DE2418706B2 - Verzoegerungsleitung - Google Patents

Description

zienten,

F i g. 3 ein Schaltbild für den elektrischen Aufbau der in F i g. 1 dargestellten Verzögerungsleitung,

Fig.4 das Ersatzschaltbild für die Schaltung von Fig. 3,

F i g. 5 eine schematische Darstellung der Kopplungskoeffizienten für das Ausführungsbeispiti von F i g. 1,

Fig.6A, 6B und 6C eine spezielle Konstruktion für eine erfindungsgemäß ausgebildete Verzögerungsleitung in einer Aufsicht, einer Seitenansicht bzw. einem Schnitt entlang der Schnittlinie C-C'in F i g. 6B,

F i g. 7 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Mechanismus für die Einstellung der Kopplungskoeffizienten bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verzögerungsleitung,

F i g. 8A und 8B ein zweites Ausführungsbeispiel für die Erfindung in einer Draufsicht bzw. einer Seitenansicht,

Fig.9 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Kopplungsbedingungen zwischen den einzelnen Spulen bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verzögerungsleitung,

Fig. 10 eine graphsiche Darstellung zur Veranschauüchung der Änderungen in den Kopplungskoeffizienten und

Fig. 11 eine schematische Darstellung für die Anordnung der einzelnen Spulen bei wieder einer anderen Ausführungsform für die Erfindung.

Die in Fig. IA und IB gezeigten Darstellungen für das erste Ausführungsbeispiel für die Erfindung sind Zusammenstellungszeichnungen für eine achtstufige, in Superminiaturausführung ausgebildete Verzögerungsleitung der Leiterbauart, die acht Spulen enthält, von denen jede auf einen trommeiförmigen Ferritkern aufgewickelt ist, wobei die Darstellungen primär die Anordnung und den Aufbau der Spulenabschnitte zeigen. Fig. 1A ist eine Draufsicht, die in erster Linie die Anordnung der acht trommeiförmigen Ferritkerne und die Führung der V;rbindungsleitungen vom Netzwerkseingang bis zum Netzwerksausgang zeigt. Fig. IB ist dagegen eine Seitenansicht für zwei aufeinanderfolgend miteinander verbundene Spulen der insgesamt acht Spulen, wie sie sich bei Betrachtung der Darstellung von Fig. IA von rechts her ergibt.

Wie die Darstellungen in F i g. 1A und 1B zeigen, sind die insgesamt acht Spulen der Verzögerungsleitung auf zwei Gruppen zu je vier Spulen verteilt, die in zwei Reihen A und S angeordnet sind. In jeder dieser beiden Reihen A und B weisen die einzelnen Spulen einen gleichen Abstand voneinander auf. Der Zug der elektrischen Verbindungsleitung vom Netzwerkseingang beginnt mit der Reihe A, geht dann zur Reihe B über und von dieser wiederum zurück zur Reihe A, so daß sich ein alternierender Verlauf zwischen den Reihen A und B ergibt, bis die Verbindungsleitung den Netzwerksausgang erreicht. Wie die Darstellung in Fig. IB weiter zeigt, liegen die Windungen der Spulen in der Reihe A in entgegengesetzter Richtung zu den Windungen der Spulen in der Reihe B, und dementsprechend verlaufen auch die resultierenden Magnetflüsse in entgegengesetzten Richtungen. Mit anderen Worten ausgedrückt, besteht also zwischen den Spulen in den Reihen A und B jeweils eine positive Kopplung.

Im Gegensatz dazu sind alle Spulen in der Reihe A untereinander in der gleichen Richtung gewickelt, und daher weisen auch die von ihnen ausgehenden Magnetflüsse sämtlich in ein und dieselbe Richtung. Auf diese Weise besteht zwischen den Spulen innerhalb der Reihe A jeweils eine negative Kopplung. In gleicher Weise herrscht auch zwischen den Spulen innerhalb der Reihe B negative Kopplung.

Wie die Darstellung in Fig. IB außerdem zeigt, ist von jeder Spule der Verzögerungsleitung ein Abgriff nach außen geführt und mit einem Kondensator C verbunden, der an seinem anderen Ende auf Erdpotential liegt. An den Netzwerkseingang und den Netzwerksausgang sind außerdem Anpassungskondensatoren Ci bzw. Co angeschlossen. Diejenige Spule, die dem Netzwerksausgang geometrisch am nächsten liegt, ist aus Anpassungsgründen nicht mit einem Abgriff versehen. Wie die Darstellung in F i g. IA erkennen läßt, ist besonders zu beachten, daß die Spulen in der Reihe A und die Spulen in der Reihe B in ihrer Lage gegenseitig derart versetzt sind, daß die Spulen in der Reihe B jeweils weiter vom Netzwerksausgang entfernt sind, als die Spulen in der Reihe A, mit denen sie elektrisch verbunden sind.

In F i g. 2 sind die relative Lage der einzelnen Spulen und die zwischen ihren Wechselwirkungskoeffizienten bestehenden Beziehungen veranschaulicht. Dabei sind in Fig. 2 der Übersichtlichkeit der Darstellung halber nur die Beziehungen für den Kopplungskoeffizienten für die zweite Spule in der Reihe A oder die dritte Spule im Zuge der vom Netzwerkseingang ausgehenden Verbindungsleitung insgesamt dargestellt.

