DE1591038B1 - Transformator zur uebertragung eines breiten hochfrequenz bandes - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von Transformatoren und Transformators mit Darstellung sowohl der Primärinsbesondere solchen zur Übertragung eines breiten als auch der Sekundärwicklung. Hochfrequenzbandes über Leitungen mit Leitungs- In Fig. 1 ist eine symmetrische Ubertragungsleielementen in Form von leitenden Platten. tung mit 10 bezeichnet. Sie hat Sandwichform da-

Bei Hochfrequenzgeräten, bei denen Ströme in 5 durch, daß drei Platten 11, 12 und 13 aus hochlei-

einem breiten Frequenzband zu übertragen sind, z. B. tungsfähigem Metall, z. B. Kupfer, übereinanderge-

von 100 000 bis 30 000 000 Schwingungen in der Se- legt sind, ein Isolationsmittel, das in der Zeichnung

künde, ist es oft üblich, Übertragungsleitungen zu nicht dargestellt ist, mit geringen Dielektrizitätsver-

verwenden, welche in Schaltungen der Geräte die lusten, z.B. Polytetrafluoräthylen, ist zwischen den

Form von leitenden Platten haben, wobei der Wellen- io Platten 11 und 12 sowie zwischen 12 und 13 einge-

widerstand eine Größenordnung von nur wenigen bracht. Aus Gründen der Klarheit sind die Abstände

Ohm besitzen soll. zwischen den Platten 11 und 13 und der Platte 12 in

Bisher bestand eine besondere Schwierigkeit darin, der Zeichnung übertrieben groß gehalten. Transformatoren zu entwerfen für die Übertragung Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, wird der von Strömen in oder aus solchen Übertragungsleitun- 15 Wellenwiderstand einer Platten-Ubertragungsleitung gen mit hohem Wirkungsgrad über das gesamte Fre- durch die Breite der Metallplatten und die Dicke und quenzband, wegen der übermäßigen Streuinduktanz die Dielektrizitätskonstante der Isolationsmittel bein den Transformatoren sowie wegen der Gegenwart stimmt.

unerwünschter Induktanz in den Zuleitungen, welche Bei einer zweckmäßigen Anordnung ist am einen die Transformatoren mit den Übertragungsleitungen zo Ende einer Leitung ein Loch von solchem Durchverbinden. Zum Beispiel hat eine Zuleitung mit einer messer ausgespart, daß eine Einzelwindungswicklung Induktanz von nur ein Mikrohenry eine Reaktanz be- 16 eines Transformators 14 hindurchgeführt werden reits von 2 Ohm bei 30 000 000 Schwingungen in der kann. Ein Kern 15 von Ringform ist nahezu vollstän-Sekunde. dig in die Wicklung 16 eingeschlossen, die aus hoch-

