DE2434906C3

DE2434906C3 - Dr osselspule für Hochfrequenz mit Leitungseigenschaften

Info

Publication number: DE2434906C3
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: 1978-09-28
Also published as: DE2434906B2; DE2434906A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drosselspule für Hochfrequenz mit Leitungseigenschaften, bei der ein bO 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 Kingkern gewickelten Koaxialkabel besteht, ist bereits b^ri bekannt (französische Patentschrift 9 % 073).

Ans Koaxialkabeln gebildete Drosselspulen (Koa- \ialdrosseln) werden in Trägerfreqiienzüberlragungsssstcmcn. die in einem Frequenzbereich zwischen ca. 100 kHz bis 50MHz arbeiten, häufig als Teil von Stromversorgungsweichen benutzt. Stromversorgungsweichen sind immer dann erforderlich, wenn der Versorgungsgleichstrom zur Fernspeisung der Leitungsverstärkcr zusammen mit dem Trägerfrcquenzsignal über die Nachrichtenleitung übertragen wild. 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 isl zwar bereits eine Drosselspule bekannt, die aus einem zweiteiligen konzentrisch ausgebildeten magnetischen Kern mit einer im Zwischenraum angeordneten Drahtwickiung 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 Hochfrequenzweg 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 l'rfindung können drei Wicklungen der Drosselspule zweilagig ausgebildet sein, derart, daß jeweils die innenliegende erste mit der außenliegenden letzten

Wicklungslagc, die zweite mit der vorletzten Wicklungslage und die beiden mittleren Wicklungslagen durch Reihenschaltung je 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 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 innenliegende erste und die außenliegende letzte Wicklungsiage sowie die beiden mittleren Wicklungslagen durch Reihenschaltung je eine Drahtwicklung mit gleichem Wicklungssinn bilden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

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

Die Fig. 2 zeigt einen Wickelkörper einer Drosselspule mit drei zweilagigen Wicklungen.

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

Die drei Wicklungen w 1, w2, vv3 sind als einlagige Zylinderwicklungen konzentrisch auf einen Wickelkörper 4 aufgebracht. Die Anzahl der Windungen aller Wicklungen und ihr Wicklungssinn sind gleich. Die Enden 1 und 1' der außenliegender. Wicklung w t sind mit den Enden 3 und 3' der innenliegenden Dr;ihtwicklung verbunden, so daß die Drosselspule mit zwei Ein- jo 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 w2 3-, einschließenden parallelgeschalteten Wicklungen w i und »v3 eine Abschirmung der mittleren Wicklung w2. 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 w3 getrennt. Wird der Abstand zwischen zwei benachbarten Drahtwicklungen mit a bezeichnet, dann läßt sich der für einen Wellenwiderstand Z benötigte Abstand a, der auch die lsolationsbeschichtung der Drähte mit einschließt, nach folgender Formel berechnen:

^2Zcfo

-1

50

Darin bedeutet

d = Drahtdurchmesser (ohne Isolation).
Er = Relative Dielektrizitätskonstante (Mittelwert aus der Drahtisolation und den Zwischenlagen).

ε₀ = 8,859 ■ 10-'«—,
cm

55

= 3 · 10'

„ein

Z = Wellenwiderstand.

Durch die in Fig. 2 dargestellte mehrlagige Ausführung eier Wicklungen der Drosselspule lassen sich größere Induktivitätswerte erzielen Die drei Wicklungen w¹ 1, w^J 2 und \\^J 3 sind zweilagig ausgebildet. Die zueinandergehörigen Lagen der Wicklungen w" 2 und ii^J 3 sind nicht unmittelbar benachbart angeordnet, sondern durch Lagen der Wicklung 11' I getrennt. So bildet die Reihenschaltung der eisten und Ici/ten Wicklungslage auf dem Wickelkörper 4 die Wicklung n' 3, die zweite und vorletzte Wicklungslagc die Wicklung v/ 2 und die beiden mittleren Wicklungslagen die Wicklung u^J 1. Der Wicklungssinn bleibt in den in Reihe geschalteten Wicklungslagen erhalten. Wie im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 werden die Wicklungsenden 1 mit 3 und Γ mit 3' verbunden. Der durch Zwischenlagen 5 gegebene Abstand .7 der Drähte der Wicklungslagen zueinander wird nach der genannten Formel bestimmt. Ausgenommen davon ist der Abstand zwischen den beiden benachbarten Wicklungslagen der Wicklung v/ 1, der ein Mehrfaches von u betragen kann. Die Abschirmung einer Wicklung, wie sie in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 durch zwei weitere Wicklungen erzielt wird, kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 3) auch durch eine zweilagig ausgebildete Wicklung erreicht werden. Eine der beiden in Fig. 3 auf einem Wickelkörper 4 angeordneten Wickellungen w" 1 wird von der Reihenschaltung der ersten und letzten (vierten) Wicklungslagc gebildet. Die beiden mittleren in Reihe geschalteten Wicklungslagcn stellen die abzuschirmende Wicklung w" 2 dar. Die Abschirmwirkung wird hier durch die beiden Wicklungslagen der Wicklung \\" 1 erreicht. Der für die Zwischenlagen 5 unter Berücksichtigung der Drahtisolation erforderliche Wert ;) läßt sich nach folgender Formel berechnen:

^+Zcf

Der Abstand zwischen den Wicklungslagcn der Wicklung w" 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. 1, in einem Schalenkern untergebracht werden oder einen anders ausgebildeten magnetischen Kern erhalten.

Die Wicklungen aller drei Ausführungsbeis,/ielc können auch als Scheibenwicklungen ausgebildet werden, wobei die Formeln für die Bemessung der Zwischenlagen entsprechend angewendet werden können.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Puicntanspruche:

1. Drosselspule für Hochfrequenz mit Leitungseigenschaften, bei der ein magnetischer Kern mit mindestens zwei elektrisch gelrennten Leitern bewickelt ist, von denen der eine den andern abschirmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule aus mehreren auf einen magnetischen Kern gewickelten getrennten, konzentrisch ι ο oder scheibenförmig ausgebildeten Drahtwicklungen besteht, von denen eine erste Drahtwicklung (W2. WZ W" 2) durch konzentrisch oder beidseitig parallel (Scheibenwicklung) dazu angeordnete weitere Drahtwiicklungen (Wl, W3; Wi, W'3; W" \) 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; Wi) parallel oder in Reihe geschaltet sind.

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

3. Drosselspule nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß drei Wicklungen (IVl, 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 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 (Wi, W3) parallel geschaltet sind (F i g. 2).

4. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule aus zwei Drahtwicklungen (W \, W"2) mit je zwei Wicklungslagen gebildet ist, derart, daß die innenliegende erste und die außenliegende letzte Wicklungslage sowie die beiden mittleren Wicklungsiagen 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 -ei Scheibenwicklungen ausgebildet sind.

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

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