Dabei ist in Fig.2 angenommen, daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spulen innerhalb der beiden Reihen A und B jeweils l\ beträgt, während der Abstand zwischen den beiden Reihen A und B selbst den Wert h aufweist. Außerdem ist in F i g. 2 die Reihe B gegenüber der Reihe A in Längsrichtung des Netzwerks gesehen um eine Strecke h auf den Netzwerkseingang zu versetzt.

Bei Messung der Größe jedes einzelnen der in F i g. 2 eingetragenen Kopplungskoeffizienten unter den oben angegebenen Bedingungen ergab sich nicht nur, daß die gemessenen Werte mit der relativen Lage der einzelnen

to Spulen, der Größe ihrer Abstände und der Form, den Abmessungen und dem Material für die trommeiförmigen Ferritkerne variieren, sondern auch, daß die Kopplungskoeffizienten (k\b), (Iu) und (ks) im Vergleich zu den Kopplungskoeffizienten Αϊ* fo und fa ungewöhn-Hch klein ausfallen. Der Grund dafür liegt darin, daß der von weiter entfernt liegenden Ferritkernen ausgehende Magnetfluß durch die näherliegenden Magnetkerne absorbiert und damit für die jeweilige Spule unwirksam wird. So gibt es beispielsweise hinsichtlich des

Kopplungskoeffizienten (k\) einen gegenseitigen Kernabstand von 2 /|, jedoch liegt innerhalb dieses Kernabstandes, nämlich im Abstand /ι, ein weiterer Ferritkern, der einen anderen Kopplungsfaktor fo erzeugt, so daß nahezu alle auf diesen Ferritkern in Zwischenlage gerichteten Magnetflüsse absorbiert werden, was sich in einer Zunahme des Kopplungskoeffizienten kr und in einer Abnahme des Kopplungskoeffizienten (ki) äußert. Außerdem wird der Wert für den Kopplungskoeffizienten (IU) im Vergleich zu dem Fall,

ho in dem diese Spulen mit einem gegenseitigen Abstand zwei A, jedoch ohne die Anordnung eines weiteren Ferritkernes dazwischen miteinander in Wechselwirkung treten, stark vermindert.

In Γ i g. 3 ist das Schaltbild für die oben in Verbindung

h'i mit den Darstellungen in F i g. 1 und 2 beschriebene Verzögerungsleitung dargestellt. Die bei Betrachtung von der Eingangsseite des Netzwerks her dritte Spule weist die oben in Verbindung mit der Darstellung in

Fig.2 beschriebenen Kopplungen relativ zu den anderen Spulen auf. In der Schaltung von F i g. 3 fallen die in F i g. 2 durch in Klammern gesetzte Kopplungskoeffizienten wiedergegebenen Kopplungen extrem klein aus und sind daher nicht berücksichtigt, so daß nur diejenigen Kopplungen in F i g. 3 eingetragen sind, die große Auswirkungen auf das elektrische Verhalten der dargestellten Verzögerungsleitung haben.

Es ist bereits angemerkt worden, daß mit den Abgriffen der einzelnen Spulen Kondensatoren C verbunden sind, und die zu beiden Seiten des Abgriffs liegenden Teile jeder Spule sind mit einem Kopplungskoeffizienten Jt₀ miteinander gekoppelt. Dabei ist zu beachten, daß dieser Kopplungskoeffizient k₀ angenähert den Wert 1 erreicht, wenn als Spulenkerne trommeiförmige Ferritkerne verwendet werden. Zwar sind in F i g. 3 nur die Kopplungsverhältnisse für die dritte Spule im einzelnen dargestellt, doch gelten offensichtlich auch für die anderen Spulen analoge Kopplungsverhältnisse.

Eine Umzeichnung in der Darstellung von F i g. 3 in Äquivalenz zu der Schaltung für eine leiterartige Verzögerungsleitung mit Kopplungskoeffizienten, wie sie in dem oben erwähnten Artikel von Golay beschrieben sind, führt zu der Darstellung in F i g. 4. Mit Ausnahme der dem Netzwerkseingang bzw. dem Netzwerksausgang am nächsten liegenden Induktivitäten L\ und La weisen alle anderen Induktivitäten den Wert L auf. Genau genommen besteht zwar ein geringfügiger Unterschied in der Induktivität zwischen einer angezapften Spule, für die der Spulenabschnitt mit der größeren Anzahl von Windungen in der Reihe A liegt, und einer angezapften Spule, für die der Spulenteil mit der größeren Anzahl von Windungen in der Reihe B liegt, jedoch kann dieser geringfügige Unterschied vernachlässigt werden.

Die Kopplungen zwischen benachbarten Induktivitäten sind alternierend au mit positivem Vorzeichen und a\b mit positivem Vorzeichen. Der Wert für die Kopplung au ergibt sich als die Summe aus dem positiven Kopplungskoeffizienten ko multipliziert mit einem bestimmten Faktor und dem positiven Kopplungskoeffizienten ki, ebenfalls multipliziert mit einem bestimmten Faktor, und der Wert für die Kopplung a\b wird durch den positiven Kopplungskoeffizienten ko multipliziert mit einem bestimmten Faktor wiedergegeben. Daher lassen sich die Kopplungen au und au, auch folgendermaßen schreiben:

ais = txko + ßk\_abzw.a\b = txko-

Der Wert für die Kopplung ait, fällt also geringfügig kleiner aus als der Wert für die Kopplung au. Bei genauerer Betrachtung würden sich auch die anderen Kopplungen addieren, aber ihre Werte sind vernachlässigbar klein. Der Unterschied der Werte für die Kopplungen au und a», wird durch die Lage des Abgriffs und durch die Größe des Kopplungskoeffizienten k\_a bestimmt und dieser Unterschied sollte nicht zu groß sein. Auf jeden Fall aber gilt stets die Beziehung au>aifc, und wenn alle Kopplungen zwischen benachbarten Induktivitäten gleich sind und für diese Kopplungen a\ als Optimalwert angesetzt werden kann, dann lassen sich die Optimalwerte für die Kopplungen au und a\b innerhalb des Bereichs der doppelten Ungleichung au>fli >i\bbestimmen.