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, 25 leitendem Metall mit im vorliegenden Beispiel einer einen verbesserten Transformator zu schaffen für die Dicke von 0,3 mm gebildet ist. Der Kern 15 enthält Übertragung von Strom in oder aus einer Übertra- einen oder mehrere kreisförmige Ringe aus magnegungsleitung, welche die Form leitender Platten be- tischem Material, z. B. Mangan-Zink-Ferrit. Die Absitzt, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, wo- messungen des Kernmaterials werden entsprechend bei das Verhältnis zwischen Streuinduktanz und 30 der zu übertragenden Transformatorleistung, dem Querinduktanz herabgesetzt ist und wobei die Wick- Frequenzbereich und der höchst zulässigen Flußlung, welche den Strom in oder aus der Ubertragungs- dichte gewählt, um eine unzulässige Verzerrung der leitung überträgt, derart gestaltet ist, daß ihre Enden Wellenform zu vermeiden. Die Wicklung 16 enthält unmittelbar an die Platten der Leitung angeschlossen zwei kreisförmige Metallglieder 17 und 18 gleicher werden können. Bei einem Transformator zur Über- 35 Abmessungen und mit einem Kanalquerschnitt, deren tragung eines breiten Hochfrequenzbandes zwecks innere Flanschen durch einen Zylinder 19 aus hoch-Verwendung in Verbindung mit einer Ubertragungs- leitfähigem Stoff von gleicher Dicke wie die Kreisleitung, die mindestens zwei plattenförmige Leiter glieder verbunden sind. Die äußere Kante des Flanenthält, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, wo- sches des Gliedes 18 ist an die Platte 13 über eine bei ein geschlossener Kern aus magnetischem Mate- 40 Schweißnaht 20 entlang der Verbindungslinie der rial und eine Mehrzahl von Wicklungen vorgesehen beiden Teile angeschlossen. Der Kern 15 ist durch sind, weisen erfindungsgemäß die Platten erste öff- das Loch, das in die Platten 11, 12, 13 und das in nungen auf, welche den magnetischen Kern aufneh- der Zeichnung nicht dargestellte Dielektrikum eingemen und besitzen mindestens einen weiteren Öff- schnitten ist, hindurchgeführt, so daß das eine Stirnnungsteil, wobei der Kern innerhalb einer einzelnen 45 ende des Kernes mit der inneren Oberfläche des Glie-Windung einer der beiden erwähnten Wicklungen ge- des 18 in Berührung ist. Der Zylinder 19, der vorher tragen ist und wobei die einzelne Windung sich ent- mit dem Glied 17 durch die Schweißnaht 21 entlang lang der Länge des Kerns erstreckt und ein Ende der der Verbindungslinie mit dem inneren Flansch des einwindigen Wicklung an eine Platte der Übertra- Gliedes verbunden wurde, wird dann durch das Loch gungsleitung entlang der Kante eines Loches in der 50 in den Platten und dem Dielektrikum eingeführt, so Platte und das andere Ende der einwindigen Wick- daß die innere Oberfläche des Gliedes 17 nahezu auf lung an die andere Platte der Übertragungsleitung der Außenfläche des Kernes 15 ruht, so daß der Zyentlang der Kante eines Loches in dieser Platte ange- linder 19 mit dem inneren Flansch des Gliedes 18 in schlossen sind, und eine Mehrzahl von vielwindigen Berührung kommt und die Außenkante des Flansches Spulen mindestens eine weitere Wicklung bilden, 55 des Gliedes 17 mit der Platteil über die Schweißderen Windungen über die einwindige Wicklung und linie 23 entlang der Verbindung zwischen Platte und durch ein Loch einer Reihe von Löchern gewickelt Flansch verbunden ist. Der Zylinder 19 ist mit dem sind, die in der Übertragungsleitung rund um die Glied 18 durch die Schweißnaht 22 entlang der Ver-Einzelwindungswicklung vorgesehen sind. bindungslinie zwischen dem Zylinder und dem

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Er- 60 Flansch verbunden.

findung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im So bilden die Glieder 17 und 18 und der Zylinder

einzelnen näher beschrieben. Es zeigt 19 eine Einzelwindungswicklung eng um den Kern

Fig. 1 eine vereinfachte Schnittansicht von Teilen und erstrecken sich im wesentlichen über die ganze

eines Hochfrequenzausgangstransformators gemäß Länge des Kernes, so daß eine innige magnetische

der Erfindung, eingeschaltet in eine Übertragungslei- 65 Kopplung zwischen der Windung 16 und dem Kern

tung von Plattenform, wobei aus Gründen der Klar- erhalten wird.

heit nur die Primärwicklung dargestellt ist, und Acht, gleichmäßigen Abstand besitzende Gruppen

F i g. 2 eine isometrische Ansicht des gleichen von in Fluchtlinie angeordneten Schlitzen (Nuten)

sind in den Platten 11, 12 und 13 und im Dielektrikum rund um die Außenkante der Einzelwindungswicklung angeordnet, um das Wickeln von isoliertem Kupferdraht zu ermöglichen und getrennte Abschnitte einer Sekundärwicklung herzustellen, die über die Wicklung 16 gewickelt wird. In der Zeichnung sind zwei solche Gruppen von Schlitzen 24, 24', 24" und 25, 25', 25" dargestellt. Um ein Abschaben der Isolation zu vermeiden, ist jeder Schlitz mit Isolierstoff ausgekleidet (in der Zeichnung nicht dargestellt).

