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Zweikreisbandfilter Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweikreisbandfilter,
bei dein die beiden nebeneinander angeordneten Hochfrequenzspulen, deren Induktivitäten
durch je einen im Innern der jeweiligen Spulenwicklung verschiebbaren ferromagnetischen
Kern veränderbar sind und deren Längsachsen parallel zueinander verlaufen, innerhalb
einer gemeinsamen, aus einem nichtmagnetischen Material hoher elektrischer Leitfähigkeit
bestehenden Filter-Abschirmhülle untergebracht und jeweils zusätzlich mit einer
innerhalb der Filter-Abschirmhülle angeordneten gesonderten Abschirmung versehen
sind, welche die magnetische Kopplung zwischen den beiden Spulen auf den Betrag
herabsetzt, der den gewünschten Bandfilter-Übertragungseigenschaften entspricht.
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Spulen oder Spulenanordnungen mit einer - gegebenenfalls an den Enden
offenen -Abschirmung aus ferromagnetischem Material mit niedrigen Verlusten (Hochfrequenzeisen)
finden weit verbreitet Anwendung; außer der eigentlichen, praktisch verlustfreien
Abschirmung wird hierdurch außerdem die Induktivität der Spule ohne nennenswerte
Steigerung der Verluste erhöht. Vermöge der erstgenannten Eigenschaft ist das Streufeld
der Spule nur gering, und es ist infolgedessen möglich, die
nichtmagnetische
leitende Abschirmhülle, die bei Hochfrequenzspulen gewöhnlich zur Verwendung kommt,
verhältnismäßig eng passend um die Abschirmung anzuordnen. Die ganze Spule kann
infolgedessen sehr klein bemessen sein.
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Bei einem bekannten Bandfilter dieser Art bestehen die Abschirmungen
jeder Spule aus einem zylindrischen Kupfermantel, dessen Höhe zwecks Änderung des
Kopplungsgrades veränderbar ist. Eine solche Anordnung ist umständlich und teuer.
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Es sind ferner Bandfilter bekannt, bei denen durch Einschieben einer
metallischen oder magnetischen Platte zwischen die Spulen eine Herabsetzung der
Kopplung bewirkt wird. Diese Platte dient aber nicht als gesonderte Abschirmung
für die einzelnen Spulen.
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Ein bereits vorgeschlagenes Spulensystem mit zwei gegenseitig gekoppelten
Spulen weist zwischen den Spulenkernen zur Kopplungserhöhung einen Koppelstift auf.
Eine zusätzliche gesonderte Abschirmung für die einzelnen Spulen ist auch hier nicht
vorhanden.
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Es ist ferner bereits bekannt, die Abschirmhülle einer Spule auf der
Innenseite mit einer Schicht aus Hochfrequenzeisen auszukleiden. Um eine wirksame
Abschirmung zu erzielen, müssen jedoch verhältnismäßig große Schichtdicken verwendet
werden, so daß hierfür eine erhebliche Menge an magnetischem Material aufgewendet
werden muß. Das gleiche gilt für eine bekannte Spulenanordnung, bei der die Abschirmung
aus einem um die Spule gelegten HF-Eisenring und aus gegenüber den Stirnflächen
der Spule angebrachten Platten aus HF-Eisen besteht.
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Auch bei einem anderen bekannten Bandfilter, bei welchem die Spulen
in geschlossenen Topfkernen untergebracht sind, ist der Aufwand an magnetischem
Material sehr groß und die Form der magnetischen Abschirmung kompliziert und teuer.
Außerdem ist bei dieser Anordnung die Kopplung zwischen den beiden Spulen gering
und nur mit Hilfe sehr umständlicher Mittel einstellbar. Bei einem anderen bekannten
Bandfilter hat man deshalb aus dem Mantel des einen Topfkernes Teile ausgespart,
so daß durch Verdrehen dieses Topfkernes die Kopplung veränderbar ist. Aber auch
diese Anordnung erfüllt weder in technischer noch in kommerzieller Hinsicht die
Anforderungen der Praxis an ein billiges und technisch einwandfrei arbeitendes Bandfilter.
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Wie bereits erwähnt, ist bei Bandfiltern, insbesondere bei Zwischenfrequenzbandfiltern
von Superhet-Empfängern, die Regelung der induktiven Kopplung zwischen den Spulen
des Bandfilters mit einer Reihe von Problemen verknüpft. Es sind bereits Vorrichtungen
mit zwischen den Spulen angeordneten, zur Regelung der Kopplung verstellbaren ferromagnetischen
Massen .bekannt. Hiermit ist zwar eine Einstellung der Kopplung möglich, doch liegt
der Preis eines solchen Bandfilters infolge des komplizierten Aufbaus und der Verwendung
verhältnismäßig großer Mengen teuren Hochfrequenzeisens ziemlich hoch, was insbesondere
bei der Massenherstellung nachteilig ist. Außerdem ist bei diesen Bandfiltern keine
gesonderte Abschirmung für die einzelnen Spulen vorhanden.
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Es ist ferner bei Hochfrequenz-Spulenanordnungen bekannt, zur Vermeidung
von Verlusten infolge der metallischen Abschirmhülle zwischen dieser Hülle und den
Spulen magnetisierbare Körper, z. B. Platten aus Masseeisen, anzubringen. Solche
Platten sind jedoch schwierig zu befestigen und nehmen viel Raum ein. Außerdem lassen
sich diese Platten schwerlich so anbringen, daß sie gleichzeitig den gewünschten
Kopplungswert der Spulen ergeben.
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Bei einem bekannten Transformator sind rings um den bewickelten Eisenkern,
der sich in einem flüssigkeitsdichten Behälter befindet, zahlreiche Streifen aus
magnetisch weichem Werkstoff angebracht, die den Übergang der Transformator-Streukraftlinien
auf den Behälter verhindern. Der Streufaktor dieses Transformators wird jedoch im
wesentlichen durch die Kernform und die Wickelart und nicht durch jene Streifen
bestimmt.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile und schafft ein billiges und
einfaches, besonders für die Massenfabrikation geeignetes Bandfilter eingangs erwähnter
Art dadurch, daß jede der zusätzlichen gesonderten Abschirmungen von mehreren an
sich bekannten stabförmigen ferromagnetischen Teilen gebildet i'st, die aus gesintertem
keramischem ferromagnetischem Material mit einem relativen Permeabilitätswert von
mindestens ioo bestehen und die wenigstens annähernd parallel zur jeweiligen Spulenachse
und mit Abstand voneinander derart, vorzugsweise gleichmäßig, um die jeweilige Spule
herum angeordnet sind, daß zumindest einer der stabförmigen Teile sich im Raum zwischen
den beiden Spulen befindet.
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Infolge der hohen Permeabilität schließt sich ein großer Teil der
Kraftlinien der Spulen durch die ferromagnetischen Stäbe. Es zeigt sich, daß bei
Verwendung von wenigstens zwei Stäben je Spule der übrige Teil des Spulenfeldes
sich derart herabsetzen läßt, daß die Verluste, die durch Auftreffen des Streufeldes
auf die Abschirmhülle hervorgerufen werden und durch Induzieren von Wirbelströmen
in dieser Hülle entstehen, nicht hinderlich hoch, sondern geringfügig sind. Andererseits
leuchtet es ein, daß die für die Stäbe erforderliche Materialmenge wesentlich kleiner
als für einen geschlossenen Abschirmmantel ist. Durch die freie Wahl der Anzahl
und der Anordnung der Stäbe um die und zwischen den Spulen wird darüber hinaus erreicht,
daß jeder gewünschte Kopplungsfaktor mit genügender Genauigkeit erreicht werden
kann, und zwar auch bei Massenherstellung und ohne nachträgliches Abgleichen. Der
im Raum zwischen den beiden Spulen angeordnete Stab bzw. die dort befindlichen Stäbe
bewirken also eine Stabilisierung der Bandfilterkurve.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind jeder Spule zwei zur
Ebene durch die beiden Spulenachsen symmetrisch angeordnete stabförmige ferromagnetische
Abschirmteile zugeordnet, die mit
der jeweiligen Spulenachse zumindest
annähernd in einer Ebene liegen, welche senkrecht zu der erstgenannten Ebene verläuft,
der, wenigstens annähernd in der Mitte zwischen den beiden Spulenachsen, ein stabförmiger
ferromagnetischer Abschirmteil angehört.
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Vorzugsweise gehören darüber hinaus der durch beide Spulenachsen gelegt
gedachten Ebene zwei stabförmige ferromagnetische Abschirmteile an, die in bezug
auf die Spulenachse einander wenigstens annähernd diametral gegenüberstehen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Bandfilters
nach der Erfindung bilden die den beiden Spulen zugeordneten stabförmigen ferromagnetischen
Abschirmteile im Grundriß die Eckpunkte von Quadraten, die so angeordnet sind, daß
sie einen Eckpunkt gemeinsam haben und die von diesem Eckpunkt ausgehenden Diagonalen
beider Quadrate eine Gerade bilden.
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Das bekannte keramische Hochfrequenzmagne-tmaterial, wie z. B. gewisse
Ferritarten (im folgenden kurz Ferrit genannt), eignet sich vorzüglich als Werkstoff
für die Stäbe, da es verhältnismäßig fest ist und sich mittels Strangpressen billig
und leicht in Form dünner Stäbe herstellen läßt.
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In den Zeichnungen stellen die Fig. i bis 3 zwei Ausführungsbeispiele
des Bandfilters nach der Erfindung dar.
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Fig. i veranschaulicht einen senkrechten Schnitt und Fig. 2 eine Draufsicht
auf die eine Ausführungsform; Fig. 3 gibt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Bandfilters nach der Erfindung wieder; Fig. 4 zeigt zum Vergleich ein ähnliches
Bandfilter, auf das aber kein Schutzbegehren gerichtet ist.
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Das durch Fig. i und 2 dargestellte Bandfilter, das insbesondere zur
Verwendung als Zwischenfrequenzbandfilter in einem Funkgerät geeignet ist, enthält
zwei Spulen, die nebeneinander auf einer isolierenden Grundplatte i (gewöhnlich
in waagerechter Lage auf einem Chassis angeordnet) mit den Spulenachsen senkrecht
zu dieser Platte angebracht sind.
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Die beiden Spulenwicklungen 3 und 5 sind z. B. auf isolierende Papierbuchsen
7 und 9 aufgewickelt, die in passende Aussparungen der Bodenplatte i gesteckt und
mit Leim oder Kitt befestigt sind. Innerhalb der Buchsen 7 und 9 sind Kerne i i
und 13 aus Ferrit mit einer gewissen Reibung verschiebbar angebracht. Rings um die
beiden Wicklungen 3 und 5 sind in regelmäßiger Anordnung eine Anzahl von Ferritstäben
15 bis 27 verteilt (Fig. 2). Die letztgenannten Stäbe sind in passenden Aussparungen
der Grundplatte i festgekittet und bilden gemeinsam zwei magnetische Abschirmungen
für die beiden Spulen. Das Ganze ist von einer leitenden Abschirmhülle 29, z. B.
aus Aluminium, umgeben.
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Die Enden der Spulenwicklungen sind mit Lötösen 31 verbunden, die
durch Niete oder Rohrniete 33 an der Unterseite der isolierenden Grundplatte i befestigt
sind.
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Der größte Teil der von den Enden der Kerne, z. B. vom Kern i i, ausgehenden
Kraftlinien, schließt sieh durch die Stäbe, die wegen der hohen Permeabilität des
Ferrits (etwa 400) einen sehr geringen magnetischen Widerstand haben. Der übrige
Teil des Spulenfeldes erweist sich als so gering, daß die Abschirmhülle 29 (wie
in Fig. 2 dargestellt) verhältnismäßig eng passend um das Spulensvstem angeordnet
werden kann, ohne daß das auf die Hülle auftreffende Streufeld störende Verluste
herbeiführt. Die Abmessungen des Bandfilters können infolgedessen klein bleiben.
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Bei einer Versuchsausführung hatte ein Bandfilter gemäß den Fig. i
und 2 folgende Abmessungen:
| Kerne i i, 13 und Stäbe 15, 17, |
| 19, 21, 23, 25, 27 ......... 1,6 # 12 mm |
| Abstand zwischen den Achsen |
| der Stäbe 17 und i9 bzw. 23 |
| und 25 ................... 7,5 inm |
| Innengrundfläche der Hülle 26 |
| etwa 1o - 22 mm |
Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse einer an diesem Bandfilter angestellten
Messung bei einer Frequenz von etwa 45o kHz bei ganz eingeschobenem und bei ausgezogenem
Kernstift i i bzw. 13. Die Primär- und die Sekundärinduktivitäten (L) waren jeweils
gleich groß.
| r r |
| L L L kQ |
| primär sekundär |
| Stift ein 23 40o 20400 1450 mH l 1,6 |
| Stift aus I 29800 28200 ' 105o mHll 1,6 |
Der Quotient
des Verlustwiderstandes Y und der Induktivität L ist ein Maß für die Verluste, und
das Produkt kQ des Kopplungsfaktors
k und der Spulengüte
(Mittelwert von Primär-und Sekundärspule) ist maßgebend für die Form der Durchlaßkurve
des Bandfilters. Es zeigt sich, daß dieses Produkt durch Verstellung der Induktivität
nicht beeinflußt wird, was naturgemäß erwünscht ist. Das Bandfilter nach der Erfindung
gehört somit unter anderem der Gattung jener Bandfilter mit den einzelnen Spulen
zugeordneten Abschirmmitteln aus magnetisch weichen Werkstoffen an, bei welchen
der Abgleich der Spulen praktisch ohne Einfluß auf deren normierten Kopplungsfaktor
ist.
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Diese günstige Eigenschaft ist im wesentlichen dem Vorhandensein des
zentralen Stabes 21 zu verdanken. Zur Veranschaulichung sind in den Fig. 3 und 4
einige andere Anordnungen der ferromagnetischen
Stäbe dargestellt.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist kQ ebenfalls konstant, aber beim Filter nach Fig.
4 ändert sich kQ von 3,7 bis 2,8. Es stellt sich also heraus, daß der mittlere Stab
21 einen großen Einfluß auf die Kopplung hat. Im allgemeinen kann gesagt werden,
daß es durch Wahl der Anordnung und der Bemessung der Stäbe möglich ist, die Eigenschaften
des Bandfilters zu beeinflussen, was neben der Materialersparnis einen großen Vorteil
des beschriebenen Bandfilters bildet.
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Weiter ergibt es sich aus den angestellten Messungen, daß der Quotient
bei den Spulen nach Fig. 3 kaum höher als bei denjenigen nach den Fig. 2 oder 4
ist. Offenbar haben die in den Winkelpunkten eines Rechtecks angeordneten Stäbe
17, 19, 23 und 25 den größten. Einfluß auf die Güte der Spulen.