Die Kopplungen ai zwischen jeder zweiten Induktivität müssen negative Werte aufweisen, und die meisten von ihnen lassen sich durch Multiplikation des Kopplungskoeffizienten fo mit einem bestimmten Faktor bestimmen. Genau genommen nehmen auch diese Kopplungen ai geringfügig unterschiedliche Werte, nämlich a2a und a2t an, jedoch sind die dazwischen bestehenden Unterschiede vernachlässigbar klein.

Die Kopplungen ai zwischen jeder dritten Induktivität müssen wieder positive Werte aufweisen und werden in großem Ausmaß von dem positiven Kopplungskoeffizienten kj beeinflußt. Die Darstellung in Fig. 5 ist eine volle Wiedergabe der Kopplung aj allein.

Bei einer achtstufigen Verzögerungsleitung kann die Kopplung ai maximal in fünf Bereichen vorhanden sein, nämlich den drei Bereichen, die in Fig.5 mit ai in ausgezogenen Linien angedeutet sind, und den beiden Bereichen, die in Fig. 5 mit (ai) in gestrichelten Linien wiedergegeben sind. In der in Fig. 1 dargestellten Schaltung für eine Ausführungsform der Erfindung existiert die Kopplung ai jedoch nur in den drei mit ausgezogenen Linien wiedergegebenen Bereichen und nicht auch in den beiden mit gestrichelten Linien angedeuteten Bereichen. Genau genommen gibt es auch dort wieder extrem geringe Kopplungen, die ja negative Werte annehmen, jedoch sind diese Kopplungen in der Praxis vernachlässigbar. Im Gesamtergebnis haben die Untersuchungen zwar gezeigt, daß das elektrische Verhalten der Verzögerungsleitung in dem Falle, daß nur die Kopplungen a\ und ai stets Optimalwerte annehmen und die Kopplung aj einen solchen Optimalwert nur in den drei durch ausgezogene Linien wiedergegebenen Bereichen besitzt, etwas schlechter ausfällt als für den Fall, daß auch die Kopplung ai in allen fünf Bereichen einen Optimalwert aufweist, daß dieses elektrische Verhalten aber immer noch wesentlich besser ist als für den Fall, daß die Kopplung ai völlig fehlt. Außerdem muß für den Fall, daß die Kopplung a^ nur in den drei mit ausgezogenen Linien wiedergegebenen Bereichen vorhanden ist, ihr Optimalwert etwas größer sein als für den Fall, daß diese Kopplung ai in allen fünf Bereichen vorhanden ist.

Als nächstes sollen nunmehr die Gründe dargelegt werden, warum bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verzögerungsleitung für die Kopplungen a\ (tatsächlich für eine Kombination in den Kopplungen au und a,fc), a₂ und a₃ Optimalwerte gewählt werden können. Dabei soll im Interesse einer leichteren Verständlichkeit die Kopplung a-z zuerst betrachtet werden. Wie bereits erwähnt, wird die Kopplung ai i. w.

durch den Kopplungskoeffizienten fo bestimmt. Dieser Kopplungskoeffizient fa wiederum wird entsprechend der Darstellung in Fig. 2 in hohem Maße durch die Länge \\ beeinflußt, was wiederum bedeutet, daß der Optimalwert für die Kopplung a₂ durch Variation des Wertes für die Länge h erhalten werden kann.

Für den Fall von trommeiförmigen Ferritkernen mit einer Anfangspermeabilität in der Größenordnung von 30 bis 200, wie sie bei einer normalen Verzögerungsleitung in Miniaturausführung eingesetzt werden, wenn die

w) Kerne in Berührung gebracht werden, liegt der Kopplungskoeffizient in der Größenordnung von 0,2 bis 0,3, während der von einer Verzögerungsleitung verlangte Absolutwert für den Kopplungskoeffizienten jtj in der Größenordnung von 0,02 bis 0,03 liegt. Daher

<>'· läßt sich stets ein Optimalwert für den Kopplungskoeffizienten /c2 erhalten, indem der Wert für den Abstand /ι von Kern zu Kern ausgehend von einem Zustand mit gegenseitiger Berührung der Kerne vergrößert wird. Im

Zustand einer gegenseitigen Kernberührung oder bei nur geringem gegenseitigem Abstand zwischen den Kernen führt bereits ein geringer Unterschied im Kernabstand zu einem großen Unterschied im Kopplungskoeffizienten, und daher ist es nicht erwünscht, daß eine relativ starke Kopplung, beispielsweise eine Kopplung in der Größenordnung von 0,2, wie sie in weiter unten noch beschriebener Weise für die Kopplung a\ verlangt wird, dadurch erhalten wird, daß die Kerne nahe zueinander gebracht werden.