In F i g. 2 ist der Transformator mit einer Sekundärwicklung von acht Abschnitten versehen dargestellt, die mit den Bezugszeichen 30 bis 37 versehen sind. Jeder Abschnitt hat mehrere Windungen aus emailliertem Kupferdraht, der über die Einzelwindungswicklung 16 durch einen der acht Schlitze gewickelt ist. Um die Streuinduktanz auf einem Minimum zu halten, sind die Sekundärabschnitte rund um den Kern verteilt. Die acht Wicklungen von je vier Windungen sind elektrisch parallel geschaltet. Zu diesem Zweck ist ein Ring 42 aus Zinn-Kupferlegierung vorgesehen, mit dem die Anfänge der einzelnen Windungen verbunden sind. Ein ähnlicher Ring, in der Zeichnung nicht dargestellt, ist vorgesehen, an den die Enden der einzelnen Wicklungen angeschlossen sind. Anschlüsse an andere Geräte werden an geeigneten Stellen der beiden Ringe vorgesehen. Eine solche Verbindung ist in der Zeichnung durch das Bezugszeichen 43 bezeichnet.

Der Transformator 14 wird entweder so bemessen, daß er Hochfrequenzenergie aus einer äußeren Quelle in die Übertragungsleitung 10 oder umgekehrt Hochfrequenzenergie aus der Übertragungsleitung zu einem äußeren Verbraucher übertragen kann.

Die Auswahl eines geeigneten dargestellten Ferritkerns in Fi g. 1 wird getroffen entsprechend der technischen Information durch den Hersteller solcher Kerne. Diese Information umfaßt physikalische Eigenschaften des Kerns einschließlich der Permeabilität und des Verlustfaktors.

Das Volumen des Kerns und die Anzahl der notwendigen Windungen zur Erzielung eines gewünschten Induktanzwertes wird mit Hilfe an sich bekannter Formeln bestimmt. Die Induktanz der Primärwicklung wird so ausgewählt, daß die Reaktanz einer an die Leitung angeschlossenen Wicklung bei der niedrigsten Frequenz einen vernachlässigbaren Parallelleitwert der dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung gegenüber darstellt.

Bei einem erfindungsgemäß hergestellten Beispielstransformator wirkte dieser als Hochfrequenzausgangstransformator und lieferte die beste Kraftübertragung aus der Leitung bei einer Impedanz von 12 Ohm in eine äußere Widerstandsbelastung von 50 Ohm.

Ein Kern von Mangan-Zink-Ferrit mit einem Außendurchmesser von annähernd 38 mm und einer Querschnittsfläche von annähernd 40 qmm wird verwendet. Der Transformator ist in eine Plattenleitung mit einer Länge von annähernd 24 cm und einer Breite von annähernd 50 mm eingepaßt und ist in der Lage, Energie bis zu annähernd 100 Watt Hochfrequenzleistung auf eine Belastung von 50 Ohm zu übertragen innerhalb eines Frequenzbereiches von 1000 kHz bis 30 000 kHz.

Bei dieser Einrichtung wurde eine Primärinduktanz von 1,5 Mikrohenry erhalten. Wenn die Sekundärwicklung kurzgeschlossen wird, ist die Streuinduktanz weniger als 3 X 10~³ Mikrohenry.

Gemäß F i g. 1 enthält der Kern 15 bei einer abgewandelten Ausführung zwei einander ähnliche Einheiten mit einem schmalen Zwischenraum zwischen den Einheiten, um die Platte 12 an den Mittelpunkt der Wicklung 16 anschließen zu können unter Verwendung eines Metallstreifens mit geringer Induktanz.

