DE2003186A1 - Miniaturspulenanordnung - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Willielm Reichel .

Dipl-Ing. Wolfgang Reiche! .6074

6 Frankfurt a. M. 1 —T"

Parksiraße 13

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y. VStA Miniaturspulenanordnung .

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spulenanordnung und befaßt sich insbesondere mit einer Spulenanordnung, die als abstimmbarer Resonanzkreis für relativ hohe Hochfrequenzen verwendet werden kann.

Schraubenförmige Spulen, und zwar, insbesondere schraubenförmige Spulen, die;für Resonanzkreise verwendet werden, lassen sich sehr häufig in Hochfrequenzgeräten verwenden. Derartige Spülen erfordern einen beträchtlichen Anteil der Kosten solcher Hochfrequenzgeräte, und folglich hat man ständig Möglich-.keiten gesucht, derartige Spulen so billig "wie möglich herzustellen. Dies trifft insbesondere zu, wenn die Frequenz des g Hochfrequenzgerätes anwächst, da bei anwachsender Frequenz · eine physikalisch kleinere Spule notwendig ist, die wiederum nur schwieriger hergestellt werden kann.

Außerdem ist es erwünscht, daß eine Hochfrequenzspule in einfacher Weise mit einer elektrischen Schaltung gekoppelt werden kann, und zwar insbesondere dann, wenn die Spule als Resonanzkreis verwendet wird. Die Spule sollte eine Vorrichtung zum Abstimmen aufweisen, beispielsweise einen Kondensator, so daß ihre Resonanzfrequenz eingestellt werden kann. Schließlich sollte die Spulenanordnung mit dem Kondensator klein und kompakt und von ihrem Aufbau her widerstandsfähig sein.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Spulenanordnung vorzusehen, deren Hochfrequenzspule in einfacher Weise mit einer elektrischen Schaltung verbunden werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens drei Streben aus dielektrischem Werkstoff auf der Grundplatte um die Spule herum angeordnet sind, und von der Grundplatte in Richtung der Längsachse nach oben "wegragen, daß die Streben an ihrer Innenseite ein Gewinde aufweisen und zusammen einen mit Gewinde versehenen Aufnahmeraum um die Längsachse bilden, daß ein Abstimmteil mit Außengewinde aus dielektrischem Werkstoff in den mit Gewinde versehenen Aufnahmeraum eingesetzt ist, daß das Abstimmteil in dem Aufnahmeraum drehbar ist, wobei es'sich längs der Längsachse entweder zu der Spule hin oder von ihr wegbewegt, so daß sich deren elektrische Eigenschaften ändern und daß ein leitendes Teil außen um die Streben angeordnet ist.

Wenn das Abstimmteil auf die Spule zu oder von ihr wegbewegt wird, dann ändert sich die Menge des dielektrischen Werkstoffs zwischen der Spule und dem leitenden Element, so daß sich die Kapazität, die mit der Spule verknüpft ist, auch ändert. Diese veränderliche Kapazität kann dazu verwendet werden, die Resonanzfrequenz der Spule auf einen bestimmten Wert einzustellen. Die Spule kann durch ein Fenster oder eine Öffnung in dem leitenden Element oder auf andere Weise mit elektrischen Schaltungen gekoppelt sein. Die Spulenanordnung läßt sich folglich leicht aufbauen, und sie kann ohne weiteres auf eine gewünschte Resonanzfrequenz eingestellt werden.

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Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen beispie_flshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Spulenanordnung gemäß der Erfindung,

Fig· 2 einen Längsschnitt durch eine Spulenanordnung längs

einer Ebene durch zwei diagonal gegenüberliegende Streben und

Fig. 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Spulenanordnung nach Figuren 1 und 2.

Gemäß den Figuren 1 und 2 enthält die Spulenanordnung eine" quadratische Grundplatte 10 mit vier Streben 11a, 11b, 11c und 11d, die von der Grundplatte 10 nach oben ragen. Dabei sind vier Streben vorzuziehen, die an den Ecken der quadratischen Grundplatte angebracht sind, da dadurch eine gute Halterung und zur guten Raumausnutzung eine kompakte Anordnung möglich ist. Die Streben 11a, 11b, 11c und 11d bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Stück wie die Grundplatte 10, und sie sind aus einem dielektrischen Werkstoff hergestellt, beispielsweise Polyphenylenoxid. Die Streben 11a, 11b, 11c und 11d weisen an ihren Innenseiten Gewinde 13 auf. Die Gewinde 13 sind so angeordnet, daß sie auf einer einheitlichen Schraubenlinie liegen, so daß ein mit Gewinde versehener Aufnahmeraum entsteht. Die Grundplatte ~i0 weist eine Durchbohrung 14 zur Aufnahme eines Spuüienkörpers 16 'auf.

