DE4035209C2 - Impedanzwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Impedanzwandler mit mindestens einem Ringmagnetkern und mindestens einer darauf angeordneten Wicklung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Solche Impedanzwandler, insbesondere als Sparübertrager ausge­ bildet, werden in der Übertragungstechnik für Breitbandübertragung hoher Frequenzen eingesetzt. Bei dieser Übertragungsart tritt insbesondere das Problem der Eigeninduktivität auf, welche die Übertragungsgrenzen bestimmt. Mit steigender Eigeninduktivität nimmt die Übertragungsbandbrei­ te ab. Die Eigeninduktivität nimmt mit der Windungszahl der Spule quadratisch zu. Dies wirkt sich bei höheren Frequenzen besonders nachteilig aus, und aus diesem Grund ist man bestrebt, die Win­ dungszahl so niedrig wie möglich zu halten. Ein anderes Problem bei Spulenübertragern ist dadurch gegeben, daß eine genaue Anpas­ sung der transformierten Wellenwiderstände aufgrund der zu gerin­ gen Rückflußdämpfung schwierig ist. Insbesondere bei Übertragungen im Bereich hoher Frequenzen wirkt sich die zu gerin­ ge Rückflußdämpfung sehr negativ aus. Ein weiterer Nachteil einer höheren Windungszahl ist die große Länge der Windungen, wodurch der Wellenwiderstandswert erhöht wird, was einen Leistungsabfall zur Folge hat. Durch die Realisierung von Teilwindungsverhältnissen, d. h. durch nicht ganzzahlige Win­ dungszahlen bei gleichzeitiger Einhaltung der Bedingung der Mini­ mierung der Windungszahl, ist das eine optimale Anpassung der Wellenwiderstände realisierbar.

Aus der GB-PS 823 386 ist die Realisierung der Teilwindungsverhältnisse bekannt. Der Magnetkern, auf dem die Windungen angeordnet sind, besteht aus zwei Teilmagnetkernen mit unterschiedlicher Breite. Um ein gewünschtes Teilwindungsverhältnis zu erreichen wird vorgeschlagen, daß die Windung eine doppelte Schlaufe bildet, die in einer bestimmten An­ ordnung um die beiden Teilmagnetkerne verläuft. Durch diese be­ sondere Anordnung der Windungen und die Form der Doppelschlaufe können beliebige Teilwindungsverhältnisse erreicht werden. Diese komplizierten Wicklungsanordnungen sind nachteilig.

Daneben ist in der US-PS 2 283 711 die Realisierung der Teilwindungsverhältnisse durch das Herausführen der Windung durch ein in der Wandung des Ringmagnetkernes angeordnetes Loch und das Führen der Wicklung in einer bestimmten Anordnung um den Magnetkern beschrieben. Die Wicklungen müssen dabei in einer in Abhängigkeit von dem gewünschten Teilwindungsverhältnis bestimm­ ten und unterschiedlichen Weise miteinander verbunden werden. Dies ist nachteilig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Impedanzwandler so auszugestalten, daß die Teilwindungsverhältnisse der magnetischen Wicklung einfach und preisgünstig erreicht werden.

Diese Aufgabe ist durch die in den Ansprüchen l und 2 angegebe­ nen Impedanzwandler gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteil­ hafte Weiterbildungen dar.

Bei einem aus mehreren Teilmagnetkernen bestehenden Magnetkern sind die Teilwindungsverhältnisse lediglich dadurch realisiert, daß die Teilmagnetkerne Breiten aufweisen, die das Teilwindungsverhältnis bestimmen. Die nur um diesen Teil des Mag­ netkernes, dessen Breite dem gewünschten Teilwindungsverhältnis entspricht, geführte Wicklung ist durch die Trennfuge zwischen den beiden Teilmagneten herausgeführt. Die restlichen Windungen sind um alle Teile des Magnetkernes geführt. Sind zwei gleiche Teilmagnetkerne vorgesehen, und sind diese in ihren Abmessungen gleich, so wird dadurch ein Teilwindungsverhältnis von 0,5 er­ reicht. Besteht der Magnetkern aus drei Teilmagnetkernen von gleichen Abmessungen, so werden Teilwindungsverhältnisse von 0,33 bzw. 0,66 realisiert, je nach dem ob eine Windung durch einen oder zwei Teilmagnetkerne geführt ist. Durch das Führen einer Win­ dung nur durch einen einzelnen Teilmagnetkern können beliebige nicht ganzzahlige Windungszahlen realisiert werden.

Eine ähnliche Einfachheit der Realisierung der Teilwindungsverhältnisse weist die Maßnahme der Führung einer Windung durch ein in der Wandung eines Ringmagnetkernes an seiner Stirnseite vorgesehenes Loch auf. Der Abstand des Loches vom Rand des Magnetkerns bestimmt auf einfache Weise das Teilwindungsverhältnis. So können nur durch unterschiedliche An­ ordnungen des Loches beliebige Teilwindungsverhältnisse reali­ siert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung bestehen die Teilmagnetker­ ne aus Werkstoffen, die unterschiedliche magnetische Eigenschaf­ ten aufweisen. In diesem Fall erfolgt die Realisierung des gewünschten Teilwindungsverhältnisses durch die magnetische Ver­ schiebung aufgrund der verschiedenen magnetischen Eigenschaften der einzelnen Kerne, unabhängig von den geometrischen Verhältnissen. Das heißt, daß auch bei einer geometrischen Ausge­ staltung derart, daß die Teilmagnetkerne die gleichen Abmessungen aufweisen, jedoch unterschiedliche magnetische Eigenschaften be­ sitzen, ein beliebiges Teilwindungsverhältnis, abweichend von dem geometrisch vorgegebenen realisiert werden kann. Für diese erfinderische Ausgestaltung bieten sich insbesondere Ferrit- oder Eisenpulverkerne an. Die Auswahl der geeigneten Werkstoffe und deren Kombination kann aufgrund der Ausgestaltung derart, daß mehrere Teilmagnetkerne vorgesehen sind, auf eine besonders ein­ fache Weise erfolgen, wobei das einzige Auswahlkriterium das Fre­ quenzverhalten und die dadurch bedingten Breitbandübertragungs­ eigenschaften der Teilmagnetkerne sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegen­ standes liegt darin, daß die Wicklungen auf einer Leiterplatte an­ geordnet sind (gedruckte Schaltung) und ein Magnetkern in diese eingeschoben wird.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Schematische Darstellung eines Ersatzschaltbildes des erfindungsgemäßen Impedanzwandlers.

Fig. 2 Perspektivische Darstellung eines aus zwei Teilmagnet­ kernen bestehenden Magnetkernes mit 4, 5 Windungen.

Fig. 3 Perspektivische Darstellung einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetkernes mit 4, 5 Windungen.

Fig. 4 Eine Seitenansicht der Anordnung der Windungen an dem Magnetkern.

Fig. 5 Einen Teilschnitt durch eine Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Impedanzwandlers.

In Fig. 1 ist ein Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Impe­ danzwandlers in Ausführung als Sparübertrager dargestellt. In diesem Bild ist dargestellt, daß ein Windungsverhältnis 1 + 4,5 Windungen realisiert wurde. Dieses Windungsverhältnis von w = 4,5 ergibt ein Impedanzverhältnis von 1,494 Ohm. Mit diesem Windungszahlverhältnis ist realisiert, daß der Sollwert von 75 Ohm mit nur einer geringen Abweichung erreicht wurde. Denkbar sind auch Windungsverhältnisse von w = 5,45 zu w = 4,45 Windungen, welche Windungszahlen ein Impedanzverhältnis von 1,49994 erge­ ben, was einer Transformation von 50 Ohm auf 74,997 Ohm ent­ spricht. Durch diese Ausgestaltung könnte bei einem vorgegebenen Sollwert von 75 Ohm ein optimales Transformationsverhältnis er­ reicht werden.

Die konstruktive Ausführung des Magnetkernes und der Windungen des erfindungsgemäßen Impedanzwandlers ist beispielhaft in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt. Der Ringmagnetkern 1 besteht aus zwei Teil­ magnetkernen 1a und 1b. Diese Magnetkerne 1a, 1b haben gleiche Breiten, deshalb bewirkt ein Herausführen einer Windung 2 in der Mitte zwischen den beiden Teilmagnetkernen 1a, 1b eine halbe Win­ dung. (Eine ganze Windung 2 bedeutet ein Wickeln um beide Teilmag­ netkerne 1a, 1b.) Das Windungsverhältnis von 4,5 bzw. 5,5 Windun­ gen ist auf diese Weise einfach realisiert. Neben der Ausführungsform des Teilmagnetkernes 1 mit zwei Teilmagnetkernen 1a und 1b ist auch eine Ausführungsform mit einem Loch 3 in der Mitte des Ringmagnetkernes 1 möglich. Durch dieses an der Stirn­ seite der Wandung angeordnete Loch 3 wird die Windung 2 herausgeführt. Das Loch 3 befindet sich in der Breitenmitte des Magnetkernes 1. Daher ist auch hier ein Windungsverhältnis 4,5 bzw. 5,5 realisiert. Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Windungen 2 und des Magnetkernes 1, in einer Ausführungsform, bei der der Magnetkern 1 aus zwei Teilmagnetkernen 1a und 1b besteht.

Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Impedanzwandler als ferti­ ges Bauteil 4. Der Impedanzwandler 4 weist eine aus Kupfer beste­ hende Zentralleitung 5 auf, die gleichzeitig die erste Windung darstellt, einen aus zwei Teilen 1a und 1b bestehenden Magnetkern 1, ein Gehäuse 6, das die Endbuchse bildet, und einen Endstecker 7. Auf dem Magnetkern 1 sind 4,5 Windungen angebracht, welche zu­ sammen mit der Zentralleitung 5 5,5 Windungen darstellen. In der Umgebung der Teilmagnetkerne 1a, 1b sind die Außenleiter 5a, 5b durch in der Umgebung des Magnetkernes 1 und in richtigem Abstand von der Zentralleitung 5 angeordnete Leiterplatten 8 ersetzt. Dies geschieht aus Montagegründen und um die Zentralleitung 5 so wenig wie möglich zu beeinflussen.

Claims (5)

1. Impedanzwandler, insbesondere Sparübertrager, mit mindestens einem Ringmagnetkern und mindestens einer darauf angeordneten Wicklung, wobei auf dem Magnetkern bei einer minimalen Anzahl von Windungen Teilwindungsverhältnisse realisiert sind und der Magnetkern aus mindestens zwei Teilmagnetkernen unterschiedli­ cher Breite besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Win­ dung (2) um mindestens einen Teilmagnetkern (1a) gewickelt ist und durch die Trennfuge zwischen den Teilmagnetkernen (1a, 1b) herausgeführt ist, wobei die Teilmagnetkerne (1a, 1b) Breiten aufweisen, welche das Teilwindungsverhältnis bestimmen.

2. Impedanzwandler, insbesondere Sparübertrager, mit einem Ring­ magnetkern und mindestens einer darauf angeordneten Wicklung, wobei auf dem Magnetkern bei einer minimalen Anzahl an Windun­ gen Teilwindungsverhältnisse realisiert sind und die Windung durch ein in der Wandung des Ringmagnetkernes stirnseitig ange­ ordnetes Loch herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (3) in einem Abstand vom äußeren Rand des Magnetkernes (1) angeordnet ist und der Abstand des Loches vom Rand das Teilwindungsverhältnis bestimmt.

3. Impedanzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmagnetkerne (1a, 1b) aus Materialien mit unterschiedli­ chen magnetischen Eigenschaften bestehen.

4. Impedanzwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmagnetkerne (1a, 1b) in Wicklungsrichtung gesehen glei­ che Abmessungen aufweisen.

5. Impedanzwandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (2) in einer Leiterplatte, in welche der Magnetkern (1) eingreift, angeord­ net sind.