Der Wert für die Kopplung aj wird wie bereits erwähnt, in starkem Maße durch den Wert für den Kopplungskoeffizienten fa beeinflußt. Im Zustand einer gegenseitigen Berührung der Kerne liegt der Wert für den Kopplungskoeffizienten h innerhalb eines Bereiches von 0,2 bis 0,3; wie jedoch die Darstellung in F i g. 2 zeigt, berechnet sich der Abstand zwischen den Kernen, der den Wert für den Kopplungskoeffizienten kz bestimmt, zu

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und der notwendige Wert für den Kopplungskoeffizienten ki liegt in der Größenordnung von 0,01 bis 0,02, so daß sich der optimale Wert für den Kopplungskoeffizienten ki durch eine passende Wahl der Werte für die Abstände h und h wählen läßt.

Schließlich liegt der Optimalwert für die Kopplung a\ gewöhnlich in der Größenordnung von 0,17 bis 0,2. Für die vorliegende Erfindung ist bereits angemerkt worden, daß zwischen den Kopplungen a\_a und a\b der durch die doppelte Ungleichung a\,> a\> a\bgegebene Zusammenhang besteht. Ebenso ist bereits angemerkt worden, daß sich uie Kopplung a\, durch die Summe ocko + ßku und die Kopplung au, durch das Produkt ocko allein wiedergeben lassen. Im Gegensatz dazu liegt der -*5 Kopplungskoeffizient ki wie oben in Verbindung mit der Kopplung 23 ebenfalls bereits bemerkt, in der Größenordnung von 0,01 bis 0,02, und dementsprechend erstreckt sich der Kopplungskoeffizient k\, über etwa den gleichen Bereich wie der Kopplungskoeffizient fc, so daß sein Wert ebenfalls in der Größenordnung von 0,01 bis 0,02 liegt. Ein solcher Wert ist erheblich kleiner als der für die Kopplung a\ erforderliche Wert von 0,17 bis 0,2, und so wird schließlich der größte Teil des erforderlichen Wertes für die Kopplung a\ durch «s entsprechende Einstellung der Lage des Abgriffs erhalten. Genauer gesagt wird der Abgriff an einer Stelle herausgeführt, die nahe bei 80% der gesamten Anzahl von Windungen liegt, und eine solche Einstellung der Abgriffslage läßt sich frei und mit aller Stabilität vornehmen, so daß sich auch der Optimalwert für die Kopplung a, in stabiler Weise erhalten läßt.

Der Versuch, einen hohen Wert für die Kopplung dadurch zu erhalten, daß die Kerne nahe aneinandergebracht werden, ist nicht empfehlenswert, da unter diesen Bedingungen schon eine auch nur geringfügige Änderung im Abstand zwischen den Kernen zu einer großen Änderung im Wert der Kopplung führen würde. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß ein solch großer Wert für die Kopplung dadurch gewonnen, daß die Lage < >o für den Abgriff an der Spule in passender Weise gewählt wird, während Kopplungen mit kleinen Werten, aber von etwa gleicher Größe sich in stabiler Weise dadurch erhalten lassen, daß der Abstand zwischen benachbarten Kernen in passender Weise gewählt wird. t>^r>

Wenn sowohl die hohen Werte für die Kopplung als auch die kleinen Werte für die Kopplung durch eine Variation der Lage der Kerne relativ zueinander gewonnen werden müssen und wenn die zu erzielenden Kopplungen komplex sind, führt bereits jeder kleine Unterschied im Abstand der Kerne voneinander zu einem großen Unterschied für die großen Kopplungswerte, und dies beeinflußt auch die kleinen Kopplungswerte, so daß es schwierig wird, genaue Verzögerungsleitungen mit niedrigen Gestehungskosten und in Massenfertigung herzustellen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt auch in folgendem:

Wie F i g. 2 deutlich erkennen läßt, berechnet sich der Abstand zwischen den Kernen, der den Wert für den Kopplungskoeffizienten k\_a bestimmt, zu

und der Abstand zwischen den Kernen, der den Wert für den Kopplungskoeffizienten kj festlegt, ergibt sich zu

V7₂2 + (7, - /3)2

und daher können für die Kopplungskoeffizienten ki und Ατι* Optimalwerte gewählt werden, indem die Längen h und /3 entsprechend gewählt werden. Daher lassen sich die Kopplungen a\ und a-i unabhängig voneinander und gleichzeitig fein einstellen, indem ein konstruktiver Aufbau gewählt wird, der eine Feineinstellung der beiden Längen h und /3 ermöglicht.

In Fig. 6A, 6B und 6C ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Verzögerungsleitung dargestellt, die mit einem Feineinstellmechanismus versehen und so aufgebaut ist, daß die Lage der Spulen in den Reihen A und B relativ zueinander eingestellt werden kann. Dazu sind auf der Oberseite einer Grundplatte 1 Nuten 2, die eine Verschiebung dei Spulen in der Reihe A senkrecht zu dieser Reihe A gestatten, und eine Nut 3 ausgebildet, die eine Bewegung der Spulen in der Reihe B entlang diesel Reihe ermöglicht. Die Unterteile 4 und 5 der Spulen in der Reihe A bzw. in der Reihe B sind an ihrer Unterseiten mit Vorsprüngen 2' bzw. 3' versehen, die zu einem Eingreifen in die Nuten 2 bzw. 3 in der Grundplatte t gebracht werden können. Auf diese Weise erhalten die Unterteile 4 und 5 der Spulen eine Führung in der Grundplatte 1, und sie lassen sich bei gegenseitigem Ineinandergreifen der Nuten 2 und 3 einerseits und der entsprechenden Vorsprünge 2' und 3 anderseits gleitend in Transversal- bzw. Longitudinal· richtung zur Grundplatte 1 verschieben. Auf diese Weise lassen sich der Wert für die Länge h durch eine Verschiebung der Unterteile 4 der Spulen in der Reihe A und der Wert für die Länge /3 durch eine Bewegung der Unterteile 5 der Spulen in der Reihe Beinstellen.

Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Feineinsteil· mechanismus für die Kopplungen a\ und fla kann diese Ausführungsform mit einem Feineinstellmechanismu! für die Kopplung 82 versehen sein, für den ein Beispiel ir F i g. 7 dargestellt ist. Bei diesem Beispiel sine Ferritstäbe 6 für die Einstellung der Kopplung a₂ jeweili außen entlang der Spulenreihen A und B beweglich angeordnet. Durch Annäherung dieser Ferritstäbe 6 ar die jeweilige Reihe A bzw. B der Spulen läßt sich dei Wert für den Kopplungskoeffizienten ki und damit dei Absolutwert für die Kopplung ai vergrößern.

Die Ferritstäbe 6 für die Einstellung der Kopplung a, sind an ihren entgegengesetzten Enden in Montageöff nungen in Gleitköpfen 7, von denen in F i g. 7 nur einer dargestellt ist, eingeführt und darin festgelegt.

Die Gleitköpfe 7 bestehen aus einem isolierender Material wie einem Kunststoff od. dgl., und sie besitzen

stabförmige Ansätze, die in Bohrungen in Gleitkopfhaltern 8 gleitend geführt sind, die an entgegengesetzten Enden der Spulenreihen A und B angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich durch eine Bewegung der Gleitköpfe 7 in den Bohrungen der Gleitkopfhalter 8 die Ferritstäbe 6 für die Einstellung der Kopplung ai relativ zu den Spulen bewegen. Nach der Einstellung werden alle beweglichen Teile des Einstellmechanismus festgeklebt.

Auf diese Weise lassen sich unter Feineinstellung der Werte für die Kopplungen au ai und a^ unter Verwendung des oben beschriebenen Einstellmechanismus Verzögerungsleitungen von hoher Genauigkeit gewinnen.

Durch die Verwendung eines solchen Einstellmechanismus lassen sich mit Hilfe der Erfindung Verzögerungsleitungen von hoher Genauigkeit erhalten, und außerdem gestattet die Erfindung die Herstellung von Verzögerungsleitungen mit für normale Anwendungsfälle ausreichender Genauigkeit auch ohne die Verwendung des Einstellmechanismus. Dieses vorteilhafte Ergebnis hat seinen Grund darin, daß die bei hinreichender Berücksichtigung und Bestimmung der Lage der Ferritkerne relativ zueinander und der Lage der Abgriffe für die einzelnen Spulen im Verlaufe der Herstellung erhaltenen Verzögerungsleitungen ungeachtet einiger in den einzelnen Teilen auftretender Unregelmäßigkeiten gleichförmige Eigenschaften aufweisen, da die Kopplungskoeffizienten in lagemäßig stabilen Bereichen liegen.

In Fig.8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Erfindung veranschaulicht, das sich von dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 dadurch unterscheidet, daß die Achsen der trommeiförmigen Ferritkerne und damit die Achsen der Spulen selbst statt vertikal zur Montageoberfläche für die Spulen wie in F i g. 1 nunmehr horizontal verlaufen. Ein weiterer Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen liegt auch darin, daß in Fig. 1 die Windungen der Spulen in den Reihen A und B in umgekehrter Richtung liegen, so daß sich auch Magnetflüsse in entgegengesetzten Richtungen ergeben, während in Fig.8 die Windungen der Spulen in beiden Reihen A und B nach der gleichen Richtung laufen, so daß diese Spulen auch Magnetflüsse in der gleichen Richtung erzeugen.

In allen anderen Gesichtspunkten einschließlich der Lage der einzelnen Spulen relativ zueinander und ihrer elektrischen Verbindung sind die beiden Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und Fig. 8 dagegen einander gleich.

Die Darstellung in Fig.8B zeigt analog zu der Darstellung in Fig. IB eine Seitenansicht für zwei im Zuge der Verzögerungsleitung aufeinanderfolgende Spulen von den insgesamt acht Spulen der Verzögerungsleitung.

Nunmehr sollen anhand der Darstellungen in F i g. 9 und Fig. 10 die Merkmale dieser Konstruktion näher beschrieben werden. Dabei veranschaulicht F i g. 9 die Kopplungsbedingungen zwischen den Spulen in der Reihe A und den Spulen in der Reihe B. Die Darstellung zeigt, daß bei gegenseitiger Ausrichtung der Achsen einer Spule (a) in der Reihe A und einer Spule (b) in der Reihe B aufeinander die Kopplung der Spule (a) mit der Spule (b) einen positiven Wert annimmt. Wenn die Achse der Spule (Z^ gegenüber der Achse der Spule (a) hinreichend weit versetzt oder in die in Fig. 9 in gestrichelten Linien dargestellte Lage (b') gebracht wird, wird die Kopplung der Spule (a) mit dieser anderen Spule negativ. Im Unterschied dazu bleibt die Kopplung zwischen den Spulen in den Reihen A und B bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 stets positiv, wie dies bereits oben erwähnt ist.

