DE452814C - Einrichtung zur induktiven Kopplung von Wechselstromkreisen, insbesondere Hochfrequenzkreisen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur induktiven Kopplung von Wechselstromkreisen, insbesondere Hochfrequenzkreisen. Ein Schwingungskreis, der mit einem anderen Schwingungskreis induktiv gekoppelt ist, wird bekanntlich durch diese Kopplung in seinen elektrischen Eigenschaften geändert. In einem schwach gedämpften Schwingungskreis, der mit einem stark gedämpften gekoppelt ist, treten im allgemeinen mehrere Kopplungsschwingungen auf, und das Dämpfungsdekrement wird um das des angekoppelten Kreises vergrößert. Diese durch Rückwirkung hervorgerufenen Eigenschaften gekoppelter Kreise wirken meist in störender Weise auf die Energieübertragung insbesondere dadurch, daß durch die Verbreiterung der Resonanzkurve, mit anderen Worten die dadurch vergrößerte Dämpfung, ungewünschte Störschwingungen, wie Ober- oder Nebenwellen, ebenfalls leicht übertragen werden. Bekanntlich kann eine Verringerung der Rückwirkung durch lose Kopplung erreicht werden, wodurch es möglich ist, Störschirzngungen mehr oder weniger zu beseitigen, jedoch wird dies mit dem Nachteil verringerter Energieübertragung, d. h. verkleinerten Nutzeffektes der ganzen Einrichtung, erkauft.
• Durch die vorliegende Erfindung wird ein einfaches Mittel gegeben, diese Rückwirkungen zu verringern bzw. zu beseitigen und es so zu ermöglichen, einerseits eine für eine wirksame Energieübertragung feste Kopplung anzuwenden, anderseits aber auch die Vorteile verringerter Dämpfung und dadurch bedingter Unterdrückung von Störschwingungen, mit anderen Worten vergrößerter Selektivität, zu erhalten, wie es sonst bei sehr loser Kopplung der Fall ist. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß parallel zu der Kopplungsspule des Kreises, der die Energie aus einem anderen (primären) Schwingungskreis aufnimmt, eine Kapazität geschaltet wird, derart, daß diese Kapazität mit der parallel liegenden Kopplungsspule einen Kreis bildet, dessen Eigenfrequenz gegenüber der Frequenz der Nutzschwingung eine wesentliche Verstimmung darstellt. Hierbei ist Voraussetzung, daß nur ein Teil der Selbstinduktion des Kreises zur Kopplung mit dem energieliefernden Kreis benutzt wird.
• Das Wesen der Erfindung wird an-Hand der beiliegenden Abbildungen noch näher erläutert, von denen Abb. i dem Zweck .einer einfachen mathematischen Betrachtung der Vorgänge dienen soll, während die übrigen Abbildungen praktische Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens darstellen. Bezugnehmend auf Abb- i sei L, die Selbstinduktivität ehner Spule eines primären (energieliefernden) Kreises, die der Einfachheit halber zunächst widerstandslos angenommen ist und an deren Enden eine Spannung V, herrscht. Mit LI gekoppelt ist eine weitere Spule mit der Selbstinduktivität L2 eines weiteren 'von ersterem Energie empfangenden Kreises L2 C2 L2. C2 ist die - erfindungsgemäß parallel zur sekundären Kopplungsspule L2 geschaltete Kapazität, und die folgende Betrachtung setzt zunächst voraus, daß C2' und L2 nicht vorhanden seien und somit

  I2(R2 + y (wL2 -_. Il-C2)) = - 9 wMII.

  d. i..

  _ w MI,

  (z') eingesetzt in (I) ergibt; I2 R2 + 9 (w'L2- I/wC2) ' (z '

  W2M2 _ W2M2R2- iwM2(wL2-I/C2)#

  YI_ 9 u' LI + j22 + 9 (w L2 - I/w C2) . II w LI + R22 + (w L2 - I IW C2)2 II .

  Hieraus ergibt sich: VIllI (s. Gleichung 3) bedeutet den Widerstand der Selbstinduktionsspule L1. Derselbe wird für M = O, d. h. für extremlose Kopplung, wie sich ohne weiteres aus der Beziehung ersehen läßt, = j c) LI, d. h. eine Rückwirkung findet in diesem Falle nicht statt. Die Ausdrücke ,l und B stellen somit die durch die Rückwirkung des Kreises L2 C2 auf die Selbstinduktion L, gleichsam scheinbar übertragenen Wirk- bzw. Blindwiderstände dar. Für den Resonanzfall des Kreises L2 C2 (o L2 = i,!w C2) wird das Glied B = O, der scheinbar rückübertragene Widerstand ist rein Oh mscher Natur und besitzt seinen höchsten Wert. Es wird nämlich für diesen Fall Für den Fall einer Verstimmung des Kreises L2 C, gegenüber der Betriebsfrequenz CO/2-7, wird der Ausdruck A, d. h. der scheinbar rückübertragende Ohmsche Widerstand, immer kleiner, während der Ausdruck B des rückübertragenden Blindwiderstandes ebenfalls einen immer größer werdenden negativen oder positiven Wert annimmt, je nachdem die Verstimmung oberhalb oder unterhalb der Betriebsfrequenz liegt und so der Blindwiderstand j w LI der Primärspule entweder scheinbar vergrößert oder verkleinert wird. Der Fall der Resonanz ist der ungünstigste, da hier die größte Rückwirkung stattfindet, die nur, wie schon oben erwähnt und auch aus der Formel zu entnehmen ist, durch losere Kopplung verringert werden kann. Dasselbe ist auch der Fall, wenn die erfindungsgemäße L2 C2 einen einfachen, mit LI gekoppelten Kreis darstelle. R2 sei der Widerstand der Spule L2. Nach dem Kirchhoffschen Gesetz gelten dann die Beziehungen: VI-iwLIIi+ j-MI2 worin w die Kreisfrequenz, M den Kopplungsfaktor und j die imaginäre Einheit darstellt. Aus (z) ergibt sich: Kapazität C, fehlt und normalerweise der Kreis L2 C2 L2 in Resonanz auf die Betriebsfrequenz den sekundären Kreis bildet. Der primäre Kreis enthalte nun außer der in der Abbildung gezeichneten Kopplungsselbstinduktivität L, noch eine Kapazität CI und besitze einen Widerstand RI. L1 und RI erfahren dann infolge der Rückwirkung des Kreises L2 C2 eine scheinbare Veränderung (AusdrückeA und B ' nach Gleichung 3). Die Dämpfung des Kreises läßt sich nun bekanntlich ausdrücken durch die Beziehung Wird nun die apazität C2 so gewählt, daß -eine Verstimmung' des Kreises L2 C2 gegenüber der Betriebsfrequenz eintritt, und zwar derart, daß L, vergrößert (Ausdruck B positiv, d. h. Eigenwelle von L2 C2 kleiner als die Betriebswellenlänge), so wird einerseits RI verkleinert und anderseits L, vergrößert, d. h. der Wert .3I einen kleineren Betrag annehmen. Die durch L2 C2 gebildete Parallelkombination liegt nun in Serie im Sekundärkreis C2 und L2', und da ihre Eigenfrequenz, wie nach vorstehendem erforderlich, oberhalb der Betriebsfrequenz liegt, bildet sie für diese einen resultierenden induktiven Widerstand, der durch die Kapazität C2' ausgeglichen werden kann, so daß jetzt der gesamte Sekundärkreiswiderstand aus der Parallelkombination L2 C2 in Serie mit C2 und L2 in Resonanz mit der Betriebsfrequenz ist und einen normalen Sekundärkreis (Zwischenkreis, Antennenkreis usw.) darstellt, während für die Rückwirkung auf dem primären Kreis jetzt nicht mehr der gesamte sekundäre Strom dieses Kreises, sondern nur der geeignet gewählte Teilstrom durch die Spule L2 maßgebend ist. Da, wie aus Gleichung 3 zu ersehen, der Faktor (w L2= 1/w C,) im Zähler mit der ersten Potenz und im Nenner mit der zweiten Potenz vorkommt, so wird von einer bestimmten Größe der Verstimmung an der Gewinn an Dämpfungsverminderung kein merklicher sein, ganz abgesehen davon, daß eine zu starke Verringerung von C2 in bezug auf die Konstanten des gesamten Sekundärkreises ungünstig einzuwirken beginnt. Man wird daher die Verstimmung des Kreises L.,C.; nicht über eine gewisse Grenze hinaus treiben. Praktisch hat sich dabei als ein guter Mittelwert ergeben, wenn die Eigenwelle von L2 C2 ungefähr 3/4 der Betriebswellenlänge beträgt.
• Von den vielen Anwendungsmöglichkeiten sollen im folgenden einige als Beispiel angeführt werden. Der Zwischenkreis von Hochfrequenzsendern verfolgt den Zweck, die vom Generator erzeugten Schwingungen von Oberwellen zu befreien. Dies gelingt, wie schon erwähnt, bei den gebräuchlichen Schaltungen nur, wenn die Kopplung sehr loseist. Wendet man dagegen den erfindungsgemäßen Parallelkondensator zur Sekundärkopplungsspule an, so kann die Kopplung fester gewählt werden, und die Energieübertragung wird günstiger. In Abb.2 ist die Schaltung eines solchen Zwischenkreises dargestellt. Der Kondensator C2 liegt parallel zur Kopplungsspule L., die mit der Kopplungsspule Lt des energieliefernden Primärkreises gekoppelt ist. Die mit der Kopplungsspule L.' gekoppelte Spule L3 dient zur übertragung der Energie an einen Nutzkreis (Antennenkreis). Abb.3 stellt eine Schaltung dar, bei der die erfindungsgemäße Anordnung besonders günstige Vorteile ergibt, indem eine Vergrößerung der Dämpfung des Zwischenkreises (Kopplungsspule Lt) durch eine mittels Spule L2 angekoppelte, stark gedämpfte Antenne vermieden werden soll. Hierbei ist, wie die Abbildung zeigt, parallel zur angegebenen Kopplungsspule L2 die erfindungsgemäße Kapazität C2 geschaltet. (Diese Schaltung ist nicht zu verwechseln mit der bekannten Schwungradschaltung, bei der die Dimensionierung eine andere ist.) L2' bedeutet eine Antennenverlängerungsspule; A ist die Antenne und E der Erdanschluß. In Abb. q sind die beiden obengenannten Schaltungen für einen Zwischenkreissender dargestellt. Ll ist die Kopplungsspule des Primärkreises (Erzeugerkreises), L2 und L2 sind die Kopplungsspulen des Zwischenkreises, C2 die Kapazität des Zwischenkreises und L2' eine Zwischenkreisabstimmspule, während C2 wiederum der erfindungsgemäße, parallel zur Kopplungsspule L2 liegende Kondensator ist. C3 ist die parallel zur Antennenkupplungsspule L3liegende, erfindungsgemäße Kapazität, L3 eine Antennenverlängerungsspule, A die Antenne und E der Erdanschluß. .
• In allen Fällen, wo Rückwirkungen gekoppelter Kreise vermieden werden sollen, ist die neue Schaltung mit Vorteil anzuwenden, insbesondere bei drahtlosen Empfangsschaltungen mit Elektronenröhren, ferner bei Verstärkerschaltungen sowohl für Hoch- als für Niederfrequenz. Dies trifft auch zu bei Fernsprechschaltungen, wo gegenseitige Beeinflussung zweier Leitungen vermieden werden soll.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur induktiven Kopplung von Wechselstromkreisen, insbesondere Hochfrequenzkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der einen Teil der Selbstinduktion des Kreises, dem die Energie zugeführt wird, bildenden Kopplungsselbstinduktion eine Kapazität geschaltet ist, die mit letzterer einen Kreis von solcher Verstimmung gegenüber der Betriebsfrequenz bildet, daß die auf den Primärkreis stattfindende, dessen Dämpfung erhöhende Rückwürkung auf ein Minimum verringert wird. z. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des aus Kopplungsspule und Parallelkapazität gebildeten Kreises größer ist als die Betriebsfrequenz (Eigenwelle etwa 3/4 der Betriebswellenlänge). 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Energie aufnehmende Kreis ein Zwischenkreis ist, dessen zur Kopplung mit dem die Energie liefernden Kreis dienende Kopplungsspule mit einer parallel geschalteten Kapazität einen Kreis von gegenüber der Betriebsfrequenz verstimmter Eigenfrequenz bildet. 4.. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Energie aufnehmende Kreis ein Antennenkreis ist, dessen zur Kopplung mit dem die Energie liefernden Kreis dienende Kopplungsspule mit einer parallel geschalteten Kapazität einen Kreis mit gegenüber der Betriebsfrequenz verstimmter Eigenfrequenz bildet.