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Hochfrequenztransformator Die Erfindung dient der Verbesserung von
Hochfrequenztransforrnatoren, die zwischen Schaltungen oder Leitungen mit verschiedenem
Wellenwiderstand liegen. Sie geht aus von einem bekannten Hochfrequenztransformator
mit wenigstens zwei aus magnetisch fest miteinander gekoppelten Spulen bestehenden
Spulenpaaren, deren Anschlüsse auf der hochohmigen Seite miteinander in Reihe und
auf der anderen Seite zueinander parallel geschaltet sind (deutsche Patentschrift
846 874). Ein derartiges Zusammenschalten ist möglich, weil unerwünschte
Gleichtaktströme durch die hohe Gleichtaktinduktivität der Spulenpaare unterdrückt
werden.
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Bei einem solchen Hochfrequenztransformator können Resonanzen in den
zu Spulenpaaren aufgewickelten Leitungsstücken auftreten, wenn deren Leiterlängen
etwa einer Viertelwellenlänge entsprechen. Dadurch werden Störungen der Transformations-
und gegebenenfalls auch der Symmetrierwirkung des Hochfrequenztransformators der
beschriebenen Bauart hervorgerufen.
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In der deutschen Patentschrift 1121668 werden einige
naheliegende Maßnahmen genannt, die die Resonanzen dämpfen oder aus dem Arbeitsfrequenzbereich
heraus verlagern sollen. Gleichzeitig werden aber auch die Nachteile dieser Maßnahmen
genannt. So sei es beispielsweise naheliegend, die Gleichtaktresonanzerscheinungen
durch Dämpfungswiderstände unwirksam zu machen. Dadurch wird aber der Wechselstromwiderstand
der Spulensysteme für die unerwünschten Gleichtaktströme auch außerhalb der gestörten
Frequenzen erniedrigt. Durch andere Maßnahmen, beispielsweise durch Reihenschaltung
von Blindwiderständen zu den Spulen oder durch unterschiedliche Bemessung der Spulensysteme
lassen sich die Resonanzerscheinungen innerhalb des Arbeitsfrequenzbereiches höchstens
verlagern, nicht aber beseitigen. In all diesen Anordnungen wird nur versucht, Resonanzen
zu dämpfen, zu verlagern oder das Fließen unerwünschter Ströme zu verhindern. So
wird beispielsweise in der deutschen Patentschrift 1121668 auch beschrieben,
wie unerwünschten Strömen über die Gleichtaktinduktivität des Hochfrequenztransformators
für praktisch nur eine Frequenz der Weg versperrt werden kann, indem die Gleichtaktinduktivität
mit einem Kondensator zu einem Parallelschwingkreis ergänzt wird.
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Die Erfindung bezieht sich jedoch nicht auf die Unterdrückung von
Gleichtaktströmen. Aufgabe dieser Erfindung ist es auch nicht, die Störungen zu
beseitigen, die die Resonanzen hervorrufen, sondern die Resonanzen selbst zu verhindern.
Bei der Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß eine Resonanzspannung
nur auftreten kann, wenn die Resonanz durch irgendwelche Unsymmetrien des Aufbaus
erregt wird, d. h. durch Gegebenheiten, die bei den zu Spulenpaaren aufgewickelten
Leitungsstücken, in die sich die niederohmige Seite verzweigt, unterschiedlich sind,
beispielsweise durch unterschiedliche Wellenwiderstände oder die Weise der Erdung.
Die Anregung der Resonanzen läßt sich also verhindern, wenn solche Unsymmetrien
beseitigt oder durch zusätzliche Unsymmetrien kompensiert werden. Die Erfindung
sieht eine zusätzliche Unsymmetrie vor, deren Wirkung gerade umgekehrt ist wie die
ursprünglich vorhandene. Erfindungsgemäß wird bei einem Hochfrequenztransformator
wenigstens eine Impedanz, vorzugsweise die eines Kondensators, zwischen jeweils
zwei bestimmte Punkte der Spulen gelegt, wobei der erste Punkt ein Verbindungspunkt
zweier Spulenpaare auf der hochohmigen Seite der Anordnung ist, oder auf einer der
an den Verbindungspunkt angeschlossenen Spule liegt und der zweite auf einer Spule
liegt, die weder mit dem ersten Punkt noch mit Erde bzw. Masse verbunden ist, und
die Amplitude des Kondensatorstromes wird durch die Wahl der Kondensatorkapazität
und die Phasenlage durch die Lage des ersten oder zweiten Punktes auf den jeweils
genannten Spulen so eingestellt, daß Resonanzen unterdrückt werden. Der zweite Punkt
wird im allgemeinen der niederohmigen Seite näher liegen als der hochohmigen. Um
die Wirkungsweise
der Erfindung näher zu erläutern, sei zunächst
an Hand der F i g. 1 die Entstehung der Resonanzen erläutert. Die Leitung
mit dem Wellenwiderstand Z/2 verzweigt sich in zwei symmetrische Leitungsstücke
Z, und Z.. Daß diese zu Spulenpaaren aufgewickelt sind, ist in der Zeichnung nicht
berücksichtigt. Denkt man sich die Verbindungen zwischen den Klemmen 22 und
11 sowie zwischen 12 und 21 zunächst fortgelassen, so ist auf der symmetrischen,
aus den Leitungsstücken Z, und Z2 zusammengesetzten Leitung zwischen den Klemmen
21, 22 und 11, 12 eine Resonanz denkbar, wenn diese Leitung die Länge einer
halben Wellenlänge hat. Dadurch entstehende Spannungsbäuche befinden sich zwischen
den Klemmen 21 und 22 sowie zwischen 11 und 12. Für die Spannungsbäuche gilt:
R.1, = - 112 - Durch Anbringen der Verbindung 22-11 werden die Potentiale
auf den Klemmen 22, « 11 gleich, und weil Ule = - % , ist, werden
auch die Potentiale der Klemmen 21 und 12 untereinander gleich, so daß der dazwischenliegende
Widerstand R die Resonanz nicht beeinflußt.
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Eine solche denkbare Resonanz ist allerdings nur möglich, wenn für
sie eine Anregung vorhanden ist. Sie kann durch irgendwelche Unsymmetrien oder Stoßstellen
am Anfang oder an den Enden der Leitungsstücke hervorgerufen werden, so daß Unsymmetrien
im örtlichen Strom- oder Spannungsverlauf auftreten. Die Art der Erdung oder verschiedene
Wellenwiderstände der Leitungsstücke können dafür verantwortlich sein oder auch
verschiedene Längen der Leitungsstücke, so daß die Einspeisung durch die Leitung
Z/2 in die Leitung zwischen den Klemmen 21, 22 und 11, 12 nicht genau in
der Mitte erfolgt.
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Bei Transformatoren mit mehr als zwei Spulenpaaren ergeben sich kompliziertere
Verhältnisse, die sich nur rechnerisch erfassen lassen. Dabei zeigt sich, daß dann
auch mehrere Resonanzen in der Nähe der Frequenz auftreten können, bei der die Leitungsstücke
etwa die Länge einer Viertelwellenlänge haben.
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Die Beseitigung der Anregung von Resonanzen kann dadurch geschehen,
daß die Ünsymmetrien der örtlichen Strom- und Spannungsverläufe beispielsweise durch
zusätzliche Einströmungen behoben werden, wie es die Erfindung vorsieht. Die Einströmung
stellt eine zusätzliche Unsymmetrie dar, die der ursprünglich vorhandenen, die zur
Anregung der Resonanzen führt, entgegenwirkt. Die Amplitude und Phasenlage der Einströmung
läßt sich am besten experimentell einstellen durch Verändern der Kapazität und eines
Anschlußpunktes des Kondensators. Sind sie für einen Typ eines Transformators
einmal eingestellt, so fährt diese Einstellung auch bei anderen Exemplaren des gleichen
Typs zu den gleichen Ergebnissen; die Beseitigung der Resonanzen nach der Erfindung
ist also reproduzierbar.
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Ein Hochfrequenztransformator nach derErfindung läßt sich vorzugsweise
zwischen zwei erdunsymmetrischen, elektrischen Anordnungen verwenden, aber auch
zwischen einer niederohmigen, erdunsymmetrisehen und einer hochöhmigen, erdsymmetrischen
oder zwischen einer niederomigen, erdsymmetri schon und einer hochohmigen, erdunsymmetrischen
und schließlich auch zwischen zwei erdsymmetrischen, elektrischen Anordnungen. Die
Resonanzen lassen sich unter Anwendung der Erfindung besonders leicht bei Hochfrequenztransformatoren
verhindern, deren hochohmige Seite mit einer einseitig geerdeten elektrischen Anordnung
verbunden ist, weil dann die Beziehung der angeschlossenen elektrischen Anordnung,
beispielsweise einer Leitung oder Antenne, zum Erdpotential und damit die ursprünglich
auftretende Resonanz eindeutig bestimmt ist. Bei Transformatoren mit wenigstens
einer erdsymmetrisehen Seite muß die Beziehung dieser Seite zum Erdpotential ebenfalls
genau und reproduzierbar bestimmt sein, sonst lassen sich Unsymmetrien nicht in
reproduzierbarer Weise kompensieren.
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In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Hochfrequenztransformators
nach der Erfindung für eine Widerstandstransformation im Verhältnis von
1: 4 zwischen erdunsymmetrichen Leitungen gezeigt. Der Kondensator
C ist einerseits am Verbindungspunkt 3 der Spulenpaare (mit ihrem
Wellenwiderstand Z) auf der hochohmigen Seite (2Z) angeschlossen und andererseits
an einem Punkt 2 auf der Spule, die weder mit dem Verbindungspunkt 3 noch
mit Erde bzw. Masse verbunden ist. Der Punkt 2 liegt näher am Ende 1 der
Spule auf der niederohmigen Seite (Z/2) als am Ende 4 auf der hochohmigen Seite
(2Z).
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Ein Hochfrequenztransförmator nach derErfindung hat gegenüber den
bekannten Anordnungen den Vorteil, daß er nicht die Auswirkungen von Resonanzen
bekämpft, sondern deren Anregung von vornherein verhindert. Dadurch ist es möglich,
Resonanzen nicht nur abzuschwächen, sondern sie gänzlich zu beseitigen.