In Fig. 10 ist dieser Unterschied graphisch veranschaulicht. Wenn der Abstand h zwischen den beiden Reihen A und B in passender Weise bestimmt ist und dann die Spulen in der Reihe B in der in F i g. 9 durch einen Pfeil χ angedeuteten Richtung verschoben

in werden, dann erfährt der Kopplungskoeffizient k bei einer Konstruktion gemäß F i g. 1 eine Änderung, wie sie in F i g. 10 durch eine ausgezogen dargestellte Kurve V wiedergegeben wird, während der Kopplungskoeffizient k bei einer Konstruktion gemäß Fig.8 eine Änderung erfährt, wie sie in Fig. 10 durch eine gestrichelte Kurve H dargestellt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, läßt die ausgezogene Kurve V erkennen, daß bei einer Vergrößerung des Abszissen-Wertes Arder Kopplungskoeffizient λ allmählich auf den Wert 0 abnimmt, während die gestrichelte Kurve H zeigt, daß mit Zunahme der Abszissen-Werte χ der Kopplungskoeffizient k von einem positiven Wert über den Wert 0 auf negative Werte abnimmt, im negativen Bereich ein Minimum durchläuft und anschließend sich allmählich dem Wert 0 wieder annähen.

Als nächstes sollen die Merkmale einer nach dem Beispiel von F i g. 8 aufgebauten Verzögerungsleitung diskutiert werden. Wenn der Wunsch besteht, an den Verbindungspunkten aller Kondensatoren C Abgriff-Signalausgänge abzunehmen, und das Phasenverhalten der ausgangsseitigen Wellenformen soweit wie möglich aneinander anzugleichen, da die Kopplungen a\„ und a\b bei der Konstruktion nach F i g. 1 geringfügig voneinander abweichen, wie dies oben in Verbindung mit F i g. 4

J5 beschrieben ist, werden die Tendenzen in Richtung auf eine Verzerrung der ausgangsseitigen Wellenformen für jeden Abschnitt der Verzögerungsleitung entsprechend geringfügig unterschiedlich ausfallen. Im Gegensatz dazu läßt sicn für die Konstruktion nach F i g. 8 aus der Tendenz der gestrichelten Kurve H in Fig. 10 voraussagen, daß es bei einer Betrachtung der Kopplungskoeffizienten, wie sie in F i g. 2 veranschaulicht sind, für eine Konstruktion gemäß F i g. 8 möglich ist, den Kopplungskoeffizienten k\_a und (k\b)dann, wenn für den Kopplungskoeffizienten kj ein passender positiver Wert gewählt wird, extrem kleine, aber einander in etwa gleiche negative Werte zu geben. Dies ergibt sich daraus, daß es entsprechend der gestrichelten Kurve H in Fig. 10 möglich ist, eine solche Einstellung zu wählen, daß der Kopplungskoeffizient ki einen positiven Wert erhält und daß zusätzlich die Kopplungskoeffizienten k^ und (k_fb) auf entgegengesetzte Seiten des negativen Minimums in der Kurve Hin Fig. 10 zu liegen kommen.

M Bei der Beschreibung von F i g. 1 ist der Kopplungskoeffizient (k\b) aufgrund der Annahme vernachlässigt worden, daß dieser Kopplungskoeffizient im Vergleich zum Kopplungskoeffizienten k\„ sehr klein ist; für das Ausführungsbeispiel von F i g. 1 nehmen die Kopplungs-

bo koeffizienten k\_t und k\t, jedoch zwar extrem kleine, aber einander etwa gleiche Werte an, so daß sich für die Kopplungen ü\_a und au, die doppelte Gleichung a\_a = an= a\ mit hinreichender Sicherheit aufstellen läßt.

Jedoch unterliegt der Aufbau von Fig.8 einer

fe5 höheren Änderungsrate im Kopplungskoeffizienten in bezug auf eine Änderung der Abszissen-Werte x, und daraus ergibt sich die Notwendigkeit für eine gesteigerte Genauigkeit bei der Montage.

In Fig. 11 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Erfindung veranschaulicht. Im Interesse einer klaren und einfachen Darstellung sind die Spulen selbst und ihre Verbindungsleitungen mit den Kondensatoren in Fig. 11 nicht weiter dargestellt, jedoch versteht es sich, daß diese Spulen und Verbindungsleitungen analog zu der Darstellung in F i g. 8 auszuführen sind. Der Aufbau gemäß F i g. 11 unterscheidet sich von dem nach F i g. 8 dadurch, daß die Achsen der Spulen um einen Winkel θ gegenüber der zu den Reihen A und B senkrechten Ebene geneigt verlaufen. Wie die nachstehenden Darlegungen zeigen werden, läßt sich mit einer solchen Konstruktion ein noch besseres Verhalten dadurch erhalten, daß die einzelnen Spulen näher aneinander herangebracht werden, was wiederum zu !■> einer noch weiteren Verringerung der Gesamtabmessungen für die so erhaltene Verzögerungsleitung führt. Betrachtet man wieder die in F i g. 2 dargestellten Kopplungskoeffizienten für einen Aufbau gemäß Fig. 11, so ist es bei dieser Konstruktion erforderlich, die Länge /1 zu verringern, damit der Kopplungskoeffizient ki den gleichen Wert wie bei der Konstruktion nach F i g. 8 erhält. Das Ausmaß für diese Verkleinerung der Länge A hängt von der Größe des Winkels Θ ab. Nimmt man als Beispiel den Fall eines Winkels θ = 90°, so sind alle Spulen in den Reihen A und B aufeinander ausgerichtet, und die Kopplungen zwischen den Spulen in der Reihe A und zwischen den Spulen in der Reihe B sind sämtlich positiv. Bei der Konstruktion nach F i g. 8 dagegen, für die der Winkel θ den Wert 0 aufweist, sind jo die Kopplungen zwischen den Spulen in der Reihe A und zwischen den Spulen in der Reihe B sämtlich negativ.

Daraus wird ersichtlich, daß bei einer allmählichen Vergrößerung des Wertes für den Winkel θ ausgehend )5 vom Wert 0 die Absolutwerte für die Kopplungen sowohl zwischen den Spulen in der Reihe A als auch zwischen den Spulen in der Reihe B bis auf unter den Wert 0 absinken und dann wieder bis in den positiven Bereich hinein ansteigen. Daher muß der Wert für die Länge /|, um bei einer Zunahme des Winkels θ ausgehend vom Wert 0 immer noch negative Kopplungen zu erhalten, allmählich vermindert werden.

Weiterhin gestattet eine Konstruktion gemäß Fig. 11 mit in der oben beschriebenen Weise geneigt angeordneten Ferritkernen eine Verkleinerung der Länge h, und überdies läßt sich unabhängig von dieser Verkleinerung der Länge h der Abstand zwischen den Spulen vergrößern. In diesem Falle bedeutet ein gleicher Wert für den Kopplungskoeffizienten fa wie bei dem to Ausführungsbeispiel nach Fig.8, daß der Wert für die Länge h verkleinert werden kann und daß sich auch die Länge /3 verkürzen läßt,da die Spulen in der Reihe ßum eine dem Neigungswinkel θ entsprechende Strecke weiter nach rechts zu liegen kommen, so daß sich die Gesamtlängenabmessung weiter verkleinert. Diese Verringerung der Werte für die Längen /1, h und h führt zu einer weiteren Verminderung der Abmessungen für die gesamte Verzögerungsleitung.

Aus der Darstellung in Fig. 11 ist ferner ohne weiteres ersichtlich, daß auch bei einer Konstruktion nach F i g. 1 eine Neigung der Spulenachsen vorgesehen werden kann. Außerdem kann die Richtung dieser Spulenachsenneigung der Längsrichtung oder der Breitenrichtung in der Verzögerungsleitung entsprechen oder auch dazwischen liegen, und die zu erhaltenden Ergebnisse lassen sich in analoger Weise aus den obenstehenden Ausführungen entnehmen.

In der vorstehenden Beschreibung ist weiter für die Spulen in den Reihen A und 5 jeweils eine Anordnung auf der gleichen Höhe in bezug auf die Montageoberfläche angenommen worden, während die Spulen in der einen Reihe und die Spulen in der anderen Reihe auf etwas unterschiedlichen Höhen liegen können, um die Werte für die Länge k zu verkleinern, wie aus der obigen Beschreibung ebenfalls ohne weiteres deutlich wird.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung entnehmen läßt, ist die vorliegende Erfindung in erster Linie für eine Anwendung beim Bau von hochminiaturisierten Verzögerungsleitungen hoher Leistung entwikkelt worden, und sie führt durch die Verwendung von trommeiförmigen Ferritkernen relativ geringer Abmessungen zu einer einfachen Konstruktion, kann dabei aber relativ hohe Induktivitätswerte liefern, und sie ergibt außerdem ein sehr gutes elektrisches Verhalten durch Verwendung einer begrenzten Anzahl von Bauelementen.

Beispielsweise sind für eine erfindungsgemäß ausgebildete Verzögerungsleitung in Superminiaturausführung, die innerhalb einer dualen in-line-Ausführung zehn Abschnitte oder Stufen mit einer Gesamthöhe von 6,3 mm, einer Gesamtbreite von 6,3 mm und einer Gesamtlänge von 20 mm aufwies, eine Verzögerungszeit von 100 ns und eine charakteristische Impedanz von 100 Ω, eine ausgangsseitige Impulsanstiegszeit von 13 ns und eine Wellenformverzerrung von 5% für eine eingangsseitige Impulsanstiegszeit von 6 ns gemessen worden. Im Vergleich mit bisher bekannten Verzögerungsleitungen dieser Bauart entsprechen diese Meßwerte einer 20- bis 30%igen Verbesserung im elektrischen Verhalten, die vorliegende Erfindung gestattet also den Bau einer Verzögerungsleitung, die ungeachtet einer Ausführung in Superminiaturbauweise eine hohe Leistung erbringt.

