Spule mit. Leitungseigenschaften, deren Hin- und Rückleitung gegensinnig
gewickelt sind Für verschiedene Zwecke werden elektrische Netzwerke benötigt, die
die Eigenschaften von Leitungen oder Kabeln besitzen. Diese Eigenschaften sind dadurch
begründet, daß dieVerteilung der Energiespeicher (Induktivität und Kapazität) unendlich
fein ist und die Verluste klein sind. Es ergibt sich dann für den Wellenwiderstand
Z -
wenn 'L und .C Induktivität und Kapazität je Längeneinheit sind. Da er von der Frequenz
unabhängig ist, kann man breite Frequenzbänder leicht anpassen oder übertragen,
ohne daß Reflexionen auftreten. Größere Bedeutung hat jedoch die Eigenschaft der
konstanten Laufzeit für verschiedene Frequenzen. Dadurch ist gewährleistet, daß
ein Signal am Ende der Leitung formgetreu ankommt. Für die Laufzeit ergibt sich
wenn a der Phasenwinkel und c) die Kreisfrequenz ist. Um die Leitungsabmessungen
oder die der Nachbildungen klein zu machen, ist es notwendig, die Energiespeicher
zu konzentrieren, d. h. Selbstinduktion und Kapazität je Längeneinheit zu vergrößern.
Bekannte Vorschläge in dieser Richtung zielen darauf hinaus, die Induktivität zu
konzentrieren, indem diese Nachbildungen als Spulen ausgeführt werden, wobei sie
auf einen geschlitzten Metallzylinder gewickelt oder damit umgeben sind, so daß
die Selbstinduktion der Spule als Längsinduktivität und die Kapazität gegen den
Metallzylinder als Querkapazität wirkt.
Der Metallzylinder wird
zugleich als Rückleitung benutzt. Das zugehörige Ersatzschaltbild zeigt Abb. r.
Wegen der Induzierung einer Gegeri-E\IK rnuß auf dein geschlitzten Metallzylinder
ungefähr derselbe Strom wie auf der Spulenwicklung fließen, wie es in Abb. 2 gezeigt
ist. Wird die Spule von einem Metallzylinder umgeben, fließt auf diesem ebenfalls
ein Strom. Diese Ströme auf dem Metallzylinder tragen nichts zur Ausbildung der
magnetischen Energie des Feldes bei. Wegen der durch den Hauteffekt bedingten geringen
Eindringtiefe fließen sie nur auf der Zvlinderoberfläche und verursachen zusätzliche
Verluste, so daß die Bedingungen für die früher angegebenen Gleichungen nicht mehr
erfüllt und Wellenwiderstand und Laufzeit frequenzabhängig sind.
Dieser -Nachteil wird nach der Erfindung dadurch vermieden, daß eine
Spule mit gegensinnig gewickelter Hin- und Rückleitung als Laufzeitspule benutzt
wird, so daß auch Ströme der Rückleitung zur Ausbildung des magnetischen Feldes
beitragen. An sich. sind reit gegenläufigen Wicklungen versehene Tiefpaßfilter bekannt,
doch spielt hierbei die Berücksichtigung der Laufzeit für die verschiedenen Frequenzen
keine Rolle. Die Kapazität als elektrischer Energiespeicher besteht dann zwischen
beiden Wicklungen. Ein Wickelschema von je einer Windung der beiden Wicklungen und
ein Ersatzschaltbild der ganzen Spule zeigen Abb. 3 und q. Die beiden @-@'icklungen
können übereinander gewickelt sein, was bei einer mit Hochfrequenzlitze gewickelten
Spule zulässig ist. Bei einer Volldrahtspule werden durch die äußere Lage auf der
inneren zusätzliche Ströme induziert, so daß ein ähnlicher Fall eintritt wie bei
der auf einem Metallzylinder gewickelten Spule. Vermieden wird dieser Nachteil,
wenn die beiden Wicklungen in einer einzigen Lage nebeneinander liegen, so daß eine
Windung der Spule für die Hinleitung zwischen zwei Windungen für die Rückleitung
liegt und die benachbarten Windungen sich überkreuzen. Einen derartigen Aufbau,
zeigt die Spule in Abb.6. Als Querschnitt der Spule, die zur Vergrößerung der Selbstinduktion
auch auf einen Hochfrequenzeisenkern gewickelt werden kann, wird vorteilhaft ein
rechteckiger Querschnitt von wesentlich ungleicher Höhe und Breite verwendet, da
dann die gegenseitige Beeinflussung von weiter voneinander entfernten Windungen
wegfällt, wodurch die Gleich-en
zeit der Konzentration der Energiem 'ißigl,
speicher gestört würde, so daß die Eigenschaften nicht mehr denen einer Leitung
entsprächen. Es ergibt sich dies aus folgender Betrachtung, wobei man zwei entfernte
Windungen wegen des rechteckigen Querschnit-'tes durch zwei parallele Leitungen
ersetzen ..kann, wie es in Abb. 5 angedeutet ist. Bei entsprechenden Vernachlässigungen,
die für dieses Problem zulässig sind, ergeben sich für die Selbstinduktion einer
Leitung und die gegenseitige Induktion beider Leitungen folgende Werte: -
wenn die totale Permeabilität, 1. die Länge der Leitung ist. Verändert man den Abstan
(l a der Leiter einer Windung um Aa_ was einer Veränciertrng der Höhe des Rechteckquersclinitts
gleichkommt, so erhält man für die dadurch hervorgerufene Änderung von I_ uncl lI
die Werte
Da der Wert t- groß ist, wird die Änderung A L sehr klein sein, während die Änderung
d11! bei nicht zu weit entfernten Windungen sehr beträchtlich ist. Man sieht, daß
man die gegenseitige Beeinflussung von Winclungen dadurch herabsetzen kann, daß
rnan, wie aus der Formel fürM hervorgeht, a verkleinert, wobei sich L nur wenig
verändert.