-
Hochfrequenzspule mit regelbarer Spurengüte Die Erfindung bezieht
sich auf eine Hochfrequenzspule, deren Spulengüte mit Hilfe eines vom Induktivitätsregelkern
unabhängig verschiebbaren induktiven Kurzschlußgliedes aus nichtferromagnetischem
Material regelbar ist. Diese Regelmöglichkeit ist z. B. wichtig bei Spulen, die
in Hochfrequenzbandfiltern mit regelbarer Breite der Durchlaßkurve (Bandbreite)
Anwendung finden.
-
Bei der Regelung mit einem induktiven Kurzschlußglied ergibt sich
die Schwierigkeit, daß dabei nicht nur die Spulengüte, sondern auch die Induktivität
der Spule geändert wird,, wodurch eine unerwünschte Verstimmung auftreten kann.
Es ist bereits ein induktives Kurzschlußglied aus ferromagnetischem Material bekannt,
bei dem die durch den induktiven Kurzschluß herbeigeführte Herabsetzung der Induktivität
durch die ferromagnetische Wirkung kompensiert wird. Eine genaue Kompensation für
alle Einstellungen des Gliedes und für alle Frequenzen, bei denen die Spule verwendet
werden kann, ist auf diese Weise praktisch nicht verwirklichbar.
-
Bei einer ebenfalls bekannten Spulenanordnung wird ein Regelkern aus
zwei Teilen mit gleicher Permeabilität, doch mit verschiedenen Verlusteigenschaften
benutzt. Die Herstellung von Teilkernen mit genau gleicher Permeabilität ist recht
schwierig, wodurch die Anordnung teuer wird.
-
Es ist ferner eine Hochfrequenzspule eingangs erwähnter Art mit einem
Kurzschlußglied aus nicht ferromagnetischem Material bekannt. Dieses Kurzschlußglied
könnte ein für diese Zwecke bereits bekannter Kupferring oder ein Kurzschlußkern
aus gut leitendem Material, z. B. Messing oder Kupfer, sein, dessen Leitfähigkeit
noch durch Versilbern verbessert werden könnte. Diese bekannten Kurzschlußglieder
besitzen also' keinen nennenswerten Widerstand und beeinflussen die Spuleninduktivität
erheblich.
-
Bei einer weiteren bekannten Hochfrequenzspule mit veränderbarer Spulengüte
ist der die Güte beeinflussende Körper als Schicht aus leitendem Lack auf dem Eisenregelkern
aufgetragen. Derartige Lackschichten können einen relativ niedrigen Widerstand aufweisen
und haben den Nachteil, daß sie eine beträchtliche Veränderung,-der Spuleuinduktivität
bewirken.
-
Bei der Spule nach der Erfindung wird die erstrebte Güteregelung praktisch
ohne Induktivitätsänderung mit billigen Mitteln dadurch erreicht, daß als Kurzschlußglied
eine Kurzschlußwicklung mit einer Spulengüte von höchstens Q =1 Verwendung findet.
Wie nachstehend noch näher erläutert wird, kann hiermit ein weiter Regelbereich
der Güte der Hochfrequenzspule erhalten werden, in dem die unerwünschte Änderung
der Induktivität sehr gering ist. Die Spule nach der Erfindung eignet sich dadurch
besonders zur Anwendung in einem Filter vom sogenannten überbrückten T-Typ.
-
Vorzugsweise besteht das Kurzschlußglied in an sich bekannter Weise
aus einer einzigen Windung. Diese Windung kann aus Widerstandsdraht oder aus einer
auf einen isolierenden rohr- oder stabförmigen Träger aufgebrachten dünnen Metallschicht
bestehen.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert,
in der F i g. 1 im Axialschnitt eine Hochfrequenzspule nach der Erfindung darstellt,
F i g. 2 die elektrische Schaltung der Spule von F i g. 1 zeigt, F i g. 3 ein Ersatzschaltbild
für die Schaltung der F i g. 2 zeigt, F i g. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung
der Wirkungsweise der Erfindung ist und F i g. 5 eine Filterschaltanordnung zeigt,
in der die Spule nach der Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann.