Weiter liegt es jedoch auf der Hand, daß die vorliegende Erfindung sich nicht nur beim Bau von Verzögerungsleitungen in Superminiaturausführung mit Erfolg einsetzen läßt, sondern daß sie auch auf viele andere Verzögerungsleitungen anwendbar ist, die mindestens vier induktive Elemente enthalten. Dabei ist ferner ohne weiteres klar, daß hinsichtlich der Struktur der Spulen keine Beschränkung auf Spulen besteht, die auf trommeiförmige Ferritkerne aufgewickelt sind, sondern daß sich auch auf andere Arten von Kernen aufgewickelte Spulen mit Erfolg verwenden lassen, ja, daß sogar Spulen verwendbar sind, die überhaupt nicht auf einen Kern aufgewickelt sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verzögerungsleitung mit einer ersten Gruppe von mit gleichem gegenseitigem Abstand entlang einer ersten Geraden angeordneten Spulen und einer zweiten Gruppe von ebenfalls mit gleichem gegenseitigem Abstand, jedoch gegen die Spulen der ersten Gruppe um eine vorgebbare Strecke in Längsrichtung der Verzögerungsleitung versetzt entlang einer zur ersten Geraden zumindest angenähert parallel verlaufenden zweiten Geraden angeordneten Spulen, von denen die am einen Ende der Verzögerungsleitung liegende Spule der ersten Gruppe eine Eingangsspule und die am anderen Ende der Verzögerungsleitung liegende Spule der zweiten Gruppe eine Ausgangsspule bildet, jede Spule der einen Gruppe über je eine Spule der jeweils anderen Gruppe unter Ausbildung einer zickzackförniigen Leitungsführung mit den benachbarten Spulen ihrer eigenen Gruppe elektrisch verbunden ist und jede Spule beider Gruppen einen Anschluß besitzt, der über einen Kondensator an Erde liegt, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung der Verzögerungsleitung die von deren Eingang her gesehen erste Spule der ersten Gruppe geometrisch zwischen der erster; und der zweiten Spule der zweiten Gruppe und so fort jede weitere Spule der ersten Gruppe geometrisch zwischen der ihr zahlenmäßig entsprechenden und der ihr zahlenmäßig nachfolgenden Spule der zweiten Gruppe angeordnet ist und daß jede Spule in beiden Gruppen einen Abgriff für den Anschluß des zugeordneten Kondensators aufweist, über den siegeerdet ist.

2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen aller Spulen sowohl in der ersten Gruppe als auch in der zweiten Gruppe in einer Vertikalebene liegen.

3. Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Spulen in ihrer Vertikalebene geneigt verlaufen.

4. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen aller Spulen sowohl in der ersten Gruppe als auch in der zweiten Gruppe in einer Horizontalebene liegen.

5. Netzwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Spulen in ihrer Horizontalebene geneigt verlaufen.

6. Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Gruppe von Spulen vertikal gegeneinander versetzt sind.

7. Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ersten Geraden, entlang der die Spulen der ersten Gruppe angeordnet sind, und der zweiten Geraden, entlang der die Spulen der zweiten Gruppe angeordnet sind, einstellbar ist.

8. Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Versetzung zwischen den entsprechenden Spulen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe in Längsrichtung des Netzwerks einstellbar ist.

9. Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen den Spulen in jeder der beiden Gruppen einstellbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Verzögerungsleitung mit im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im einzelnen angegebenen Merkmalen.

Eine Verzögerungsleitung dieser Art ist in der US-PS 29 46 967 beschrieben. Bei dieser bekannten Verzögerungsleitung sind von den Kopplungskoeffizienten, die sich aus den Gegeninduktivitäten zwischen den einzelnen Spulen ergeben, für die Charakteristik der Verzögerungsleitung nur diejenigen Kopplungskoeffizienten berücksichtigt, die den Kopplungen zwischen benachbarten Spulen einerseits und zwischen jeweils durch eine dazwischen liegende Spule getrennten Spulen anderseits entsprechen, während alle weiteren Kopplungen zwischen weiter voneinander entfernt liegenden Spulen vernachlässigt werden.

Bei einer weiteren bekannten Verzögerungsleitung, die in der US-PS 28 74 358 beschrieben ist, gibt es eine Kopplungsschleife zwischen dem letzten Abschnitt einer ersten Spulengruppe und dem letzten Abschnitt einer zweiten Spulengruppe, wodurch sich eine Kopplungskorrektur in jedem dieser Abschnitte erreichen läßt, Kopplungen höherer Ordnung zwischen weiter entfernt voneinander liegenden Spulen sind jedoch auch hier nicht berücksichtigt.

Bei einer aus der US-PS 27 02 372 bekannten Verzögerungsleitung schließlich sind die einzelnen Spulen in Längsrichtung der Verzögerungsleitung in Längsschlitzen einer Grundplatte verschiebbar angeordnet, um Änderungen in der gegenseitigen

μ Kopplung zwischen benachbarten Spulen zu erreichen, wobei jedoch Kopplungen höherer Ordnung wiederum vernachlässigt werden.

Beim praktischen Betrieb von Verzögerungsleitungen mit hoher Leistung hat sich keines der bisher bekannten

J5 Bauprinzipien als voll befriedigend erwiesen, was in erster Linie darauf zurückzuführen ist, daß dabei die Kopplungen höherer Ordnung zwischen weiter voneinander entfernten Spulen außer acht gelassen bleiben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verzögerungsleitung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie eine optimale Einstellung auch der Kopplungskoeffizienten höherer Ordnung zwischen entfernteren Spulen gestattet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ergibt eine Verzögerungsleitung mit ausgezeichnetem Phasenverhalten, das sich selbst dann erhalten läßt, wenn die Kopplungen zwischen den einzelnen Spulen ungleichförmig verteilt sind. Darüber hinaus zeichnet sich eine erfindungsgemäß ausgebildete Verzögerungsleitung durch eine extreme Miniaturisierung in ihren Abmessungen, durch niedrige Gestehungskosten und durch hohe Leistung aus.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung veranschaulicht sind; dabei zeigen in der Zeichnung

Fig. IA und IB ein Verdrahtungsdiagramm für eine

^M erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig.2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der relativen Lage der einzelnen Spulen und der Beziehungen zwischen den Kopplungskoeffi-