Der Spulenkörper 16 ist zylindrisch ausgeführt, und er hat eine schraubenförmige Gewinderille 17» die sich über fast seine gesamte Länge erstreckt. Der Spulenkörper 16 besteht aus einem dielektrischen Werkstoff, beispielsweise Polyphenylenoxide welches auch für die Grundplatte 10 verwendet werden kann«, Am unteren Ende des Spulenkörpers 16 befindet sich ein Schlitz 18, und am oberen Ende des Spulenkörpers 16 befindet sich eine längliche Bohrung 19. Am oberen Ende des Spulenkörpers sind mehrere diametral angeordnete Schlitze 20 um die Bohrung 19

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angeordnet. Wenn eine Spule gewickelt wird, dann wird ein Ende 22a eines Drahtstückes 22 in den Schlitz 18 eingesetzt, und der Draht 22 wird um eine bestimmte Zahl der Rillen 17'gewikkelt. Das andere Ende 22b des Drahtes 22 wird durch einen der Schlitze 20 geführt und abgeschnitten oder umgebogen, so daß die gewickelte Spule auf dem Spulenkörper 16 festgehalten wird. Wenn die Spule auf den Spulenkörper 16 aufgewickelt ist, dann wird das untere Ende des Spulenkörpers 16 in die Durchbohrung ;14 in der Grundplatte 10 eingesetzt. Der Spulenkörper 16 wird durch Einzementieren oder mit Hilfe von anderen Befestigungsvorrichtungen festgehalten.

Es ist ein Abstimmteil 25 aus irgendeinem geeigneten dielektrischen Werkstoff vorgesehen, beispielsweise Polyphenylenoxid, welches auch für die anderen Teile verwendet wird. Das Abstimmteil 25 ist zylindrisch und zwar vorzugsweise becherförmig, und es weist ein Außengewinde 26 auf, das so bemessen ist und eine solche Steigung hat, daß es..in die Gewinde 13 in den Streben 11ä, 11b, 11c und 11d paßt. Das Abstimmteil 25 kann auch mit einem Schlitz oder einer anderen Öffnung 27 versehen sein, so daß es mit Hilfe eines Werkzeuges gedreht werden kann. Das Abstimmteil ist vorzugsweise becherförmig, damit es über den Spulenkörper 16 bewegt werden kann und damit einen größeren Kapazitätsbereich ermöglicht.

Um die Streben 11a, 11b, 11c und 11d ist ein leitendes Teil oder ein leitender Schirm 30 angeordnet, um die Spulenanordnung zu schützen und um auch einen Spannungsbezugspunkt zu erzeugen, damit die Spule abgestimmt werden kann. Der leitende Schirm 30 ist vorzugsweise als quadratische Anordnung ausgebildet, die aus einem geeigneten Werkstoff, beispielsweise Kupfer, besteht, und die vier Seiten und eine Grundplatte, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, aufweist. Der leitende Schirm 30 kann auch mehrere Ansätze 31 aufweisen, die den Schirm 30 an der Grundplatte 10 festhalten. Der leitende Schirm 30 kann auch mit einem Koppelfenster 32 (welches in Fig. 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist), versehen sein, damit die Spule auf dem Spulenkörper 16 mit einer elektrischen Schaltung ge-

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koppelt werden kann,. Es können ^jedoch, wenn dies erforderlich ist, auch andere Köppelelemente vorgesehen werden»

Die Spulenanordnung wird dadurch hergestellt, daß zunächst die Spule auf den Spulenkörper 16 gewickelt wird. Der Spulenkörper 16 und die darauf gewickelte Spule werden dann in die Durchbohrung 14 in der. Grundplatte, so wie es in Fig. 2 dargestellt ist» eingesetzt.Daraufhin wird das Abstimmte!! 25 in ^: den durch die Streben 13-gebildeten Aufnahmeraum eingeschraubt, und das leitende Teil oder de*· leitende Schirm 30 wird dann über.die Streben 11a, 11b, 11c und 11d gesetzt, woraufhin seine Ansätze 31 nach unten gegen die Außenfläche der Grundplatte 10 gebogen werden, damit der leitende Schirm 30 in ä seiner Stellung festgehalten wird. Das untere Ende 22a des Drahtes 22 wird dann an einem der Ansätze 31 des leitenden Schirms J50 festgelötet oder auf andere Weise befestigt. Im oberen Teil des leitenden Schirmes 30 kann sich eine geeignete Durchbohrung oder Öffnung 33 befinden, damit ein Werkzeug in den leitenden Schirm 30 und dann in den Schlitz 27 in dem Abstimmteil 25 eingeführt werden kann*

Bei der Spulenanordnung nach Fig. 2 kann das Abstimmteil 25 dadurch auf die Spule hin oder von ihr weg bewegt werden, daß es in den Gewinden 13, die den mit Gewinde versehenen Aufnahmeraum bilden, gedreht wird. Wie man an Hand von Fig. 2 erkennt, dient diese Bewegung dazu, mehr oder weniger dielektri- f sehen Werkstoff (des Abstimmteils 25) zwischen die Windungen der Spule und den leitenden Schirm 30 zu bringen. Diese Veränderung der Menge des dielektrischen Werkstoffes dient dazu, die Kapazität zwischen den Spulenwindungen 22 und dem Schirm 30 so zu verändern, daß eine abstimmbare Spule öder ein abstimmbarer Resonanzkreis gegeben ist* In Fig. 3 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild für solch eine abstimmbare Spule oder einen abstimmbaren Resonanzkreis dargestellt. In Fig.. 3 ist die Spule durch ein induktives Schaltungssymbol dargestellt, und sie ist mit dem leitenden Schirm 30 über den Ansatz 31 verbunden· Das veränderliche kapazitive Schaltungselement ist