-
Die in F i g. 1 gezeigte Hochfrequenzspule besitzt eine auf einem
zylindrischen isolierenden Körper 1
angebrachte, einlagige Wicklung 3. Der
Körper 1 ist auf der Innenseite mit Gewinde versehen. In ein Ende - in F i g. 1
dem linken Ende - ist ein mit passendem Außengewinde versehener, zum Regeln der
Induktivität dienender Ferromagnetkern 5 in
den Körper
1 eingeschraubt. Im anderen Ende befindet sich im Spulenkörper
1 ein gleichfalls mit Außengewinde versehener Stab- oder rohrförmiger isolierender
Träger ?, an dessen dem Inneren des Spulenkörpers zugekehrter Stirnfläche ein geschlossener
Kurzschlußring 9 aus Widerstandsdraht befestigt ist. Der Ring 9 ist mit der Wicklung
3 gekoppelt und bildet ein nicht ferromagnetisches induktives Kurzschlußglied zum
Regeln der Spulengüte. Bei der in F i g. 1 gezeigten rohrförmigen Ausführung des
Trägers 7 ist der Kern ä durch den Träger 7 hindurch mittels eines geeigneten Schraubenziehers
erreichbar, so daß die beiden Regelglieder 5 und 7, 9 von derselben Seite der Spule
her gesondert betätigt, d. h. axial verschoben werden können.
-
In der Schaltung nach F i g. 2 bezeichnen L1 und r1 die Induktivität_bzw.
den Widerstand der Wicklung3 und L2 bzw. r2 die Induktivität und den Widerstand
des mit der Wicklung 3 gekoppelten Kurzschlußorgans 9 (k = Kopplungsfaktor). Die
Schaltung nach F i g. 2 kann nach einer bekannten Transformation durch die Schaltung
nach F i g. 3 ersetzt werden.
-
Für die Impedanz Z der vollständigen Spule mit Ring 9 gilt bei einer
Kreisfrequenz r")
wobei
An das Glied 9, 9 wird die Anforderung gestellt, daß eine Verschiebung des Ringes
9 die Induktivität nicht oder nahezu nicht beeinflußt, was bedeutet, daß die induktive
Komponente von Z bei Änderung des Kopplunggfaktors k konstant bleiben muß. Dies
ist der Fall, wenn die Summe der imaginäre Teil in der Formel (1) = 0 ist.
Die Bedingung ist mit - genügender Annäherung erfüllt, wenn , Q2 < 1 und somit
wenn (3) Q2 < 1.
-
Diese Bedingung kann selbstverständlich immer erfüllt werden. Es stellt
sich aber heraus, daß der Einfluß des Kurzsehlußringes 9 auf die Spulengüte@ Jes
Gebildes 3,9 - d. h. der Regelbereich - geringer wird, je kleiner Q2 ist.
Zitm Herabsetzen der Spulengute um x% mit Hilfe des Ringes, wobei vorm Wert Q1 ausgegangen
wird (was k = 0 entspricht, auf einen Wert von
durch Vergrößerung des Kopplungsfaktors k von 0 bis auf den Maximalwert k"",., ist
ein bestimmter`- Minimalwert von . Q2 erforderlich, der wie folgt berechnet werden
kann.
-
Wenn Q2 1, gilt für die Impedanz Z der Spule 3, 9
Für Qi folgt daraus
woraus
für k = k ",@x folgt:
Ein in der Praxis leicht zu verwirklichender Maximalwert für den Köpplungsfaktor
bei einer Spult der beschriebenen Art ist z. B. k.ax = 0,25 (k = etwa 0,06), wobei
Q1 =
100 als ein normaler Wert
MT die Güte der Wicklung 3 ohne Kurzschlußring
9 elten kann. Für einen Regelbereich X von 50%
-' der sich für die in der
Praxis auftretenden Fälle als hin-, reichend groß erweist - folgt aus der Formel
(7
)
Die unter diesen Bedingungen auftretende maximale Änderung .1 L der Induktivität
der Spule folgt aus der Formel (1)
Nachstehende Tabelle gibt einige Werte f4r k",x, Q2 und
bei x = 50% und Q1 = 100.
| kmax Q2 |
| L1 |
| 0,14 1 . -1%- |
| 0,25. 1/6 - -1/s |
| 0,5 1/25 -i/25% |
Aus der Tabelle ergibt sich; däß gücü bei Wein von Q2, die im Vergle)ch'_`d6r Einheit
nicht klein sind, eine arngemes.gerie g$rinee lintlussun@ der Induktivität erhalte
wordbu kaum. leer letze Topp in der Formel (1) -stellt'-d,pn vom Kop
p' lunpf4ktor
k
abhängigen - also mittels des Ringes 9 regelbaren -Teil der Impedanz
der Spule 3, 9 dar. Der Einfluß von Q2 auf diesen Term wird durch den Faktor
bestimmt, der in F i g. 4 über Q2 aufgetragen ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich,
ist der erwähnte Faktor, also auch die Beeinflussung der Spulengüte durch
k, bei Q2
=1 maximal und gibt es stets zwei Werte von Q2, bei denen
eine bestimmte Herabsetzung von Q erreicht werden kann. Die unerwünschte Beeinflussung
der Induktivität ist aber, wie auch aus der Tabelle ersichtlich, bei größeren Werten
von Q2 größer, so daß die Anwendung von erheblich über 1 hinausgehenden Werten von
Q2 für den betreffenden Zweck keinen Sinn hat.
-
Es ist also von wesentlicher Bedeutung, daß die Qualität
des induktiven Kurzschlußgliedes 9 bei der Frequenz, bei der die Spule verwendet
wird, höchstens etwa 1 beträgt. Diese Bedingung ist jedenfalls erfüllt, wenn
ist bei der Eigenfrequenz - der Resonanzfrequenz mit der Eigenkapazität - der Spule,
da diese Frequenz die höchste ist, bei der die Spule überhaupt verwendet werden
kann.
-
F i g. 5 zeigt ein Filter vom überbrückten T-Typ, das unter anderem
in einem Mittelfrequenzverstärker von Fernsehempfängern zum Unterdrücken der Tone
trägerwelle (im allgemeinen 40,4 MHz) des benachbarten Kanals verwendet wird. Der
senkrechte Zweig des Filters wird durch einen auf die erwähnte Tonfrequenzwelle
abgestimmten Reihenresonanzkreis gebildet, der aus einer Spule 11, einem Kondensator
13 und einem Verlustwiderstand 15 besteht, während der waagerechte Zweig aus zwei
Induktivitäten 17 und einem die Reihenschaltung dieser Induktivitäten überbrückenden
Widerstand 19 besteht. Die geringe Kopplung zwischen dem Eingangs- und dem
Ausgangskreis des Filters, die bei der Resonanzfrequenz, in diesem Falle 40,4 MHz,
infolge des Vorhandenseins des Verlustwiderstandes 15 auftritt, wird in an sich
bekannter Weise durch die entgegengesetzte Kopplung über den Widerstand 19 kompensiert.
Naturgemäß ist die Kompensation aber nur dann vollständig, wenn die Werte der Widerstände
15 und 19 genau aufeinander abgestimmt sind. Dies läßt sich leicht durch Anwendung
eitler Spule 11 erzielen, die mit einem induktiven Kurzsehlußorgan der an Hand der
F i g. 1 beschriebenen Art versehen ist. Der Verlustwiderstand 15 kann dann,
ohne Anwendung veränderlicher Widerstände mit Schleifkontakten -u. dgl., mittels
nies Regelgliedes 7, 9 genau eingestellt werden; die dabei auftretende geringe Verstimmung
(Änderung der Induktivität) kann nötigenfalls mit Hilfe des Regelkernes 5 kompensiert
werden. Wenn dieser Kern und das Regelglied 7, 9 sich in der in F i g. 1 dargestellten
Weise beide in der Nähe je eines der Enden des Spulenkörpers 1, also möglichst weit
voneinander weg, befinden und sich infolgedessen möglichst wenig beeinflussen, ist
der Einfluß der Verschiebung des Kernes 5 auf die Spulengüte vernachlässigbar und
ist eine zweite Nachregelung derselben überflüssig.
-
Selbstverständlich kann das Kurschlußglied aus mehr als einer Windung
bestehen; dadurch kann eine stärkere Kopplung mit der Wicklung 3 erhalten werden.
Die Ausführung mit einer einzigen Windung ist aber baulich die einfachste.
-
Bei einer in der Praxis verwirklichten Ausführungsform der Spule 11
wurde ein Ring 9 aus Widerstandsdraht mit einem Durchmesser von etwa 4 mm verwendet.
Die Güte Q2 betrug
, was bei einer Frequenz von 40,4 MHz und einer Induktivität L2 = 0,007 #tH einem
Wert
= etwa 11 Sä für den Widerstand des Ringes 9 entspricht.
-
Statt eines Widerstandsdrahtes kann für den Ring 9 auch eine auf einem
stob= oder rohrförmigen Träger angebrachte ringförmige Metallschicht, z. 13. aus
Silber, verwendet werden; da eine solche Schicht sehr dünn ist, läßt der erforderliche
Widerstand sich leicht erzielen.
-
Der Effekt der geringen Herabsetzung der Induktivität, die bei einem
weiteren Hineinschrauben des Gliedes 7, 9 in die Spulenwicklung 3 auftritt, kann
gewünschtenfalls dadurch kompensiert werden, daß für den Träger 7 ein Material 'mit
hoher Dielektrizitätskonstante gewählt wird. Die Kapazitätszunahme zwischen den
Windungen, die beim weiteren Einführen des Trägers in die Wicklung 3 auftritt,
kom-
pensiert wenigstens teilweise die durch die Herabsetzung der Induktivität
herbeigeführte Verstinmmung.