DE1487290B2

DE1487290B2 - Unsymmetrischer Breitbandtransforma

Info

Publication number: DE1487290B2
Application number: DE19661487290
Authority: DE
Priority date: 1965-04-15
Filing date: 1966-04-04
Publication date: 1971-01-28
Also published as: DE1487290A1; GB1141348A; DE1791231B1; US3428886A; GB1148289A

Description

Die Erfindung geht aus von einem unsymmetrischen Breitbandtransformator, der z. B. zur Impedanzumwandlung in einer Zwischenstufenverbindung eines Breitbandverstärkers mit einem Transistor in Basisschaltung, einem Impulskreis für einen Impuls von einer Nanosekunde od. dgl. verwendet wird.

Es sind bereits verschiedene Möglichkeiten bekannt, um eine Phasenumkehr oder eine Impedanzumwandlung über ein breites Band auszuführen, wobei Leitungen mit verteilten Parametern, z. B. Koaxialleitungen oder Stegleitungen (Zwillingsleitungen), durch einen magnetischen Kern gekoppelt werden. Wie in F i g. 1 a gezeigt ist, sind bei einem bekannten Breitbandtransformator die Elemente so verbunden, daß ein Ende in Reihe geschaltet ist. während das andere Ende parallel geschaltet ist, wobei die Leitung L3 mit verteilten Parametern und mit dem Wellenwiderstand Z₀ an ein Ende der Leitungen Ll und L 2 mit verteilten Parametern und mit dem Wellenwiderstand 2Z₀, die parallel geschaltet sind, angeschlossen ist. Die Leitungen sind durch einen magnetischen Kern Cr gekoppelt. Die äquivalente Schaltung für den Hochfrequenzbereich ist in Fig. Ib und die äquivalente Schaltung für den Niederfrequenzbereich in Fig. Ic dargestellt, wobei das Verhältnis der Impedanzen, gemessen von den Klemmen a-b und von den Klemmen c-d, 4:1 beträgt. Die Leitung L 3 ist ein Symmetrietransformator.

Wie erwähnt ist, sind zwar Transformatoren mit einem Transformationsverhältnis von etwa 1 : 2 bekannt, jedoch müssen mehrere Transformatoren in Reihe, parallel oder in Kaskade geschaltet werden, um durch derartige Transformatoren ein hohes oder beliebiges Transformationsverhältnis zu erreichen. Die Anordnung wird hierdurch vergrößert und der Kostenaufwand dieser Anordnung gesteigert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Anordnung zu schaffen, durch die ein beliebiges Transformationsverhältnis bei einem mit einfachen Magnetkern in einfacher und wirtschaftlicher Weise konstruierten Transformator erreicht werden kann.

Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. In der Zeichnung sind

Fig. 2a bis 2d Schaltbild und Schema einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Breitbandtransformators und

F i g. 3 und 4 a bis 4 c Schaltbild und Schema einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Breitbandtransformators.

In F i g. 2 ist als Ausführungsbeispiel ein unsymmetrischer Transformator dargestellt, durch den ein Transformationsverhältnis 3 :1 (oder ein Impedanzverhältnis 9:1) erhalten wird. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel sind die einen Enden von drei Leitungen Ll, L2 und L3 mit verteilten Parametern, die gleiche elektrische Länge und gleichen Wellenwiderstand Z₀ haben, in Reihe geschaltet, während die anderen Enden parallel geschaltet sind und nur die Leitungen L1 und L 2 durch einen magnetischen Kern Cr gekoppelt sind (vgl. Fig. 2a), wobei die Seite der Klemmen a-b zum Windungsanfang gemacht und das Windungsverhältnis 2:1 in gleicher Richtung vorgesehen ist.

Die äquivalente Schaltung für den Hochfrequenzbereich ist, wie in Fig. 2b gezeigt ist, einer Schaltung gleichwirkend, bei der die einen Enden von drei idealen Leitungen mit verteilten Parametern in Reihe geschaltet sind, während die anderen Enden parallel geschaltet sind. Die Schaltung ist ebenfalls einer Schaltung gleichwirkend, bei der eine Leitung mit verteilten Parametern und mit einem Wellenwiderstand 3 Z₀ und ein idealer Transformator mit dem Verhältnis 3 :1 in Kaskade geschaltet sind. Die Sperreigenschaft im Hochfrequenzbereich wird durch die Eigenschaft der verwendeten Leitungen mit verteilten Parametern bestimmt. Da üblicherweise kurze

ίο Koaxialleitungen od. dgl. als Leitungen mit verteilten Parametern verwendet werden, wird eine günstige Übertragungseigenschaft bis zu ausreichend hohen Frequenzen erhalten. Die äquivalente Schaltung für den Niederfrequenzbereich entspricht, wie in F i g. 2 c dargestellt ist, einem üblichen Transformator und ist einer in F i g. 2 d dargestellten Schaltung äquivalent, wobei die Sperrung bei niedrigen Frequenzen durch die Induktivität der Windungen bestimmt ist.

Wie aus dem Obengesagten ersichtlich ist, beträgt der Wellenwiderstand, gesehen von den Klemmen a-b, 3 Z₀, während der Kennwiderstand, gesehen von den Klemmen c-d, Vs Z₀ ist. Die Klemmen b und d können geerdet werden. Um ein Impedanzverhältnis n-: 1 (oder ein Transformationsverhältnis η : 1) durch die Erfindung zu erhalten, ist es im allgemeinen notwendig, daß η Stücke von Leitungen Ll, Ll... Ln mit verteilten Parametern und mit gleichen elektrischen Eigenschaften, von denen die einen Enden in Reihe geschaltet sind, während die anderen Enden parallel geschaltet werden (F i g. 3), mit dem magnetischen Kern nach der folgenden Beziehung gekoppelt werden. Wenn die Zahlen der Windungen der Leitungen mit verteilten Konstanten Ll, Ll... L η mit Nl, N 2... N η bezeichnet werden, wird die Zahl der Windungen Ni der /-ten Leitung mit verteilten Parametern durch folgende Formel ausgedrückt:

Ni = k(ii- i),

worin i 1. 2 ... η und k eine willkürliche Konstante sind.

Hierbei sind die Leitungen, deren Vorzeichen der Windungszahlen einander entgegengesetzt sind, in einander entgegengesetzten Richtungen gewickelt, wenn die geerdete Seite z. B. zum Windungsanfang gemacht wird. Wenn die Zahl der Windungen einer Leitung mit verteilten Parametern Null ist, bedeutet dies, daß diese Leitung nicht mit dem magnetischen Kern gekoppelt ist. Es kann dies in der Weise betrachtet werden, daß als äquivalente Schaltung für den Hochfrequenzbereich dieses Transformators eine Kombination von η Stücken von idealen Leitungen mit verteilten Parametern und mit dem Wellenwiderstand η Z₀ und ein idealer Transformator mit dem Transformationsverhältnis 77: 1 in Kaskade geschaltet sind. Hierbei ist Z₀ der Wellenwiderstand der verwendeten Leitungen mit verteilten Parametern (F i g. 4 a).

Die äquivalente Schaltung für den Niederfrequenzbereich ist in Fig. 4b dargestellt und ist einer in Fig. 4c dargestellten Schaltung gleichwirkend, wobei die Windungszahl zwischen den Klemmen a-b [k(n —1)] ist und die Windungszahl zwischen den Klemmen c-d (k) ist.

Aus den vorstehend beschriebenen äquivalenten Schaltungen ergibt sich, daß diese Transformatoren in der Lage sind, ein Transformationsverhältnis η : 1 zu realisieren, wobei η eine beliebige ganze Zahl ist.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß es möglich ist, ein Transforniationsverhältnis von beliebigen ganzen Zahlen größer als 2 durch die Verwendung eines Transformators nach der Erfindung zu erhalten, und es ist auch möglich, ein Transformationsverhältms in beliebigen rationellen Zahlen zu erhalten, indem die Transformatoren in Kaskade geschaltet werden. Zur Verbesserung der Frequenzeigenschaften des Transformators werden z. B. koaxiale Leitungen mit einer Länge von einigen Zentimetern als Leitungen mit verteilten Parametern verwendet, und die obere Grenze der Frequenz ist dann sehr hoch. Ein Ferritkern mit hoher magnetischer Permeabilität od. dgl. wird als magnetischer Kern verwendet, so daß es möglich ist, ein Übertragungsband von einigen hundert kHz bis zu einigen tausend MHz zu realisieren. Somit ist der Transformator nach der Erfindung für die Verwendung in einem Breitbandverstärker oder einem Impulskreis von einer Nanosekunde gut geeignet.

Claims

Patentanspruch:

Unsymmetrischer Breitbandtransformator mit einem Transformationsverhältnis η: 1, bei dem /2 Sätze von Leitungen mit verteilten Parametern, deren eine Enden in Reihe und deren andere Enden parallel geschaltet sind und welche die Windungszahl Nl, N2 . .. Nn aufweisen, durch einen magnetischen Kern gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß alle Leitungen mit verteilten Parametern durch den einfachen magnetischen Kern so gekoppelt sind, daß die Windungszahl der z-ten Leitung mit verteilten Parametern gegenüber dem magnetischen Kern durch folgende Formel zum Ausdruck gebracht wird:

k (n - i),

worin k eine willkürliche Konstante und η eine ganze Zahl größer als 2 ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen