DE2434906B2

DE2434906B2 - Drosselspule fuer hochfrequenz mit leitungseigenschaften

Info

Publication number: DE2434906B2
Application number: DE19742434906
Authority: DE
Inventors: Walter Ing(grad) 8021 Taufkirchen Peters
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1974-07-19
Publication date: 1978-01-19
Also published as: DE2434906C3; DE2434906A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drosselspule für Hochfrequenz mit Leitungseigenschaften, bei der ein t>o magnetischer Kern mit mindestens zwei elektrisch getrennten Leitern bewickelt ist, von denen der eine den andern abschirmt.

Eine derartige Drosselspule, die aus einem über einen Ringkern gewickelten Koaxialkabel besteht, ist bereits M bekannt (französische Patentschrift 9 5b 073).

Aus Koaxialkabeln gebildete Drosselspulen (Koaxialdrosseln) werden in Trägerfrequenzübertragungssy-Memen, die in einem Frequenzbereich zwischen ca. 100 kHz bis 50MHz arbeiten, häufig als Teil von Stromversorgungsweichen benutzt. Stromvcrsorgtingsweiehen sind immer dann erforderlich, wenn der Vcrsorgungsgleichstmm zur Fernspeisung der l.citiingsverstärker zusammen mit dem Trägerfrequen/.signal über die Nachrichtcnleitung übertragen wird. Derartige Drosselspulen bewirken keine Dämpfung des übertragenen Signals, da die Wicklungen von den Strömen gegensinnig durchflossen werden und die Magnetfelder sich aufheben. Dagegen wird für Störströme, die nur eine Wicklung durchfließen, der volle induktive Widerstand wirksam. Auf diese Weise kann eine Rückkopplung vom Verstärkerausgang zum Verstärkereingang weitgehend vermieden werden. Wird der Wellenwiderstand des Koaxialkabels gleich den Abschlußwiderständen gewählt, so kann bis zu hohen Frequenzen ein kleiner Reflexionsfaktor erzielt werden. Nachteilig ist, daß selbst bei Verwendung von Koaxialkabeln mit sehr kleinem Außendurchmesser Koaxialdrosseln für Potentialtrennfilter relativ große Außenabmessungen besitzen. Ein Vorteil der Koaxialdrosseln besteht darin, daß sie einen definierten Wellenwiderstand besitzen und störende Diagonalkapazitäten praktisch nicht vorhanden sind.

Es ist zwar bereits eine Drosselspule bekannt, die aus einem zweiteiligen konzentrisch ausgebildeten magnetischen Kern mit einer im Zwischenraum ungeordneten Drahtwicklung besteht, die mit einem die Drahtwicklung zum inneren Kern abschirmenden Metallzylinder einen Vierpol darstellt (US-PS 22 58 261). Eine derartige Drosselspule kann aber eine im llochfrequenzweg liegende Koaxialdrossel nicht ersetzen, da ihre Induktivität im Signalweg wirksam wäre und die Nutzsignale in unzulässiger Weise bedampfen würde.

Außerdem ist aus der FR-PS 20 34 154 eine aus einem Schalenkern mit einer doppeldrähtigen Wicklung bestehende Drosselspule bekannt, die durch Zusammenschalten der Wicklungsteile eine bifilare Wicklung darstellt. Die Drosselspule enthält keine Wicklungsanordnung, durch die eine bevorzugte Wicklung durch mehrere andere Wicklungen nach außen elektrisch abgeschirmt ist. Sie kann eine als Vierpol wirkende koaxiale Drossel nicht ersetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Nachbildung einer als Koaxialdrossel ausgebildeten Drosselspule der eingangs genannten Art anzugeben, die unter Wahrung der vorteilhaften Eigenschaften der Koaxialdrossel nur geringe räumliche Abmessungen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drosselspule aus mehreren auf einen magnetischen Kern gewickelten getrennten, konzentrisch oder scheibenförmig ausgebildeten Drahtwicklungen besteht, von denen eine erste Drahtwicklung durch konzentrisch oder beidseitig parallel (Scheibenwicklung) dazu angeordnete weitere Drahtwicklungen mit gleicher Wicklungsrichtung und gleicher Windungszahl elektrisch abgeschirmt ist, derart, daß die die .erste Drahtwicklung einschließenden Drahtwicklungen parallel oder in Reihe geschaltet sind.

Sofern die Drosselspule keine große Induktivität aufzuweisen braucht, können alle Drahtwicklungen einlagig ausgeführt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können drei Wicklungen der Drosselspule /weilagig ausgebildet sein, derart, daß jeweils die innenliegende erste mil tier außenliegendcn lct/ien

Wiekluiigslage, clic /.weile mil der vorletzten Wick· lungslngc und die beiden minieren Wickliingskigcn durch Reihenschaltung je eine Drahiwicklung mit gleichem Wicklungssinn bilden und daß ferner die aus der ersten und letzten Wieklungslage und die aus den beiden initiieren Wicklungslagen gebildeten Drahiwicklungen parallel geschaltet sind.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Drosselspule besteht darin, daß diese aus zwei Drahtwicklungen mit je zwei Wicklungslagen gebildet ist, derart, daß die κ; innenliegende erste und die außenlicgendc letzte Wicklungiiuge sowie die beiden mittleren Wicklungslagen durch Reihenschaltung je eine Drahtwicklung mit gleichem Wicklungssinn bilden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand π der Fig. I bis 3 näher erläutert.

In Fig. 1 ist eine Drosselspule mit drei einlagigen Wicklungen unter Verwendung eines Schalenkerns dargestellt.

Die Fig. 2 zeigt einen Wickelkörper einer Drossel- 2« spule mit drei zweitägigen Wicklungen.

In Fig. 3 ist eine Drosselspule mit zwei zweilagigen Wicklungen wiedergegeben.

Die drei Wicklungen w\, w2, w3 sind als eintägige Zylinderwicklungen konzentrisch auf einen Wickelkörper 4 aufgebracht. Die Anzahl der Windungen aller Wicklungen und ihr Wicklungssinn sind gleich. Die Enden 1 und 1' der außenliegenden Wicklung w 1 sind mit den Enden 3 und 3' der innenliegenden Drahtwicklung verbunden, so daß die Drosselspule mit zwei Ein- und Ausgangsklemmen einen Vierpol darstellt. Um genügend große Induktivitätswerte erzielen zu können, ist der bewickelte Wickelkörper 4 in einem Schalenkern 6 aus hochpermeablem Werkstoff eingelegt. In der dargestellten Ausführung bilden die die Wicklung ic 2 j-, einschließenden parallelgeschalteten Wicklungen w 1 und w 3 eine Abschirmung der mittleren Wicklung iv2. Auf diese Weise können Diagonalkapazitäten der Drosselspule weitgehend vermieden werden. Die Wicklung w2 ist zur Erzielung eines definierten Wellenwiderstandes durch Zwischenlagen 5 bestimmter Bemessung von den benachbarten Wicklungen w 1 und iv 3 getrennt. Wird der Abstand zwischen zwei benachbarten Drahtwicklungen mit a bezeichnet, dann läßt sich der für einen Wellenwiderstand Z benötigte Abstand .·/, der auch die Isolationsbeschichtung der Drähte mit einschließt, nach folgender Formel berechnen:

a»dU

(l

Darin bedeutet

c/ = Drahtdurchmesser (ohne Isolation),
e, = Relative Dielektrizitätskonstante (Mittelwert aus der Drahtisolation und den Zwischenlagen),

(■:„ = 8,859 · 10 '⁴^-,

50 c = 3 · 10'"·^,

Z = Wellenwiderstand.

Durch die in F i g. 2 dargestellte mehrlagige Auslüli rung der Wicklungen der Drosselspule lassen sich größere Incluktiviiiitswerie erzielen. Die drei Wicklungen w¹ I, u^J 2 und 11' 3 sind /weilagig ausgebildet. Die zucinandergehöngen Lagen der Wicklungen \\^J 2 und w' 3 sintl nicht unmittelbar benachbart angeordnet, sondern durch Lagen der Wicklung u^J I gelrennt. So bildet die Reihenschaltung der ersten und lci/ien Wicklungslage auf dein wickelkörper 4 die Wicklung 11■' 3. die zueile und \urleizie Wicklungslage die Wicklung w' 2 und die beiden minieren Wicklungslagen die Wicklung u' I. Der Wicklungssinn bleibt in den in Reihe geschalteten Wicklungslagen erhallen. Wie im Aiisfühmng.sbeispiel nach Fig. I werden die Wicklungsenden I mit J und I' mit i' verbunden. Der durch Zwischenlagen 5 gegebene Abstand .·/ der Dnihte der Wicklungslagen zueinander wird nach der genannten Formel bestimmt. Ausgenommen davon ist der Abstand zwischen den beiden benachbarten Wicklungslagen der Wicklung w¹ !,der ein Mehrfaches von ;; betragen kann.

Die Abschirmung einer Wicklung, wie sie in den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 und 2 durch zwei weitere Wicklungen erzielt wird, kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispici (Fig. 3) auch durch eine zweilagig ausgebildete Wicklung erreicht werden. Eine der beiden in F i g. J auf einem Wickelkörper 4 angeordneten Wickellungen ic" I wird von der Reihenschaltung der ersten und letzten (vierten) Wicklungslage gebildet. Die beiden mittleren in Reihe geschalteten Wicklungslagen stellen die abzuschirmende Wicklung it" 2 dar. Die Abschirmwirkung wird hier durch die beiden Wicklungslagen der Wicklung w" I erreicht. Der für die Zwischenlager! 5 unter Berücksichtigung der Drahtisolation erforderliche Wert ;i läßt sich nach folgender Formel berechnen:

Der Abstand zwischen den Wicklungslagen der Wicklung ic" 2 kann erheblich größer als der zwischen den anderen Wicklungslagen gewählt werden.

Die Wicklungen der Ausführungsbeispiele nach den Fig.2 und 3 können, wie in Fig. I, in einem Schalenkern untergebracht werden oder einen anders ausgebildeten magnetischen Kern erhalten.

Die Wicklungen aller drei Ausführungsbeispielc können auch als Scheibenwicklungen ausgebildet werden, wobei die Formeln für die Bemessung tier Zwischenlagen entsprechend angewendet werden können.

Drosselspulen gemäß der Erfindung können Koaxkildrosscln in vielen Anwendungsfällcn in vorteilhafter Weise ersetzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drosselspule für Hochfrequenz mit Leitungscigenschaften. bei der ein magnetischer Kern mit > mindestens zwei elektrisch getrennten Leitern bewickelt ist, von denen der eine den andern abschirmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule aus mehreren auf einen magnetischen Kern gewickelten getrennten, konzentrisch in oder scheibenförmig ausgebildeten Drahtwicklungen besteht, von denen eine erste Drahtwicklung (W2, W2, IV2) durch konzentrisch oder beidseitig parallel (Scheibenwicklung) dazu angeordnete weitere Drahtwicklungen (Wi, W3; Wi, W3; W"i) r> mit gleicher Wicklungsrichtung und gleicher Windungszahl elektrisch abgeschirmt ist, derart, daß die die erste Drahtwicklung (W2, W2, W"2) einschließenden Drahtwicklungen (Wi, W3; Wi, W3; W" I) parallel oder in Reihe geschaltet sind.

2. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwicklungen einlagig gewickelt sind(Fig. 1).

3. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Wicklungen (WX, W2, W3) der Drosselspule zweilagig ausgebildet sind, derart, daß jeweils die innenliegende erste mit der außenliegenden letzten Wicklungslage, die zweite mit der vorletzten Wicklungslage und die beiden mittleren Wicklungslagen durch Reihenschaltung je ju eine Drahtwicklung mit gleichem Wicklungssinn bilden und daß ferner die aus der ersten und letzten Wicklungslage und die aus den beiden mittleren Wicklungslagen gebildeten Drahtwicklungen (Wl, W'3) parallel geschaltet sind {F i g. 2). r>

4. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule aus zwei Drahtwicklungen (IVl, W"2) mit je zwei Wicklungslagen gebildet ist, derart, daß die innenliegende erste und die außenliegende letzte Wicklungslage sowie die beiden mittleren Wicklungslagen durch Reihenschaltung je eine Drahtwicklung mit gleichem Wicklungssinn bilden (F i g. 3).

5. Drosselspule nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwicklungen als Scheibenwicklungen ausgebildet sind.

6. Drosselspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwicklungen in einem Schalenkern aus hochpermeablem Werkstoff angeordnet sind. ">o

7. Drosselspule nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absland zwischen zwei Wicklungslagen größer bemessen ist als der Abstand zwischen den Drahtwicklungen.

5-j