiegt notgedrungen der olunsche Anteil der
Impedanz den induktiven Anteil um ein Vielfaches.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spule mit hoher Güte für den Frequen7bereich
von 1 bis 13 MHz zu schaffen.
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Die Hochfrequenzspule wird gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß
der aus mindestens zwei Kernteilen zusammengesetzte Kein aus hochpermeablem, magnetischem
Material besteht, in dessen Bohrungen eine haarnadelförmig vorgebogene Leiterschleife
eingesteckt ist. Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung können die
beiden Bohrungen diametral gegenüberliegen. Auf diese Weise erhält man ein stabiles
Bauteil mit hoher Konstanz der Induktivität und hoher Güte bei Induktivitätswerten
kleiner 1 gH und einem Betriebsfrequenzbereich von 1 bis
13 MHz.
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Wesentlich für die hohe Güte ist neben der Verwendung eines Kerns
aus hochpermeablem magnetischem Material das Anbringen einer bereits vorgebogenen,
haarnadelförmigen Leiterschleife in den im Kein vorgesehenen Bohrungen. Darin liegt
ein wesentlicher Unterschied zu der vorbeschriebenen Drosselspule. Bei dieser Drosselspule
entstehen nämlich die einzelnen Drahtwindungen erst durch Einfädeln. Durch dieses
Einfädeln kann eine Gleichmäßigkeit des Wickelns nicht ohne weiteres vorausgesetzt
werden. Je nachdem, ob ein mehr oder weniger straffes Wickeln erfolgt, verändert
sich daher die Induktivität einer derartigen Anordnung. Das bedeutet aber, daß sich
gerade im hochfrequenten Bereich, wo im allgemeinen nur weniger Wicklungen angebracht
werden, eine sehr starke Änderung der Induktivität bemerkbar macht und damit verbunden
eine starke Schwankung der Güte bei den unterschiedlichen Exemplaren. Auch kann
die Güte dadurch, daß sich die Wicklung im Laufe der Zeit lockert, starken Änderungen
ausgesetzt sein. Die vorgeformte haarnadelförmige Schleife hat demgegenüber den
Vorteil, daß sie stets eine definierte
Induktivität besitzt, was
gerade dann eine Rolle spielt, wenn es sich, wie vorstehend ausc.,eführt, um eine
Spule mit hoher Güte handelt, da ja das Verhältnis der Induktivität zum ohmschen
Widerstand für die Spulengüte ausschlaggebend ist und selbst eine geringfügige Änderung
der Induktivität bereits zu einer großen Änderung der Spulengüte führen kann, was
gerade bei einer Spule, die in Geräten der Hochfrequenztechnik Verwendung finden
soll, unbedingt vermieden werdeii muß.
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Wegen des entscheidenden Einflusses des ohmschen Widerstandsanteils
der Impedanz der Spule und deshalb, weil die vorbeschriebene Drosselspule ihrer
Aufgabe entsprechend einen sehr hohen ohmscheu Anteil der Impedanz aufweist, ist
diese Spule für den Einsatz, wie er für die erfindungsgemäße Hochfrequenzspule vorgesehen
ist, nicht geeignet. Außerdem würde mit dieser bekannten Spule genau das Gegenteil
dessen wie bei der vorliegenden Hochfrequenzspule, nämlich eine äußerst geringe
Güte, erreicht.
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Ein Vorteil der aus der Erfindung zweckmäßig weitergebildeten Spule
besteht darin, daß sie etwa proportional der Stablängen stufenweise variiert werden
kann und daß sie zusammen mit dem vorhande, nen Abgleichstift innerhalb der
einzelnen Bereiche kontinuierlich abgleichbar ist.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, diese dritte Bohrung mit nur einer der
beiden ersten Bohrungen radial zu verbinden. Das ist vor allem dann vorteilhaft,
wenn bei kleinen Induktivitätswerten eine geringe kontinuierliche Veränderung der
Induktivität erwünscht ist. Bei einer Montag ge der Spule senkrecht zur Achsrichtung
ist es zweckmäßig, den stabförmigen Kern bzw. die Kernteile zyadrisch auszubilden.
Eine rechteckförmige Ausbildung des stabförmigen Kerns bzw. der Kernteile ist besonders
für diejenigen Fälle geeignet, in denen der Kein parallel zur Längsachse auf eine
Montageplatte aufgebracht werden soll.
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An Hand der Ausführungsbeispiele und Diagrarnm e nach den F i
g. 1 bis 8 wird die Erfindung näher erläutert.
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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung schematisch
dargestellt. Die Spule besteht aus der haarnadelförmig gebogenen Leiterschleite
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und aus dem stabförmigen Kein, der aus vier Kernteilen zusammengesetzt ist,
von denen drei untereinander gleich sind. Die drei gleichen Kernteile
1 sind Ferritzylinder, die mit zwei Bohrungen parallel zur Achse, versehen
sind. Die Schenkel der haarnadelförmigen Leiterschleife sind in diese Bohrungen
eingesteckt. Die Leiterschleife besteht aus versilbertem Kupferdraht. Kernteil 2
ist ebenfalls ein Ferritzylinder mit denselben äußeren Abmessungen wie die drei
gleichen Kernteile 1. Zusätzlich zu den beiden Bohrungen des Kernteils
1 weist das Kernteil 2 eine zentrische achsenparallele Bohrung auf, die zur
Aufnahme des Abgleichstifts 3 dient und die mittels Längsnuten mit den beiden
übrigen Bohrungen verbunden ist. Die dritte zentrische Bohrung ist außerdem mit
einem Gewinde versehen. Beim Einschrauben des Abgleichstiftes 3 in das Kernteil
2 wird der Fluß um die Drahtschenkel in zunehmendem Maße durch den Abgleichstift
3 geschlossen. Das Kernteil 2 ist hierbei als erstes Teil des mehrteiligen
Kerns auf die haarnadelförmig gebogene Leiterschleife aufgeschoben, es läßtsich
jedoch auch als letztes Teil aufbringen.
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Im Diagramm der F i g. 2 ist der Verlauf der Spulengüte
Q als Funktion der Frequenz f dargestellt, als Werkstoff für den Spulenkern
ist Perminvarferrit mit einer Permeabilitätskonstanten u=40 zugrunde gelegt. Die
stark ausgezogene Kurve gilt für eine Hochfrequenzspule mit Abgleichstift nach F
i g. 1,
wobei der Ab,- gleichstift in Nullstellung steht, die strichlierte
Kurve hingegen für die gleiche Hochfrequenzspule ohne Abgleichstift. Ohne Abgleichstift
beträgt dabei die Induktivität 0,77 RH, mit Abgleichstift in Nullstelluno,
0,85 #tH. Aus den Kurven ist ersichtlich, daß im Frequenzbereich von
1 bis 13 MHz Gütefaktoren über 400 erreicht werden.
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F i g. 3 zeigt ein Diagramm, in welchem die Güte-und Induktivitätsänderungen
in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe ö des Abgleichstiftes dargestellt sind.
Beim Einschrauben des Abgleichstiftes von der Nullstellung aus bis zur vollen Eintauchtiefe
kann beispielsweise eine L-Änderung bis zu 101/o erreicht werden.
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F i g. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Hochfrequenzspule,
bei der der Kern lediglich aus je
einem Teil der beiden verschiedenen Kernteile
1, 2 zusammengesetzt ist, wobei im Kernteil 2 ein Abgleichstift
3 eingeschraubt ist. Bei einer derartigen Ausführungsform wird die Induktivität
der Leiterschleife 6 kleiner als bei der Ausführungsforin nach F i
g. 1, z. B. 0,3 bis 0,4 #tH. Die L-Änderung wird hierbei prozentual
jedoch merklich größer. In dem Diagramm nach F i g. 5 ist die Güte- und Induktivitätsänderung
über die Eintauchtiefe des Kerns dargestellt. Die Induktivitätsänderung beträgt
hierbei ungefähr 22 %, wenn der Abgleichstift von der Nullstellung aus etwa
10 mm tief in den Kern eingeschraubt wird.
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Bei kleineren Induktivitäten, z. B. unterhalb 0,5 #tH, wird
häufig kein so großer Abgleichbereich benötigt. Aus diesem Grund wird das mit dem
Abgleichstift 3 versehene Kernteil 4 des Kerns so ausgeführt, daß nur eine
der beiden Bohrungen mit der dritten Bohrung durch eine Längsnut verbunden ist.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 schematisch dargestellt.
Durch diese Maßnahme erreicht man, daß nur noch die Induktivität eines Leiterschenkels
durch Einschieben des Abgleichstiftes 3 verändert wird.
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In den Diagrammen nach den F i g. 7 und 8 sind Meßergebnisse,
die Ausführungsform nach F i g. 6
betreffend, aufgetragen.
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In F i g. 7 ist die Güte Q als Funktion der Frequenz
f dargestellt. Die strichlierte Linie gilt für eine Hochfrequenzspule mit
dem Abgleichstift in Nullstellung, die stark ausgezogene Linie bei voll eingedrehtem
Abgleichstift. Im ersten Fall beträgt die Induktivität L gleich 0,48 [tH, im zweiten
Fall gleich 0,54 1iH.
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F i g. 8 zeigt wiederum die Induktivitäts- und Güteänderung
in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe ö des Abgleichstiftes. Bei einem Vergleich
mit dem Diagramm nach F i g. 5 sieht man, daß die Induktivitätsänderung beim
Einführen des Abgleichstiftes bis zu 10 mm nur etwa 10 % beträgt.
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Die Hochfrequenzspulen nach der Erfindung haben gegenüber bekannten
Hochfrequenzspulen den Vorteil, daß sie nur wenig Streufeld besitzen, da die magnetischen
Kraftlinien im Ferritkern verlaufen. Daher beeinflußt ein über die Hochfrequenzspule
geschobener Abschirmzylinder beispielsweise aus Aluminium
die Güte-
und Induktivitätswerte nur sehr gering. Es werden z. B. bis 8 MHz die Gütewerte
nur um 6% und die Induktivitätswerte nur um 2% verringert.