Weitere Wicklungen mit Gruppen von Drähten, welche durch zusätzliche isolierte und in Fluchtlinie liegende Schlitze hindurchführen, können vorgesehen sein, um Hochfrequenzpotentiale geringer Amplitude zu einer äußeren Meßvorrichtung zu liefern sowie für die Schaffung eines Rückkopplungsweges zu den Eingangselektroden der an die Übertragungsleitung angeschlossenen Verstärkungsmittel.

In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besitzt der Kern rechteckigen Querschnitt von Quadratform und ist nahezu gänzlich eingeschlossen in eine Einzelwindungswicklung von ähnlicher Gestalt, wie sie oben beschrieben wurde, wobei aber die Sekundärabschnitte über die Einzelwindungswicklung zunächst entlang den graden Teilen der Spule gewickelt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Transformator zur Übertragung eines breiten Hochfrequenzbandes über eine Leitung mit mindestens zwei plattenförmigen Seiten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, wobei ein geschlossener Kern aus magnetischem Material und mindestens zwei Wicklungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (11, 12, 13) erste Öffnungen, welche den magnetischen Kern (15) aufnehmen, und mindestens einen weiteren Öffnungsteil besitzen und daß der Kern (15) innerhalb einer einzelnen Windung (16) einer der beiden Wicklungen getragen wird, wobei die einzelne Windung sich entlang der Länge des Kernes erstreckt, und daß die einzelne Windung entlang der Kante der ersten Plattenöffnung mit dem einen Ende an die eine Platte (11) der Übertragungsleitung, das andere Ende der einzelnen Windung an die andere Platte (13) der Übertragungsleitung angeschlossen ist und eine Mehrzahl von Vielwindungsspulen (30 bis 37) vorgesehen sind, um mindestens eine einzelne andere Wicklung zu schaffen, und daß die Windungen dieser Spulen über die einzelne Windung gewickelt sind und durch weitere Öffnungen (24, 24', 24", 25, 25', 25") der Platten hindurchtreten.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vielwindigen Spulen (30 bis 37) der zweiten Wicklung in gleichen regelmäßigen Abständen rund um den Kern (15) und die einzelne Windung (16) durch eines der in der Übertragungsleitung in Abständen getrennt vorgesehenen Löcher geführt sind.

3. Transformator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vielwindigen Spulen (30 bis 37) zueinander parallel geschaltet sind, wobei die Anfänge und Enden dieser Wicklungen sinngemäß zusammengefaßt sind zu einem Paar von leitenden Ringen, welche konzentrisch an dem Kern befestigt sind.

4. Transformator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (15) des Transformators von zwei ähnlichen Einheiten (17, 18) der einzelnen Windung (16) umfaßt ist, die einen schmalen Spalt zwischen sich aufweisen und dadurch eine Verbindung der mittleren Platten (12) mit dem Mittelpunkt der einzelnen Windung erlauben.

5. Transformator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Windungen (30 bis 34) vorgesehen sind, die Gruppen von Drähten enthalten, welche durch weitere Löcher in den Platten (11, 12, 13) und im Dielektrikum geführt sind, das die Platten der Übertragungsleitung trennt.

6. Transformator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ringförmig ausgebildet ist und daß die einzelne Windung sich als ein am Umfang mit Schlitzöffnung versehenes hohles Ringgebilde (16 bis 18) darstellt, welches den ringförmigen Kern (15) koaxial umgibt.

7. Transformator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (15) rechteckigen Querschnitt von Quadratform aufweist und daß die erste Einzelwicklung ähnliche Abmessungen besitzt, derart, daß sie den Kern zum Teil umschließt, und daß ferner die vielwindigen Spulen (30 bis 37) im Abstand voneinander entlang den geraden Abschnitten der einzelnen Windung angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen