Hochfrequenzspule Hochfrequenzspulen wurden bisher vorwiegend als
Luftspulen oder auf Kerne mit nichtgeschlossenem Eisenweg, d. h. bei denen der Eisenweg
infolge der Verwendung von Isoliermaterial unterbrochen ist, gewickelt, wie z. B.
auf Kerne aus Eisenpulver. Die Verwendung von Kernen mit geschlossenem Eisenweg
erwies sich als völlig unmöglich, da die Kerne, die bisher dafür zur Verfügung standen,
stets nichtlineare Verzerrungen solcher Größe hervorrufen, daß eine Verwendung für
die Zwecke der Hochfrequenztechnik auch dann nicht in Frage kommt, wenn durch sehr
weit getriebene Unterteilung des Eisens die Schwierigkeiten hinsichtlich der Wirbelstrombildung
behoben sind. Diese nichtlinearen Verzerrungen sind bekanntlich um so größer, je
größer bei einem Kern der Hysteresefaktor ist, wobei h die Hysteresekonstante nach
J o rd a n (ENT Band i, Heft i) bedeutet und po die Anfangspermeabilität.High-frequency coil High-frequency coils have hitherto been mainly wound as air-core coils or on cores with an open iron path, ie in which the iron path is interrupted as a result of the use of insulating material, such as. B. on cores made of iron powder. The use of cores with a closed iron path turned out to be completely impossible, since the cores that were previously available for this always cause non-linear distortions of such magnitude that use for the purposes of high-frequency technology is out of the question, even if through very far driven subdivision of the iron eliminates the difficulties with regard to the formation of eddy currents. These non-linear distortions are known to be greater, the greater the hysteresis factor in a core, with h being the hysteresis constant J o rd an (ENT volume i, booklet i) means and po the initial permeability.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß Kerne mit geschlossenem
Eisenweg, wie sie im Hauptpatent beschrieben sind, für die Zwecke der Hochfrequenztechnik
verwendbar sind, ohne daß nichtlineare Verzerrungen unzulässiger Größe auftreten.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge eine Hochfrequenzspule, welche einen Magnetkern
mit geschlossenem Eisenweg nachdem Hauptpatent enthält. Diese Kerne sind zwar wie
alle magnetischen Materialien nicht völlig hysteresefrei, jedoch läßt sich der Hysteresefaktor
so. weit erniedrigen, daß die noch verbleibenden nichtlinearen Verzerrungen die
Verwendung von Kernen mit geschlossenem Eisenweg nicht mehr ausschließen. ZweckmWigwählt
man den Hysteresefaktor
Ein solcher Wert läßt sich bei Kernen nach dem Hauptpatent ohne weiteres erreichen,
während die vorher üblichen magnetischen Materialien wesentlich höhere Werte ergeben,
wie die folgende Tabelle zeigt:
h
v@o
Siliciumblech .................. 90
Permalloy ..................... 55
Kerne nach dem Hauptpatent .. a-3
Die Verwendung von Kernen mit geschlossenem Eisenweg, vorzugsweise Ringkernen, für
die Zwecke der Hochfrequenztechnik bringt in mehrfacher Hinsicht erhebliche Vorteile.
In ersterLinie kann dadurch dieStreuung auf einen Bruchteil der bei Luftspulen oder
Spulen
auf Kernen mit nichtgeschlossenem Eisenweg vorhandenen herabgesetzt werden. Ferner
bedingt die größere Permeabilität eine geringere Windungszahl und damit eine ,g4@,
ringere Eigenkapazität der Spulen, was Gera für Hochfrequenzspulen von außerord#izr.er
licher Wichtigkeit ist.The invention is based on the knowledge that cores with a closed iron path, as described in the main patent, can be used for the purposes of high-frequency technology without non-linear distortions of unacceptable magnitude occurring. The invention therefore relates to a high-frequency coil which contains a magnetic core with a closed iron path according to the main patent. Like all magnetic materials, these cores are not completely hysteresis-free, but the hysteresis factor can be. so that the remaining non-linear distortions no longer exclude the use of cores with a closed iron path. The hysteresis factor is chosen for the purpose Such a value can easily be achieved with cores according to the main patent, while the previously customary magnetic materials result in significantly higher values, as the following table shows: H
v @ o
Silicon sheet .................. 90
Permalloy ..................... 55
Cores according to the main patent .. a-3
The use of cores with a closed iron path, preferably toroidal cores, for the purposes of high-frequency technology brings considerable advantages in several respects. First and foremost, this can reduce the spread to a fraction of that present with air-core coils or coils on cores with a non-closed iron path. Furthermore, the greater permeability results in a lower number of turns and thus a, g4 @, lower intrinsic capacitance of the coils, which is extremely important for high-frequency coils.
Um nun darüber hinaus die Wicklungskapazität so niedrig wie möglich
zu halten, werden gemäß der weiteren Erfindung die Spulen als Einlagenspulen ausgeführt,
so daß die Wicklungskapazität im wesentlichen nur aus der Kapazität zwischen der
ersten und der letzten Windung besteht, unter der Voraussetzung, daß durch geeignete
Aufpolsterung auf dem Kern die Kapazität gegen diesen vernachlässigbar klein gemacht
wird. ~Der Beweis hierfür läßt sich sehr einfach r@liren. Betrachtet man eine einlagige
Ringmit n Windungen, zwischen denen jeweils die Kapazität C besteht (Abb. i), so
läßt sich die zwischen den Aderenden a und b
bestehende Kapazität auffassen
als eine Parallelschaltung der Kapazität C zwischen der ersten und letzten Windung
und der Hintereinanderschaltungsämtlicher n-i Kapazitäten von Windung zu Windung.
Die resultierende Wicklungskapazität C", beträgt daher
Diese Wicklungskapazität kann nun gemäß der weiteren Erfindung durch Unterteilen
der Wicklung und geeignete Anordnung der einzelnen Teile noch erheblich verringert
werden. Teilt man nämlich die Wicklung in p Wicklungsteile auf und trifft die Anordnung
auf dem Kern und die Schaltung so, daß zwischen Anfang und Ende der Gesamtspule
nicht mehr die Wicklungskapazität C, sondern an deren Stelle p hintereinandergeschaltete
Wicklungskapazitäten liegen, so ergibt sich für die resultierende Wicklungskapazität
Die Annäherung gilt unter der Voraussetzung, daß p < n ist, also beispielsweise
p = 8 Abschnitte und zt = ioo Windungen. Eine weitergehende Unterteilung
ergibt nur noch in beschränktem Umfang eine Verbesserung, da sich dann der Einfluß
der Kapazität der Zuleitungsdrähte nur noch schwer -ausschalten läßt. Vernachlässigt
man diesen Einfluß, so ergibt sich als Optimum für die Unterteilung p = nl2, wie
eine einfache Rechnung zeigt.In order to keep the winding capacity as low as possible, according to the further invention, the coils are designed as single-layer coils, so that the winding capacity consists essentially only of the capacity between the first and the last turn, provided that suitable Padding on the core makes the capacity against this negligibly small. ~ The proof for this can be r @ lirred very easily. If one considers a single-layer ring with n turns, between each of which there is the capacitance C (Fig. I), the capacitance existing between the wire ends a and b can be understood as a parallel connection of the capacitance C between the first and last turns and the series connection of all ni Turn-to-turn capacities. The resulting winding capacitance C ″ is therefore According to the further invention, this winding capacity can now be considerably reduced by subdividing the winding and suitable arrangement of the individual parts. If one divides the winding into p winding parts and arranges the core and the circuit in such a way that between the beginning and end of the entire coil there is no longer the winding capacitance C, but instead p winding capacitances connected in series, the result is the resulting winding capacitance The approximation applies under the condition that p <n , for example p = 8 sections and zt = 100 turns. A more extensive subdivision only results in an improvement to a limited extent, since the influence of the capacitance of the lead wires can then only be switched off with difficulty. If this influence is neglected, the optimum for the subdivision is p = nl2, as a simple calculation shows.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Spulen
gemäß der Erfindung dargestellt, an Hand deren die erfindungsgemäße Schaltung im
einzelnen erläutert wird.In the drawing are different embodiments of coils
shown according to the invention, on the basis of which the circuit according to the invention in
is explained individually.
Abb. i zeigt eine einlagige Ringkernspule mit st Windungen. Anfang
und Ende liegen auf dem Kern benachbart, so daß das Ersatzschaltbild Abb. i a gilt.
Die Eigenkapazität dieser Spule ist, wie oben nachgewiesen, ungefähr gleich der
Kapazität C zwischen zwei aufeinanderfolgenden Windungen. In Abb. 2 ist dieselbe
Ringspule dargestellt, jedoch ist die Wicklung in p = 2 Teile aufgeteilt, die mit
entgegengesetztem Wicklungssinn aufgebracht sind. Die erste Windung der Gesamtspule
ist nun nicht mehr der letzten Windung der Gesamtspule räumlich benachbart, sondern
der ersten Windung der zweiten Wicklungshälfte, während die letzte Windung der Gesamtspule
der letzten Windung der ersten Wicklungshälfte räumlich benachbart ist. Es ergibt
sich somit das Ersatzschaltbild der Abb. 2 a. "Zwischen Anfang und Ende liegt an
Stelle der Kapazität C jetzt die Hintereinanderschaltung von p (nämlich 2) Kapazitäten
C und parallel zu jeder von beiden eine Kapazität gleich der Serienschaltung
Windungskapaziäten. Die resultierende Eigenkapazität ergibt sich daraus dann zu
ungefähr
In Abb. 3 ist,die Aufteilung der Gesamtwicklung eines Ringkernes in p gleich 8 Teilwicklungen
dargestellt. Die Einzelwicklungen sind wie bei der Anordnung der Abb. 2 mit entgegengesetztem
Wicklungsinn aufgebracht und außerdem, von. der ersten Teilwicklung aus betrachtet,
abwechselnd auf der rechten und linken Kernhälfte angeordnet. Dadurch wird erreicht,
daß jeweils die letzte Windung jeder Teilwicklung der ersten Windung der übernächsten
Teilwicklung räumlich benachbart sind. Daraus ergibt sich für die Kapazitätsverhältnisse
das Ersatzschaltbild nach Abb. 3 a. Zwischen Anfang und Ende liegt jetzt an Stelle
der Kapazität C die Serienschaltung von p = 8 Kapazitäten C und parallel zu jeder
einzelnen die Serienschaltung
Windungskapazitäten. Die resultierende Eigenkapazität ergibt sich dann entsprechend
zu ungefähr C%8.Fig. I shows a single-layer toroidal core coil with st turns. The beginning and end are adjacent on the core, so that the equivalent circuit diagram Fig. Ia applies. As demonstrated above, the self-capacitance of this coil is approximately equal to the capacitance C between two consecutive turns. The same toroidal coil is shown in Fig. 2, but the winding is divided into p = 2 parts, which are applied with opposite winding directions. The first turn of the entire coil is now no longer spatially adjacent to the last turn of the entire coil, but rather to the first turn of the second winding half, while the last turn of the entire coil is spatially adjacent to the last turn of the first winding half. This results in the equivalent circuit diagram in Fig. 2a. "Between the beginning and the end, instead of the capacitance C, there is now a series connection of p (namely 2) capacitors C and parallel to each of them a capacitance equal to the series connection Winding capacities. The resulting self-capacitance is then approximate Fig. 3 shows the division of the total winding of a toroidal core into p equal to 8 partial windings. As in the arrangement of Fig. 2, the individual windings are applied with opposite winding directions and, moreover, by. the first partial winding viewed from, arranged alternately on the right and left core halves. This ensures that the last turn of each partial winding is spatially adjacent to the first turn of the next but one partial winding. This results in the equivalent circuit diagram according to Fig. 3a for the capacitance ratios. Between the beginning and the end, instead of the capacitance C, there is a series connection of p = 8 capacitances C and, parallel to each individual one, the series connection Winding capacities. The resulting self-capacitance is then approximately C% 8.
Als Kerne für die Spulen können in gleicher Weise Blech-, Draht- und
Bandkerne Verwendung finden. Die Kerngestaltung wird in erster Linie mit Rücksicht
auf die Wirbelstromverluste ausgeführt, und zwar in möglichst feiner Unterteilung.
Unter Umständen kann es natürlich auch zweckmäßig
sein, dem Kernmaterial
in bekannter Weise in kleinen Mengen widerstandserhöhende Zusätze zuzufügen. Ferner
können auch solche Kerne Verwendung finden, die ihrerseits wieder in bekannter Weise
aus Teilkernen bestehen, die gegebenenfalls verschiedene magnetische und/oder elektrische
und/oder thermische Eigenschaften haben.As cores for the coils, sheet metal, wire and
Find tape cores use. The core design is done primarily with consideration
carried out on the eddy current losses, in the finest possible subdivision.
Under certain circumstances it can of course also be expedient
be the core material
add resistance-increasing additives in a known manner in small amounts. Further
Such cores can also be used, which in turn can be used in a known manner
consist of partial cores, which may be different magnetic and / or electrical
and / or have thermal properties.