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schematisch so dargestellt, als ob es zwischen den leitenden Schirm 30 und das obere Ende 22b der Spule geschaltet wäre, wenn natürlich auch in Wirklichkeit dieses kapazitive Schaltungselement durch die Kapazitäten zwischen allen Spulenwin- · düngen und dem leitenden Schirm 30 gegeben ist. Das kapazitive Schaltungselement ist Jedoch deshalb mit dem Ende 22b verbunden, da die größte Kapazitätsänderung an diesem Ende 22b wegen der Form und der Anordnung des Abstimmteiles 25 auftritt.

Es wurden verschiedene Ausführungsformen der Spulenanordnung aufgebaut, und dabei hat sich herausgestellt, daß die Spulenanordnung bei verschiedenen Anwendungen zufriedenstellend arbeitet. Bei einer Ausführungsform sollte die Spulenanordnung bei einer Frequenz von 450 MHz verwendet werden. Der leitende Schirm 30 hatte einen quadratischen Querschnitt von 0,95*0,95 cm und war 1,65 cm hoch. Der Spulenkörper 16 hatte eine Länge von 0,79 cm und einen Durchmesser von 0,63 cm. Der Spulenkörper 16 wurde mit 7-3/4 Windungen bewickelt, wodurch sich eine Spule ergab, die eine Güte Q im unbelasteten Zustand von 425 bei einer Frequenz von 470 MHz aufwies. Die Spule konnte zwischen 420 und 470 MHz abgestimmt werden, was einer Bewegung des Abstimmteiles von 0,25 cm entsprach. Demnach ist die Spulenanordnung klein, und sie kann leicht hergestellt werden. Zusätzlich ermöglicht sie einen weiten Abstimmbereich und ist haltbar aufgebaut.

Wenn auch nur eine Ausführungsform erläutert wurde, so kann der Durchschnittsfachmann Abwandlungen verschiedenster Art vornehmen. Beispielsweise kann der Spulenkörper 16 verschiedene Arten von Schlitzen oder Kerben aufweisen, durch die die Enden des Drahtes, der die Spule bildet, aufgenommen und gehalten werden. Das Abstimmten 25 kann anders geformt sein, wenn auch ein becherförmiges Teil vorzuziehen ist. Es können irgendwelche öffnungen oder Durchbohrungen zur Aufnahme eines Werkzeuges zum Einstellen des Abstimmteiles vorgesehen sein.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   J .Miniaturspulenanordnung mit einer Grundplatte aus dielektrischem Werkstoff und einer auf der Grundplatte angeordneten, um eine Längsachse gewickelten Spule, wobei die Längsachse von der Grundplatte nach oben wegragt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Streben (Ha, 11b, 11c, usw) aus dielektrischem Werkstoff auf der Grundplatte (10) um die Spule herum angeordnet sind, und von der Grundplatte (10) in Richtung der Längsachse nach oben wegragen, daß die Streben an ihrer Innenseite ein Gewinde aufweisen und zusammen einen mit Gewinde versehenen Aufnahmeraum um die Längsachse bilden, daß ein Abstimmteil (25) mit Außengewinde aus dielektrischem Werk- % stoff in den mit Gewinde versehenen Aufnahmeraum eingesetzt ist, daß das Abstimmteil (25) in dem Aufnahmeraum drehbar ist, wobei es sich längs der Längsachse entweder zu der Spule (22) hin oder von ihr wegbewegt, so daß sich deren elektrische Eigenschaften ändern, und daß ein leitendes Teil (30) außen um die Streben (11a, 11b, 11c, usw.) angeordnet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß vier ähnliche dielektrische Streben (11a, 11b, 11c, 11d) an den vier Ecken einer quadratischen Grundplatte (10) befestigt sind,und daß die Streben an der Innenseite derart mit Gewinden versehen sind, daß ein mit einem kreisförmigen Ge- f winde versehener Aufnahmeraum entsteht, der konzentrisch zu der Längsachse angeordnet ist. ·..-....
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, .'■."-'"-

   da du r c h g e k e η η ζ e i c h h e t , ' ^: ' daß das Abstimmteil (25) becherförmig ausgebildet ist und den Spulenkörper (16) teilweise" umfaßt.

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4. 4. Anordnung nach Anspruch 3,
   dadurch gekennzeichnet, daß die Spule schraubenförmig auf den Spulenkörper (16) aus dielektrischem Werkstoff, der an der Grundplatte (10) befestigt ist, aufgewickelt ist und daß das leitende Teil (30) ein um die Streben angeordneter Schirm ist.

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