DE1591038C - Transformator zur Übertragung eines breiten Hochfrequenzbandes - Google Patents

Description

I 591 038

Die Erfindung geht aus von Transformatoren und insbesondere solchen zur Übertragung eines breiten Hochfrequenzbandes über Leitungen mit Leitungselementen in Form von leitenden Platten.

Bei Hochfrequenzgeräten, bei denen Ströme in einem breiten Frequenzband zu übertragen sind, z. B. von 100 000 bis 30 000 000 Schwingungen in der Sekunde, ist es oft üblich, Übertragungsleitungen zu verwenden, welche in Schaltungen der Geräte die Form von leitenden Platten haben, wobei der Wellenwiderstand eine Größenordnung von nur wenigen Ohm besitzen soll.

Bisher bestand eine besondere Schwierigkeit darin, Transformatoren zu entwerfen für die Übertragung von Strömen in oder aus solchen Übertragungsleitungen mit hohem Wirkungsgrad über das gesamte Frequenzband, wegen der übermäßigen Streuinduktanz in den Transformatoren sowie wegen der Gegenwart unerwünschter Induktanz in den Zuleitungen, welche die Transformatoren mit den Übertragungsleitungen verbinden. Zum Beispiel hat eine Zuleitung mit einer Induktanz von nur ein Mikrohenry eine Reaktanz bereits von 2 Ohm bei 30 000 000 Schwingungen in der Sekunde.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen verbesserten Transformator zu schaffen für die Übertragung von Strom in oder aus einer Übertragungsleitung, welche die Form leitender Platten besitzt, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, wobei das Verhältnis zwischen Streuinduktanz und Querinduktanz herabgesetzt ist und wobei die Wicklung, welche den Strom in oder aus der Übertragungsleitung überträgt, derart gestaltet ist, daß ihre Enden unmittelbar an die Platten der Leitung angeschlossen werden können. Bei einem Transformator zur Übertragung eines breiten Hochfrequenzbandes 2-vecks Verwendung in Verbindung mit einer Übertragungsleitung, die mindestens zwei plattenförmige Leiter enthält, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, wobei ein geschlossener Kern aus magnetischem Material und eine Mehrzahl von Wicklungen vorgesehen sind, weisen erfindungsgemäß die Platten erste Öffnungen auf, welche den magnetischen Kern aufnehmen und^> besitzen ,mindestens einen weiteren Öffnungsteil, wobei difr^Kerri innerhalb einer einzelnen Windung einer der beiden erwähnten Wicklungen getragen ist und wobei die einzelne Windung sich entlang der Länge des Kerns erstreckt und ein Ende der einwindigef¥nWiek;iimg?att30ine Platte der Übertragungsleitung entlang der Kante eines Loches in der Platte und das andere Ende der einwindigen Wicklung an die andere Platte der Übertragungsleitung entlang der Kante eines Loches in dieser Platte angeschlossen sind, und eine Mehrzahl von vielwindigen Spulen mindestens eine weitere Wicklung bilden, deren Windungen über die einwindige Wicklung und durch ein Loch einer Reihe von Löchern gewickelt sind, die in der Übertragungsleitung rund um die Einzelwindungswicklung vorgesehen sind.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte Schnittansicht von Teilen eines Hochfrequenzausgangstransformators gemäß der Erfindung, eingeschaltet in eine Übertragungsleitung von Plattenform, wobei aus Gründen der Klarheit nur die Primärwicklung dargestellt ist, und

Fi g. 2 eine isometrische Ansicht des gleichen Transformators mit Darstellung sowohl der Primärais auch der Sekundärwicklung.

In Fig. 1 ist eine symmetrische Übertragungsleitung mit 10 bezeichnet. Sie hat Sandwichform dadurch, daß drei Platten 11, 12 und 13 aus hochleitungsfähigem Metall, z. B. Kupfer, übereinandergelegt sind, ein Isolationsmittel, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist, mit geringen Dielektrizitätsverlusten, z. B. Polytetrafluoräthylen, ist zwischen den

ίο Platten 11 und 12 sowie zwischen 12 und 13' eingebracht. Aus Gründen der Klarheit sind die Abstände zwischen den Platten 11 und 13 und der Platte 12 in der Zeichnung übertrieben groß gehalten.

Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, wird der Wellenwiderstand einer Platten-Übertragungsleitung durch die Breite der Metallplatten und die Dicke und die Dielektrizitätskonstante der Isolationsmittel bestimmt.

Bei einer zweckmäßigen Anordnung ist am einen Ende einer Leitung ein Loch von solchem Durchmesser ausgespart, daß eine Einzelwindungswicklung 16 eines Transformators 14 hindurchgeführt werden kann. Ein Kern 15 von Ringform ist nahezu vollständig in die Wicklung 16 eingeschlossen, die aus hochleitendem Metall mit im vorliegenden Beispiel einer Dicke von 0,3 mm gebildet ist. Der Kern 15 enthält einen oder mehrere kreisförmige Ringe aus magnetischem Material, z. B. Mangan-Zink-Ferrit. Die Abmessungen des Kernmaterials werden entsprechend der zu übertragenden Transformatorleistung, dem Frequenzbereich und der höchst zulässigen Flußdichte gewählt, um eine unzulässige Verzerrung der Wellenform zu vermeiden. Die Wicklung 16 enthält zwei kreisförmige Metallglieder 17 und 18 gleicher Abmessungen und mit einem Kanalquerschnitt, deren innere Flanschen durch einen Zylinder 19 aus hochleitfähigem Stoff von gleicher Dicke wie die Kreisglieder verbunden sind. Die äußere Kante des Flansches des Gliedes 18 ist an die Platte 13 über eine Schweißnaht 20 entlang der Verbindungslinie der beiden Teile angeschlossen. Der Kern 15 ist durch das Loch, das in die Plätten 11, 12, 13 und das in der Zeichnung nicht dargestellte Dielektrikum eingeschnitten ist,, hindurchgeführt, so daß das eine Stirnende des Kernes mit der inneren Oberfläche des Gliedes 18 in Berührung ist. Der Zylinder 19, der vorher mit dem Glied 17 durch die Schweißnaht 21 entlang der Verbindungslinie mit dem inneren Flansch .des Gliedes verbunden wurde, wird dann durch das Loch in den Platten und dem Dielektrikum eingeführt, so daß die innere Oberfläche des Gliedes 17 nahezu auf der Außenfläche des Kernes 15 ruht, so daß der Zylinder 19 mit dem inneren Flansch des Gliedes 18 in Berührung kommt und die Außenkante des Flansches des Gliedes 17 mit der Platte 11 über die Schweißlinie 23 entlang der Verbindung zwischen Platte und Flansch verbunden ist. Der Zylinder 19 ist mit dem Glied 18 durch die Schweißnaht 22 entlang der Verbindungslinie zwischen dem Zylinder und dem Flansch verbunden.

So bilden die Glieder 17 und 18 und der Zylinder 19 eine Einzelwindungswicklung eng um den Kern und erstrecken sich im wesentlichen über die ganze Länge des Kernes, so daß eine innige magnetische Kopplung zwischen der Windung 16 und dem Kern erhalten wird. ■ .

Acht, gleichmäßigen Abstand besitzende Gruppen von in Fluchtlinie angeordneten Schlitzen (Nuten)

därwicklung kurzgeschlossen wird, ist die Streuinduktanz weniger als 3 X 10~^:) Mikrohenry. W >; <■
' Gemäß F i g. 1 enthält der Kern 15 bei einer; abgewandelten Ausführung zwei einander ähnlich'e'Einheiten mit einem schmalen Zwischenraum zwischen den Einheiten, um die Platte 12 an den Mittelpunkt der Wicklung 16 anschließen zu können unter Verwendung eines Metallstreifens mit geringer Induktanz.

Weitere Wicklungen mit Gruppen von Drähten, welche durch zusätzliche isolierte und in Fluchtlinie liegende Schlitze hindurchführen, können vorgesehen sein, um Hochfrequenzpotentiale geringer Amplitude zu einer äußeren Meßvorrichtung zu liefern sowie

sind in den Platten 11, 12 und 13 und im Dielektrikum rund um die Außenkante der Einzelwindungswicklung angeordnet, um das.Wickeln von isoliertem Kupferdraht zu ermöglichen und getrennte Abschnitte einer Sekundärwicklung herzustellen, die über die Wicklung 16 gewickelt wird. In der Zeichnung sind zwei solche Gruppen von Schlitzen 24, 24', 24" und 25, 25', 25" dargestellt. Um ein Abschaben der Isolation zu vermeiden, ist jeder Schlitz mit Isolierstoff ausgekleidet (in der Zeichnung nicht dargestellt).

In Fig. 2 ist der Transformator mit einer Sekundärwicklung von acht Abschnitten versehen dargestellt, die mit den Bezugszeichen 30 bis 37 versehen
sind. Jeder Abschnitt hat mehrere Windungen aus 15 für die Schaffung eines Rückkopplungsweges zu den emailliertem Kupferdraht, der über die Einzelwin- Eingangselektroden der an die Übertragungsleitung dungswicklung 16 durch einen der acht Schlitze ge- . 10 angeschlossenen Verstärkungsmittel,
wickelt ist. Um die Streuinduktanz "auf einem Mini- In noch einer weiteren Ausführungsform der Er-

mum zu halten, sind die Sekundärabschnitte rund um findung besitzt der Kern rechteckigen Querschnitt den Kern verteilt. Die acht Wicklungen von je vier 20 von Quadratform und ist nahezu gänzlich eingeschlos-Windungen sind elektrisch parallel geschaltet. Zu die- sen in eine Einzelwindungswicklung von ähnlicher sem Zweck ist ein Ring 42 aus Zinn-Kupferlegierung Gestalt, wie sie oben beschrieben wurde, wobei aber vorgesehen, mit dem die Anfänge der einzelnen Win- die Sekundärabschnitte über die Einzelwindungsdungen verbunden sind. Ein ähnlicher Ring, in der wicklung zunächst entlang den graden Teilen der Zeichnung nicht dargestellt, ist vorgesehen, an den 25 Spule gewickelt werden,
die Enden der einzelnen Wicklungen angeschlossen
sind. Anschlüsse an andere Geräte werden an geeigneten Stellen der beiden Ringe vorgesehen. Eine
solche Verbindung ist in der Zeichnung durch das
Bezugszeichen 43 bezeichnet. 30

Der Transformator 14 wird entweder so bemessen, daß er Hochfrequenzenergie aus einer äußeren Quelle in die Übertragungsleitung 10 oder umgekehrt Hochfrequenzenergie aus der Übertragungsleitung zu einem äußeren Verbraucher übertragen kann.

Die Auswahl eines geeigneten dargestellten Ferritkerns in F i g. 1 wird getroffen entsprechend der technischen Information durch den Hersteller solcher Kerne. Diese Information umfaßt physikalische Eigenschaften des Kerns einschließlich der Permeabilität und des Verlustfaktors.

Das Volumen des Kerns und die Anzahl der notwendigen Windungen zur Erzielung eines gewünschten Induktanzwertes wird mit Hilfe an sich bekannter Formeln bestimmt. Die Induktanz der Primärwicklung wird so ausgewählt, daß die Reaktanz einer an die Leitung angeschlossenen Wicklung bei der niedrigsten Frequenz einen vernachlässigbaren Parallelleitwert der dem Wellenwiderstand der übertragungsleitung gegenüber darstellt. '

Bei einem erfindungsgemäß hergestellten Beispielstransformator wirkte dieser als Hochfrequenzausgangstransformator und lieferte die beste Kraftübertragung aus der Leitung bei einer Impedanz von 12 Ohm in eine äußere Widerstandsbelastung von 50 Ohm.

Ein Kern von Mangan-Zink-Ferrit mit einem Außendurchmesser von annähernd 38 mm und einer Querschnittsfläche von annähernd 40 qmm wird verwendet. Der Transformator ist in eine Plattenleitung mit einer Länge von annähernd 24 cm und einer Breite von annähernd 50 mm eingepaßt und ist in der Lage, Energie bis zu annähernd 100 Watt Hochfrequenzleistung auf eine Belastung von 50 Ohm zu übertragen innerhalb eines Frequenzbereiches von 1000 kHz bis 30 000 kHz.

Bei dieser Einrichtung wurde eine Primärinduktanz von 1,5 Mikrohenry erhalten. Wenn die Sekun-

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Transformator zur Übertragung eines breiten Hochfrequenzbandes über eine Leitung mit mindestens zwei plattenförmigen Seiten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, wobei ein geschlossener Kern aus magnetischem Material und mindestens zwei Wicklungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (11, 12, 13) erste öffnungen, welche den magnetischen Kern (15) aufnehmen, und mindestens einen weiteren Öffnungsteil besitzen und daß der Kern (15) innerhalb einer einzelnen Windung (16) einer der beiden Wicklungen getragen wird, wobei die einzelne Windung sich entlang der Länge des Kernes erstreckt, und daß die einzelne Windung entlang der Kante der ersten Plattenöffnung mit dem einen Ende an die eine Platte (11) der Übertragungsleitung, das andere Ende der einzelnen Windung an die andere Platte (13) der Übertragungsleitung angeschlossen ist und eine Mehrzahl von Vielwindungsspulen (30 bis 37) vorgesehen sind, um mindestens eine einzelne andere Wicklung zu schaffen, und daß die Windungen dieser Spulen über die einzelne Windung gewickelt sind und durch weitere Öffnungen (24, 24', 24", 25, 25', 25") der Platten hindurchtreten.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vielwindigen Spulen (30 bis 37) der zweiten Wicklung in gleichen regelmäßigen Abständen rund um den Kern (15) und die einzelne Windung (16) durch eines der in der Übertragungsleitung in Abständen getrennt vorgesehenen Löcher geführt sind.

3. Transformator nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vielwindigen Spulen (30 bis 37) zueinander parallel geschaltet sind, wobei die Anfänge und Enden dieser Wicklungen sinngemäß zusammengefaßt sind zu einem Paar von leitenden Ringen, welche konzentrisch an dem Kern befestigt sind.

4. Transformator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (15) des Transformators von zwei ähnlichen Einheiten (17, 18) der einzelnen Windung (16) umfaßt ist, die einen schmalen Spalt zwischen sich aufweisen und dadurch eine Verbindung der mittleren Plätten (12) mit dem Mittelpunkt der einzelnen Windung erlauben.

5. Transformator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere ro Windungen (30 bis 34) vorgesehen sind, die Gruppen von Drähten enthalten, welche durch weitere Löcher in den Platten (11, 12, 13) und im 'Dielektrikum geführt sind, das die Platten der Übertragungsleitung trennt.

6. Transformator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ringförmig ausgebildet ist und daß die einzelne Windung sich als ein am Umfang mit Schlitzöffnung versehenes hohles Ringgebilde (16 bis 18) darstellt, welches den ringförmigen Kern (15) koaxial umgibt.

7. Transformator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (15) rechteckigen Querschnitt von Quadratform aufweist und daß die erste Einzelwicklung ähnliche Abmessungen besitzt, derart, daß sie den Kern zum Teil umschließt, und daß ferner die vielwindigen Spülen (30 bis 37) im Abstand voneinander entlang den geraden Abschnitten der einzelnen Windung angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen