DE951460C

DE951460C - Verzoegerungsleitung

Info

Publication number: DE951460C
Application number: DEL18005A
Authority: DE
Inventors: Marie Pierre Prache
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1953-03-04
Filing date: 1954-02-17
Publication date: 1956-10-31
Also published as: FR1075478A; GB733763A

Description

AUSGEGEBEN AM 31. OKTOBER 1956

L 18005 FIIIa/21 a^l

Verzögerungsleitung

Die Erfindung bezieht sich auf Verzögerungsleitungen, bei denen wenigstens ein Leiter in einer einzigen Lage auf einem Kreiszylinder aufgewickelt ist. Solche Verzögerungsleitungen werden für die Übermittlung elektrischer Impulse von kurzer Dauer und elektrischer Wechselstromsignale von hoher Frequenz verwendet. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit in Richtung der Zylinderachse soll hierbei io ooo km in der Sekunde nicht überschreiten.

Die bisher bekannten Verzögerungsleitungen dieser Art enthalten einen durch einen Kupferdraht dargestellten Leiter, der schraubenförmig mit kurzer Ganghöhe auf eine zylindrische Röhre aus plastischem Material aufgewickelt ist. Dieser Leiter kann von einem oder mehreren dünnen Isolierbändern bedeckt sein, hierauf von einer röhrenförmigen metallischen Umspinnung, die den äußeren Leiter der Leitung bildet, und schließlich von einem Schutzmantel aus plastischem Material. Sie kann aber auch in regelmäßigen Abständen über Kondensatoren mit einem zweiten Leitungsdraht verbunden sein.

Diese Leitungen haben folgende Nachteile: i. Um die erforderlichen geringen Fortpflan-Zungsgeschwindigkeiten zu erhalten, muß man dem schraubenförmig aufgewickelten Leiter eine große Induktanz je Längeneinheit geben, was eine außer-

ordentlich geringe Ganghöhe der Wicklung und infolgedessen die Verwendung sehr feiner Drähte bedingt.

Um beispielsweise eine Leitung mit einem äußeren Durchmesser von io mm zu bauen, die eine Verzögerung von zwei MikroSekunden je Meter aufweist, muß man auf jedem Meter 12 ooo Windungen des Leiters unterbringen, was die Verwendung von Drähten mit sich bringt, die höchstens o,o8 mm Durchmesser haben. Ein solcher Draht ist sehr zerbrechlich, so daß die Verzögerungsleitung leicht beschädigt werden kann und schwierig zu handhaben ist.

Ferner ergibt sich aus dem vorhergehenden, daß der elektrische Widerstand und infolgedessen die Leitungsdämpfung je Längeneinheit sehr hoch ist. 2. Die Phase des longitudinalen magnetischen Flusses im Innern des zylindrischen Rohres, das den schraubenförmig aufgewickelten Leiter trägt, ao ändert sich in Längsrichtung ebenso wie diejenige des Stromes im Leiter, d. h. sie kehrt nach jeder halben Wellenlänge ihren Richtungssinn um. Auf dieser Länge muß sich der magnetische Fluß außerhalb des Leiters in sich selbst schließen. Diese Länge nimmt bei wachsender Frequenz ab, weil die Wellenlänge umgekehrt proportional zur Frequenz ist. Es folgt, daß die Induktanz je Längeneinheit der Leitung abnimmt, wenn die Frequenz wächst, und daß infolgedessen die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Leitung nicht konstant ist, sondern mit der Frequenz zunimmt.

Die Einführung eines ferromagnetischen Materials ins Innere des zylindrischen Rohres, das den schraubenförmig aufgewickelten Leiter trägt, würde den magnetischen Fluß im Innern der Röhre erheblich steigern, was bei gegebener Fortpflanzungsgeschwindigkeit zu einer erheblich größeren Wicklungsganghöhe des Leiters führen würde, als bei derselben Leitung ohne ferromagnetischen Kern. ■40 Man könnte dann für die Herstellung des Leiters einen Draht mit größerem Durchmesser verwenden und so die mechanische Zerbrechlichkeit der Leitung und den elektrischen Widerstand des Leiters vermindern. Die Windungen müßten nicht mehr unbedingt einander berühren, was die Verwendung von blankem Draht an Stelle von Lackdraht gestatten und so die vom Lack herrührenden dielektrischen Verluste vermeiden würde. Aber die Verwendung eines durchgehenden Zylinders aus ferromagnetischem Material, auf dem der Leitungsdraht schraubenförmig mit gleichförmiger Ganghöhe aufgewickelt wäre, geht nicht an, weil die Verluste im ferromagnetischen Material sehr hoch wären und es darum nicht möglich wäre, die Dämpfung je Längeneinheit der Leitung herabzusetzen. Außerdem würde es dieses Mittel nicht erlauben, den zweiten erwähnten Nachteil zu vermeiden, denn es würde sich bei einer Frequenzveränderung keine konstante Fortpflanzungsgeschwindigkeit ergeben. Die vorliegende Erfindung gestattet es dagegen, den erwähnten Nachteilen abzuhelfen und Verzögerungsleitungen zu erhalten, deren Dämpfung je Längeneinheit geringer und deren Fortpflanzungsgeschwindigkeit als Funktion der Frequenz konstanter ist als diejenige der bisher gebauten Leitungen.

Gemäß der Erfindung enthält die Verzögerungsleitung wenigstens einen in einer einzigen Lage auf einen Kreiszylinder aufgewickelten Leiter und ein im Innern des Zylinders, auf dem der Leiter aufgewickelt ist, eingebrachtes magnetisches Material, wobei die Wicklung des Leitungsdrahtes und die Gestalt des magnetischen Materials so sind, daß der magnetische Fluß in dem ferromagnetischen Material kleiner als der magnetische Fluß ist, der von einer Wicklung derselben Windungszahl je Längeneinheit mit konstanter Ganghöhe in einem im Innern dieser Wicklung angebrachten durchgehenden Zylinder desselben ferromagnetischen Materials erzeugt würde.

Dies wird verwirklicht, indem man den größten Teil des magnetischen Flusses dazu zwingt, in regelmäßigen und im Verhältnis zur Wellenlänge sehr kurzen Abständen, die im folgenden als »Abschnitt« bezeichnet werden, aus dem magnetischen Material auszutreten.

Erfindungsgemäß erhält man dieses Ergebnis entweder durch Verwendung des ferromagnetischen Materials in Form von Stäbchen gleicher Längen, die hintereinander mit gleicher Achse angeordnet sind und »wischen sich kleine, nicht magnetische Zwischenräume gleicher Längen frei lassen, die durch Umdrehungsflächen um die Achse der Stäbchen begrenzt sind, wobei die Windungszahl der Wicklung des Leitungsdrahtes für jeden Abschnitt dieselbe ist, oder man· verwendet einen durchgehenden Zylinder aus ferromagnetischem Material und wickelt den Leitungsdraht in schraubenförmigen Abschnitten derselben Ganghöhe und derselben Windungszahl, jedoch abwechselnd rechts herum und links herum, oder man kann schließlich beide Verfahren gleichzeitig verwenden, d. h. das magnetische Material in Form von Stäbchen gleicher Längen, die durch Zwischenräume gleicher Längen getrennt sind, einführen und den Wicklungssinn des Leitungsdrahtes bei jedem Zwischenraum umkehren.

Diese beiden Verfahren ergeben das verlangte Ergebnis, denn ein großer Teil des magnetischen Flusses tritt aus dem magnetischen Material beim ersten Verfahren bei den Zwischenräumen und beim zweiten Verfahren bei den Stellen aus, wo der Wicklungssinn umgekehrt wird und die magnetischen Flüsse verschiedener Richtungen sich beegnen. '

Die Länge eines Abschnittes darf höchstens gleich einer Viertelwellenläge in bezug auf die höchste Frequenz sein, für die die Fortpflanzungseschwindigkeit noch im wesentlichen konstant sein soll. Unter diesen Umständen schließt sich der iao größere Teil des magnetischen Flusses, der in einem der Abschnitte vorhanden ist, in sich selbst, ohne durch die anderen Abschnitte hindurchzugehen. Es folgt, daß die magnetische Kopplung wischen den aufeinanderfolgenden Abschnitten iss schwach bleibt. Da diese Abschnitte kurz gegen die

Wellenlänge sind, bleibt ihre Induktanz und infolgedessen die Induktanz der Leitung je Längeneinheit trotz der von der Fortpflanzung herrührenden Phasenverschiebung bis zur höchsten Nutzfrequenz im wesentlichen konstant. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit längs der Leitung bleibt also bis zu dieser Höchstfrequenz im wesentlichen dieselbe. Falls man Zwischenräume in dem Zylinder aus ferromagnetischem Material läßt, gibt man ίο diesen Zwischenräumen eine solche Länge, daß die scheinbare Permeabilität der Elementarzylinder unter Einschluß der Zwischenräume höchstens gleich einem Viertel der Permeabilität eines Zylinders aus demselben ferromagnetischen Material und mit demselben Querschnitt, aber von sehr großer Länge ist.

Es ist bekannt, daß die Anwesenheit nicht magnetischer Zwischenräume in einem ferromagnetischen Material die magnetischen Verluste herabsetzt (vgl. P. M. Präche: Noyaux et Coquilles magnetiques dans le domaine des telecommunications, Verlag Dunod — Paris — 1952). Dieselbe Wirkung erhält man im zweiten Verfahren durch die Richtungsumkehr der Leiterwicklung, die den Richtungssinn des magnetischen Flusses im ferromagnetischen Material umkehrt. Diese Verlustverminderung ergibt eine Herabsetzung der Leitungsdämpfung je Längeneinheit.

Als ferromagnetisches Material müssen Stoffe mit sehr geringen Wirbelstromverlusten verwendet werden, beispielsweise sogenannte Ferrite, oder auch Bündel aus sehr dünnen, elektrisch voneinander isolierten Drähten. Diese Drahtbündel können gegebenenfalls imprägniert werden.

Die anderen Elemente, welche die Verzögerungsleitung ausmachen, können auf irgendeine geeignete Art ausgebildet sein. Die Verzögerungsleitung kann symmetrisch sein und von zwei erfindungsgemäßen Leitern gebildet werden oder auch unsymmetrisch sein. Im' letzteren Fall kann der auf einem Kreiszylinder aufgewickelte Leiter mit einem zweiten zur Achse des Zylinders parallelen Leiter über Kondensatoren verbunden sein, die in regelmäßigen Abständen längs der Leitung angeordnet sind, oder der Leiter kann auch in koaxialer Form aufgebaut sein. Der zweite Leiter kann dann die Form einer zylindrischen Röhre haben, welche den auf einem Kreiszylinder aufgewickelten Leiter umgibt und dieselbe Achse wie dieser Zylinder hat.

Wenn das ferromagnetische Material die Form eines durchgehenden leitenden Zylinders hat, beispielsweise wenn es aus Bündeln sehr feiner Drähte aufgebaut ist, kann es als zweiter Leiter verwendet werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsarten der Erfindung und einiger Ausführungs-¹ beispiele an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt Fig. ι einen auf einem Zylinder aufgewickelten Leiter mit im Innern des Zylinders angebrachten Stäbchen aus ferromagnetischem Material,

Fig. 2 einen auf einen Zylinder aufgewickelten Leiter mit Umkehrungen des Wicklungssinns, Fig. 3 einen auf einen Zylinder aufgewickelten Leiter mit gleichzeitiger Umkehrung des Wicklungssinns und Anbringung von Stäbchen aus ferromagnetischem Material, sowie

Fig. 4 und 5 zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Verzögerungsleitungen.

In Fig. i, welche die erste Ausführungsart der Erfindung darstellt, ist ein Leiter 1 auf eine Röhre 2 aus plastischem Material aufgewickelt. Im Innern dieser Röhre sind gleichlange Stäbchen 3 aus ferro ■ magnetischem Material hintereinander angeordnet, und zwar derart, daß sie dieselbe Achse wie die Röhre 2 haben und voneinander durch kleine, nicht magnetische Zwischenräume 4 gleicher Länge getrennt sind. Letztere werden von Umdrehungsflächen um die Achse der Röhre 2 begrenzt. Diese kleinen Zwischenräume, die sich in regelmäßigen Abständen längs der mit Hilfe des Leiters 1 gebildeten Verzögerungsleitung finden, teilen diese Leitung in bezüglich der Wellenlänge bei der Höchst frequenz kurze Abschnitte auf.

In Fig. 2, welche die zweite Ausführungsart der Erfindung darstellt, ist das ferromagnetische Material in Form eines Zylinders 5 im Innern der die leitende Wicklung tragenden Röhre 6 aus isolierendem plastischem Material angeordnet. Die Wicklung besteht aus schraubenförmigen Abschnitten 7 und 8 von gleicher Ganghöhe und gleicher Windungszahl, die abwechselnd rechts herum und links herum gewickelt sind. Diese Umkehrungen des Wicklungssinns, die bei 9 in regelmäßigen Abständen längs des Leiters vor sich gehen, teilen eine mit Hilfe dieses Leiters aufgebaute Verzögerungsleitung in Abschnitte, die kurz in bezug auf die Wellenlänge bei der Höchstfrequenz sind.

Fig. 3 zeigt eine Kombination der beiden beschriebenen Ausführungsarten. Wie in Fig. 1 sind· gleich lange Stäbchen 10 aus ferromagnetischem Material im Innern einer Röhre 11 aus isolierendem plastischem Material hintereinander derart angeordnet, daß sie dieselbe Achse wie die Röhre 11 haben* Diese Stäbchen sind durch kleine, nicht magnetische Zwischenräume 12 gleicher Länge getrennt, die durch Umdrehungsflächen um die Achse der Röhre 11 begrenzt sind. Die von der Röhre ι ΐ getragene Wicklung aus Leitungsdraht wird durch schraubenförmige Abschnitte 13 und 14 von gleicher Ganghöhe und gleicher Windungszahl gebildet, die abwechselnd rechts herum und links herum gewickelt sind. Jeder schraubenförmige Abschnitt ist unreines der Stäbchen herum auf die Röhre 11 aufgewickelt. Die Zwischenräume 12 fallen mit den Umkehrungen des Wieklungssinns des Leiters zusammen und -teilen eine mit Hilfe des Leiters aufgebaute Verzögerungsleitung in Abschnitte, die kurz in bezug auf die Wellenlänge bei der höchsten Nutzfrequenz sind. .

Es· folgen zwei Beispiele tatsächlich ausgeführter Verzögerungsleitungen.

Beispiel 1 (Fig. 4)

Die Seele 15 aus ferromagnetischem Material besteht aus einem Bündel von 7000 Drähten aus

Eisen mit 40 °/o Nickel, die je 18 Mikron Durchmesser haben und mit Aluminiumoxyd voneinander isoliert sind. Sie wird als Hinleitung der Verzögerungsleitung verwendet. Die Seele ist mit zwei Bändern 16 aus gerecktem Polystyrol mit 0,22 mm Dicke bedeckt.

Die Rückleitung 17 wird durch einen mit Lackierung und einer einlagigen Seidenumspinnung versehenen Kupferdraht gebildet, der in einander berührenden Windungen mit Umkehrung des Wicklungssinns nach je 60 Windungen aufgewickelt ist. Das Ganze wird durch eine Polyäthylenschicht 18 von 1,3 mm Dicke bedeckt, hierauf durch eine Umspinnung 19, <lie in der einen Richtung aus Kupferdrähten mit Lacküberzug von 0,2 mm Durchmesser und in der anderen Richtung: aus Baumwollfäden besteht, abgestimmt. Schließlich wird das Ganze von einem Schutzmantel 20 umgeben. Nach Versuchsergebnissen ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit I25okm/sec und bleibt zwischen 1 und 4 MHz auf mindestens 1 °/o konstant. Die Dämpfungen je Meter sind: Bei 1 MHz 93 Millineper, bei 2 MHz 232 Millineper, bei 4 MHz 550 Millineper.

B e i s ρ i e 1 2 (Fig. 5)

Der Leiter 21 besteht aus blankem Kupferdraht von 0,2 mm Durchmesser, der mit 1400 Windungen je Meter auf eine Röhre 22 aus Polyäthylen von 6 mm Außendurchmesser gewickelt ist. Innerhalb der Röhre sind die zylindrischen Stäbchen 23 aus Nickel-Zink-Ferrit von 4,5 mm Durchmesser und 12 mm Länge hintereinander angebracht. Sie werden durch Scheibchen 24 von 1,5 mm Dicke aus nichtmagnetischem Material getrennt. Auf der Höhe jedes Scheibchens ist der Leiter 21 über einen Kondensator 25 von 10 pF mit einem Kupfer draht von ι mm Durchmesser verbunden, der die Rückleitung 26 der Verzögerungsleitung darstellt.

Es wurde festgestellt, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit dieser Leitung bei 1400 km/sec liegt, daß sie zwischen 1 und 5 MHz auf mindestens ι °/o genau konstant bleibt und daß die Dämpfungen je Meter folgende Werte haben: Bei 1 MHz 20 Millineper, bei 2 MHz 33 Millineper, bei 5 MHz Millineper.

Claims

Patentansprüche:

i. Verzögerungsleitung, bei der wenigstens ein Leiter in einer einzigen Lage auf einem Kreiszylinder aufgewickelt ist, während im Innern des Zylinders ein Kern aus ferromagnetischem Material untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Fluß in dem ferromagnetischen Material kleiner ist als der magnetische Fluß, der von einer Wicklung mit konstanter Ganghöhe derselben Windungszahl je Längeneinheit in einem durchlaufenden Zylinder aus demselben ferromagnetischen Material, der im Innern der Wicklung untergebracht wäre, erzeugt würde, indem der Kern aus gleich langen ferromagnetischen Stäbchen zusammengesetzt ist, die hintereinander derart angeordnet sind, daß sie dieselbe Achse haben und zwischen sich kleine nichtmagnetische Zwischenräume von gleichen Längen frei lassen, die durch Umdrehungsflächen um die Achse der Stäbchen begrenzt werden, wobei der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zwischenräumen kurz in bezug auf die Wellenlänge bei der höchsten benutzten Frequenz ist.
2. Verzögerungsleitung, bei der wenigstens ein Leiter in einer einzigen Lage auf einem Kreisizylmder aufgewickelt ist, während im Innern des Zylinders ein Kern aus ferromagnetischem Material untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Fluß in dem ferromagnetischen Material kleiner ist als der magnetische Fluß, der von einer Wicklung mit konstanter Ganghöhe derselben Windungszahl je Längeneinheit in einem durchlaufenden Zylinder aus demselben ferromagnetischen Material, der im Innern der Wicklung untergebracht ist, erzeugt würde, indem die Wicklung wenigstens eines Leiters aus schraubenförmig gewundenen Abschnitten derselben Windungszahl gebildet wird, die abwechselnd rechts herum und links herum ' gewickelt sind, wobei die Länge der Abschnitte gleichen Wicklungssinnes kurz in bezug auf die Wellenlänge bei der höchsten benutzten Frequenz ist.
3. Verzögerungsleitung nach Anspruch τ und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Material die Form gleich langer, hintereinander angeordneter Stäbchen hat, die dieselbe Achse haben und zwischen sich kleine, nicht magnetische Zwischenräume gleicher Längen frei lassen, die durch Umdrehungsflächen um die Achse der Stäbchen begrenzt -100 werden, sowie daß die Wicklung wenigstens eines der Leiter von schraubenförmigen Abschnitten derselben Windungszahl gebildet wird, die abwechselnd rechts herum und links herum gewickelt sind, wobei die Umkehrung des Wicklungssinnes des Leiters auf gleicher Höhe wie die Zwischenräume vor sich geht, und zwar in regelmäßigen Abständen, die kurz gegen die Wellenlänge bei der höchsten benutzten Frequenz sind.
4. Verzögerungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Leiter von den schraubenförmig gewundenen Abschnitten derselben Windungszahl, die abwechselnd rechts herum und links herum gewickelt sind, gebildet wird, während der andere Leiter aus dem durchlaufenden Zylinder aus ferromagnetischem Material besteht.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

© 609 508/258 4.56 (609 667 10.56)