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Ein Breitbandinduktor mit einem Kern aus einem dielektrischen
Material, mit einem konisch zulaufenden Abschnitt, und einem
elektrisch leitfähigen Draht, der zumindest um den konisch
zulaufenden Abschnitt herumgewunden ist, um durchgehende
Drahtspulen mit zunehmendem Durchmesser zu bilden.
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Bei einem herkömmlichen, zylindrisch konstruierten Induktor
erzeugt die Kapazität zwischen den Windungen in Verbindung mit
den Einzelinduktivitäten einer jeden Spulenwindung viele
Resonanzen über einen Frequenzbereich für den Induktor hinweg, wie
es in dem Smith-Diagramm in Fig. 1 gezeigt ist. Das
Smith-Diagramm ist eine kreisförmige Darstellung der Impedanz einer
Übertragungsleitung, wie sie zum Beispiel durch einen Induktor
gebildet wird, in Abhängigkeit der Ohmschen und der Blind-
Komponenten über einen interessierenden Frequenzbereich. Die
Schleifen im Smith-Diagramm treten bei Frequenzen auf, bei
denen die parasitären Kapazitäten des Induktors Resonanzen mit
den Spulenwindungen bilden. Existierende lnduktoren, die in
den Hochfrequenzbereich hinein betrieben werden, verwenden die
Technik der Schaltungssynthese, bei der ein kleiner
Reiheninduktor zur Pufferung der parasitären Kapazitäten aus einem
Induktor mit hohem Wert und niedriger Frequenz eingesetzt wird.
Manchmal sind mehrere Induktoren in Reihe geschaltet, wobei
jeder für eine schmales Frequenzband optimiert ist, wobei die
Reihe von Induktoren einen äquivalenten Breitbandinduktor
ergibt.
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Eine herkömmliche variable Induktivitätenvorrichtung ist in
der US-A-2,005,203 offenbart. Diese offenbarte
Induktivitätenvorrichtung umfaßt eine konische Form aus einem
isolierenden Material, auf dem eine Spule aufgewickelt ist. Auf diese
Weise werden zusammenhängende Drahtspulen mit zunehmendem
Durchmesser gebildet.
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Außerdem ist in der US-A-2,442,776 eine NF-Drosselspule mit
einem zusammenhängenden Leiter, der in Spiralen- sowie
konischer Form gewickelt ist, beschrieben, wobei jede ihrer
Spiralen in Längsrichtung von allen benachbarten Spiralen
beabstandet ist, wobei ihre Spiralen von einem zum anderen Ende
allmählich und gleichmäßig im Durchmesser zunehmen und die
Beabstandung in Längsrichtung zwischen aufeinanderfolgenden
Spiralen allmählich und gleichmäßig in derselben Richtung
abnimmt, wodurch die Spule mit einer vollständigen und
kontinuierlichen umhüllenden, isolierenden und versteifenden
Schicht versehen ist.
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Keine der beschriebenen Vorrichtungen ist über einen
Frequenzbereich hinweg resonanzfrei.
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Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den oben
beschriebenen Breitbandinduktor zur Verfügung zu stellen, der
eine Breitbandcharakteristik mit einem nur sehr geringen Grad
an Resonanzen hat, eine geringe parasitäre Kapazität zeigt und
gleichzeitig gegenüber Vibrationen gedämpft ist.
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Dieses Problem wird für den oben erwähnten Breitbandinduktor
dadurch gelöst, daß er in dem konischen Abschnitt eine
Vorrichtung zur Befestigung des elektrisch leitfähigen Drahtes an
dessen Spitze aufweist und daß der Kern des weiteren einen
zylindrischen Abschnitt aufweist, der zusammenhängend mit der
Basis des konischen Abschnittes verläuft und axial mit diesem
ausgerichtet ist, wobei ein Basisabschnitt, der
zusammenhängend mit dem zylindrischen Abschnitt verläuft, eine
Vorrichtung zur Befestigung des Kerns an einer Leiterplatte aufweist;
wobei die Kernbefestigungsvorrichtung ein Abstandselement
aufweist; und eine Vorrichtung zum Verbinden eines
Abstandselementes zwischen dem Basisabschnitt und der Leiterplatte, um
den Breitbandinduktor fest an der Leiterplatte zu befestigen.
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Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung einen
durchstimmbaren, monolithischen Breitbandinduktor einer konischen
und zylindrischen Bauart mit geringen parasitären Kapazitäten
und einem sehr geringen Grad von Resonanzen zur Verfügung. Der
Kern eines dielektrischen Materials ist mit einem Schlitz in
der Spitze versehen, um ein Ende eines elektrischen Drahtes zu
befestigen, der um den Kern herum gewickelt werden soll. Der
Draht wird in zusammenhängenden Windungen um den Kern herum
gewickelt, um die gewünschte Induktivität zu erzielen. Auch
eine Basis auf dem Kern stellt eine Vorrichtung zur Anordnung
des Induktors auf einer Leiterplatte zur Verfügung, indem die
Spitze des Induktors in eine durchgehende Öffnung in der
Leiterplatte in der Nähe eine Leitung eingesetzt wird und der
Induktor von Abstandselementen zwischen der Basis und der
Leiterplatte abgestützt wird. Im Kern des Kerns kann ein
Spulenkern angeordnet sein, um die Induktivität je nach Erfordernis
durchzustimmen.
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Diese sowie weitere Aufgaben, Vorteile und andere neuartige
Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der
nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten Ansprüchen und Zeichnungen.
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Fig. 1 zeigt ein Smith-Diagramm für einen zylindrisch gebauten
Induktor aus dem Stand der Technik;
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Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines durchstimmbaren,
monolithischen Breitbandinduktors gemäß vorliegender Erfindung,
der auf einer Leiterplatte montiert ist;
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Fig. 3 ist eine Ansicht von unten auf einen Kern für den
durchstimmbaren, monolithischen Breitbandinduktor gemäß Fig.
2;
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Fig. 4 ist ein Smith-Diagramm für den durchstimmbaren,
monolithischen Induktor gemäß vorliegender Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Es wird nunmehr auf die Fign. 2 und 3 Bezug genommen, in denen
ein durchstimmbarer, monolithischer Breitbandinduktor 10 einen
Kern 11 mit einem konischen Abschnitt 12, einen zylindrischen
Abschnitt 14, der mit dem konischen Abschnitt 12
zusammenhängt, und eine Basis 16, die mit dem zylindrischen Abschnitt
14 zusammenhängt, aufweist. Die Spitze 18 des konischen
Abschnittes 12 hat eine durchgehende Öffnung oder einen Schlitz
20 zur Befestigung eines Endes eines Drahtes 22. Der Draht 22
wird um den Kern 11 in zusammenhängenden Windungen um den
konischen Abschnitt 12 und einen angrenzenden Abschnitt des
zylindrischen Abschnittes 14 gewunden, um eine gewünschte
Gesamtinduktivität zu erzielen. Der Draht 22 ist über eine
geeignete Maßnahme, wie Kleben, an dem Kern 11 befestigt. Eine
axiale durchgehende Öffnung 24 in dem zylindrischen Abschnitt
14 durch die Basis 16 ist mit einem Gewinde versehen, um einen
geeigneten Spulenkern zur Durchstimmung des Induktors 10 auf
eine gewünschte Induktivität aufzunehmen, wie es im Stand der
Technik wohlbekannt ist. Der Kern 11 ist aus einem
dielektrischen Material, beispielsweise Styrol. Die Basis 16 hat
durchgehende Öf fnungen 26, die zur Befestigung des Induktors 10 auf
einer Leiterplatte 28 dienen.
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Der Induktor 10 wird auf der Leiterplatte 28 befestigt, indem
die Spitze 18 in eine geeignete durchgehende Öffnung 30 in der
Leiterplatte 28 eingesetzt wird. Abstandselemente 32 werden
zwischen die Basis 16 und die Leiterplatte 28 eingefügt und
geeignete Vorrichtungen, wie Muttern und Bolzen oder
Schrauben, werden durch die Basisöffnungen 26 und Abstandselemente
32 eingesetzt, um den Induktor 10 an der Leiterplatte 28 zu
befestigen. Ein kurzes Ende des Drahtes 22 von der Spitze 18
ist elektrisch mit einer leitenden Leitung 34 auf der
Leiterplatte 28 verbunden, und ein langes Ende des Drahtes 22 von
dem zylindrischen Abschnitt 14 ist elektrisch über eine
herkömmliche
Maßnahme wie Löten an einer anderen leitenden
Leitung 34 angeschlossen.
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Die konische Bauart ergibt eine sehr geringe Induktivität und
daher eine sehr geringe Kapazität zwischen den Windungen an
der Spitze 18, was eine hohe Impedanz bei sehr hoher Frequenz,
beispielsweise 6-10 Gigahertz, ergibt. Bei allmählicher
Zunahme des Durchmessers der Spulenwindungen verringert sich die
mit einer hohen Tmpedanz einhergehende Frequenz. Bei sehr
niedrigen Frequenzen verhält sich der Induktor 10 wie ein
idealer Induktor, d.h. die Blind-Komponente der Impedanz nimmt
bei abnehmender Frequenz linear ab. Das Ergebnis ist ein
Breitbandinduktor mit sehr geringen parasitären
Querkapazitäten bei hoher Frequenz, und der daher in der Lage ist, eine
hohe Impedanz bei sehr hoher Frequenz zu liefern. Theoretisch
ist bei einer Punktspitze und einem unendlich schmalen Draht
die Frequenzobergrenze unendlich. Die theoretische Grenze
jedoch wird durch den für eine bestimmte Schaltungsanwendung
erforderlichen Strombetrag beschränkt, welcher wiederum den
minimalen Drahtdurchmesser und die kleinstmögliche erste
Windung bestimmt.
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Fig. 4 ist ein Smith-Diagramm für den Induktor 10 über einen
Frequenzbereich von 45 MHz bis 6 GHz. Bei 4,124175 GHz, was
durch die Markierung #1 angezeigt wird, ist die Ohmsche
Komponente der Impedanz 230 Ohm, während die Blind-Komponente
-772 Ohm ist, im Vergleich zu 15 und 70 Ohm für den
herkömmlichen zylindrischen Induktor aus Fig. 1 bei ungefähr
derselben Frequenz, die ebenfalls durch die Markierung #1
gekennzeichnet ist. Die Gesamtinduktivität der Spulenwindungen
bestimmt die untere Grenzfrequenz und der Durchmesser der
ersten Spulenwindung, die durch die Größe des Drahtes begrenzt
ist, bestimmt die höchste Grenzfrequenz.
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Anwendungsbeispiele für den Induktor 10 sind
Vorspann-T-Verstärker und Verstärker mit aufgespaltenem Pfad, die ein LC-
Frequenzweichen-Netzwerk verwenden. Bei dem
Vorspann-T-Verstärker wird der Induktor zum Einleiten eines
Gleichstrom-Vorspannungssignals verwendet, bei hohen Frequenzen jedoch
wird vom Induktor verlangt, eine hohe Impedanz zu
repräsentieren, so daß die Wechselstromsignale durch die parasitären
Querkapazitäten des Induktors nicht beeinträchtigt werden. Bei
dem Verstärker mit aufgespaltenem Pfad wird das
Frequenzweichen-Netzwerk, das einen Induktor und einen Kondensator
hat, dazu verwendet, ein Signal aus bzw. in hohe(n) und
niedrige(n) Frequenzen zu kombinieren/aufzuspalten. Wenn der
Induktor wie eine niedrige Impedanz bei hohen Frequenzen wirkt,
dann werden die Hochfrequenzsignale, die durch den Kondensator
wechselstromgekoppelt werden, von dem herkömmlichen Induktor
geladen, was eine Gesamt-Signalverschlechterung ergibt. Der
konische Induktor 10 stellt jedoch eine hohe Impedanz bei
hohen Frequenzen bereit, so daß die Hochfrequenzsignale nicht
von dem Induktor geladen werden, was die Signalleistung
verbessert.
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Somit stellt die vorliegende Erfindung einen durchstimmbaren,
monolithischen Breitbandinduktor mit einem konischen Aufbau
zur Verfügung, um niedrige parasitäre Kapazitäten zu ergeben
und hohe Impedanzen über einen weiten Frequenzbereich ohne
nennenswerte Mengen an Resonanzen bereitzustellen, und die
gegenüber Vibrationen höchst unempfindlich sind.