ELEKTRISCHER ÜBERTRAGER

Elektrischer Übertrager

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus vom einem elektrischen Übertrager nach der Gat¬ tung des Hauptanspruchs. Durch die DE-AS 1073046 ist eine Hochfrequenz¬ anordnung ohne ferromagnetischen Stoff für den Meter- und Dezimeterbe¬ reich bekannt geworden, die Induktivitäten mit bestimmter Konfiguration sowie Kapazitäten aufweist, welche als doppelseitig gedruckte Schaltung ausgebildet sind. Die spiralförmigen Induktivitäten bestehen aus je einer mit der anderen verbundenen Spule auf jeder Seite des Substratträ¬ gers. Die Kapazitäten sind'als einander gegenüberliegende Beläge ausge¬ bildet, die durch das Substrat getrennt und galvanisch kontaktiert sind, wobei die Kontakte Kondensatorbeläge unter sich und mit Spulenanschlüs¬ sen verbinden.

Ein weiterer bekannter Übertrager nach der DE-AS 2230587 in gedruckter Technik hat einen blättchenförmigen Wicklungsträger aus elektrisch iso¬ lierendem Material mit mindestens einer auf den Wicklungsträger aufge¬ brachten, ebenen, spiralförmigen Wicklung und einem Magnetkern, dessen magnetischer Kreis mit dem elektrischen Kreis der Wicklung(en) verket¬ tet ist. Der Ferritkern ist zweigeteilt, dh er weist im magnetischen Kreis einen Luftspalt auf. Damit lassen sich bei hohen Frequenzen im Megahertz-Bereich keine ausreichend hohen Induktivitäten erzielen, da höherpermeable Ferritsorten bei diesen Frequenzen eine geringe Permea¬ bilität aufweisen. . - ι -

Ferner gibt es Spulenanordnungen mit Mehrlochkern, bei denen auf einem Isolierträger zwei Spulenpaare in Form von gedruckten Leiterbahnen auf¬ gebracht sind. Der Isolierträger ist innerhalb und/oder außerhalb der Spulen mit Durchbrüchen versehen. Diese Durchbrüche werden mit unge¬ sintertem Ferritmaterial gefüllt und auf die Ober- und Unterseite des Isolierträgers wird Ferritmaterial aufgebracht. Anschließend wird die gesamte Anordnung gesintert, so daß eine Spulenanordnung mit geschlos¬ senem Ferritkern entsteht, die einen sehr kleinen magnetischen Streu¬ fluß hat (DE-OS 2917388) . Die hier angewandte Technik für die Herstel¬ lung des Ferritkernes ist jedoch aufwendig und läßt sich schwer beherr¬ schen, dh die Übertragungseigenschaften der Spulenanordnung weisen in der Serie große Streuungen auf.

Schließlich ist es durch die DE-OS 2830732 bekannt, bei Spulen mit ge¬ druckten Leiterbahnen parasitäre Wicklungskapazitäten zu verringern und die Grenzfrequenz der Spule zu erhöhen, indem der Isolationsabstand zwischen den Leiterbahnen mindestens in Teilbereichen nicht konstant ist. Damit ist jedoch kein geschlossener magnetischer Kreis zu erzielen, wie er für breitbandige Übertrager erforderlich ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Übertrager mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die induktive Übertra¬ gung im unteren Frequenzbereich (einige Megahertz) kontinuierlich in eine Mikrostrip-Koppler-Übertragung im oberen Frequenzbereich (einige 100 Megahertz) übergeht. Der leitende Belag, der nicht weiter kontak¬ tiert ist, hat die Wirkung von in Reihe geschalteter Kondensatoren, die Teile der Leiterbahnen und der Anschlüsse kapazitiv verbinden und da¬ durch alle Parameter des Übertragers im mittleren und oberen Frequenz¬ bereich in gewünschter Richtung verändern. Durch entsprechende geometri¬ sche Ausbildung des leitenden Belags und der Dicke des Dielektrikums kann die Schaltung den bes-tehenden Bedürfnissen optimal angepaßt werden. Damit lassen sich Übertrager in planarer Technik herstellen, die im mittleren und oberen Frequenzbereich deutlich bessere Werte aufweisen als herkömmliche, drahtgewickelte Übertrager. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil¬ hafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebe¬ nen Übertragers möglich. Besonders vorteilhaft ist es zur Erzielung einer einfachen Herstellungsweise, daß als Dielektrikum ein weiterer Isolierträger dient, welcher auf dem die Leiterbahnen aufweisenden Iso¬ lierträger z. B. durch Löten befestigt und mit dem leitenden Belag ver¬ sehen ist. Hat der Übertrager einen Nachbildwiderstand, so wird dieser bevorzugt auf dem die Leiterbahnen aufweisenden Isolierträger angeord¬ net und mittels eines Streifenleiters an die Spulenanordnung angeschlos¬ sen. Durch die Verwendung eines solchen Streifenleiters mit bestimmten Parametern läßt sich im oberen Frequenzbereich ein höherer Dämpfungs¬ wert der Übertragung vom Stich zum Ausgang des Übertragers erzielen. Ferner ist es zweckmäßig, daß der Nachbildwiderstand einen von dem Wel¬ lenwiderstand des Systems abweichenden Widerstandswert aufweist und daß ferner die Spulenanordnung mehrwindige Leiterbahnspiralen hat, deren äußeres Ende an Masse geht. Durch diese beiden Maßnahmen lassen sich die Dämpfungswerte der Übertragung vom Stich zum Ausgang im unteren Frequenzbereich erheblich verbessern, wozu insbesondere die durch den Anschluß der äußeren Spulenenden an Masse realisierbaren unsymmetri¬ schen Windungszahlverhältnisse der Spulen beitragen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den elektrischen, Übertrager mit entlang der Linie II-II von Figur 2 geschnittenen Isolierträgern, Figur 2 den Übertrager nach Figur 1 in Daraufsicht mit geschnittenem Ferritkern, Figur 3 ein NF-Ersatzschalt¬ bild des Übertragers, Figuren 4 und 5 Diagrammme über den Verlauf ver¬ schiedener elektrischer Übertragungswerte im Vergleich mit Werten an¬ ders ausgebildeter Übertrager.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte elektrische Übertrager hat einen Isolierträger 1, der aus einem an sich bekannten elastischen Material besteht, das.hochisolierend ist und nach einer Verformung selbsttätig in seine Planlage zurückfedert. Der Isolierträger 1 hat drei rechteck- förmige Durchbrüche 2, 3, 4 (Fig. 2) zur Aufnahme eines geschlossenen Zweiloch-Ferritkerns 5. Die Größe der Durchbrüche ist an den Querschnitt der Kernschenkel 6, 7, 8 angepaßt. Zum Einführen des Ferritkerns 5 in. die Durchbrüche 2 bis 4 kann der Isolierträger 1 mit nicht dargestell- . ten, aus der Ebene des Trägers aushebbaren federnden Zungen versehen sein, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 3322004.2 beschrieben sind.

Auf der Oberseite des Isolierträgers 1 ist flächenhaft nach einem bekann¬ ten Verfahren eine Spulenanordnung in Form gedruckter Leiterbahnen aufge¬ bracht. Im einzelnen besteht die Spulenanordnung aus zwei langgestreck¬ ten Leiterbahnen 9, 10, deren beide Enden mit Anschlüssen 11, 12 bzw. 13, 14 versehen sind. Der Anschluß 11 bildet den Eingang, der Anschluß 12 den Ausgang und der Anschluß 13 den Stich des Systems. Der Anschluß 14 der Leiterbahn 10 geht über einen Nachbildwiderstand 15 an Masse. Zur Verbindung des Anschlusses 14 mit dem Nachbildwiderstand 15 dient ein Streifenleiter 16.

Den Leiterbahnen 9, 10 ist je eine Leiterbahnspirale 17 bzw.18 gegenüber¬ gestellt, die im Ausführungsbeispiel rechteckförmige Konfiguration hat und den Schenkel 6 bzw. 8 des Ferritkerns 5 umgibt. Die das Kernloch 19 bzw. 20 des Ferritkerns durchgreifenden Leiterbahnen 9, 10 haben, wie aus Figur 2 ersichtlich, unterschiedliche Bahnbreite und einen unter¬ schiedlichen Abstand von den ihnen gegenüberliegenden Abschnitten 21 bzw. 22 der Leiterbahnspiralen 17 bzw. 18. Vorzugsweise ist die Breite der Leiterbahn 10 kleiner als die Breite der Leiterbahn 9 und der Ab¬ stand der Leiterbahn 9 von dem ihr gegenüberliegenden Abschnitt 21 der Leiterbahnspirale 17 kleiner als der Abstand der Leiterbahn 10 vom Ab¬ schnitt 22 der Leiterbahnspirale 18. Außerdem ist die Breite der das Kernloch 20 des Ferritkerns 5 durchgreifenden Abschnitte 22, 24 der Leiterbahnspirale 18 kleiner als die Breite der Leiterbahnabschnitte 21, 23 der Spirale 17 im Kernloch 19. Bei den Abständen von 22 zu 24 und 21 zu 23 verhält es sich umgekehrt. Die vorstehend erwähnten Parameter sind so gewählt, daß die Teile 9, 17 und 10, 18 jeweils einen modifi¬ zierten Streifenleiter-Koppler bilden, welche geometrisch ungleich (un¬ symmetrisch), sind. Die beiden Leiterbahnspiralen 17, 18 haben entgegengesetzten Windungs¬ sinn, der von innen nach außen so verläuft, daß das äußere Ende 25 bzw. 26 der Spiralen jeweils an Masse geht. Dadurch lassen sich unterschied¬ liche Windungszahlverhältnisse von 9 und 17, von 10 und 18 sowie von 17 und 18 bei gleicher Leiteranzahl durch die Kernlδcher 19, 20 realisie¬ ren. Vorzugsweise wird das WindungszahlVerhältnis von 10 und 18 größer gewählt als das Verhältnis von 9 und 17, wobei die Windungszahlen von 9 und 10 gleich groß und die Zahl der Leiterbahnabschnitte 21, 23 und 22, 24 durch die beiden Kernlöcher 19, 20 identisch ist. Der Unterschied zwischen den beiden Verhältnissen richtet sich nach der gewünschten Nennübertragungsdämpfung vom Eingang 11 zum Stich 13 in dB, z. B. 15 dB. Der innenliegende, dem Kernschenkel 6 benachbarte Anfang der Spirale 17 ist durch einen Streifenleiter 17 a mit der Leiterbahn 10 verbunden, während der Anfang der Leiterbahnspirale 18 mittels eines Streifenlei¬ ters 18 a an die Leiterbahn 9 angeschlossen ist. Die Streifenleiter 17 a und 18 a sind an der Rückseite des Isolierträgers 1 angeordnet.

Der reelle Nachbildwiderstand 15 kann auf der Schaltung direkt mit inte¬ griert werden, und zwar entweder in einer gedruckten Technik entspre¬ chend der Dünn- oder Dickschichttechnik, oder in Form eines einzulöten¬ den oder einzuklebenden diskreten Bauelements. Wesentlich ist, daß der Nennwert des Widerstandes 15 nicht mit dem Wellenwiderstand des Systems identisch ist, sondern einen anderen Wert hat als der Wellenwiderstand. So kann bei einer Nennübertragungsdämpfung von 15 dB der Wert des Wider¬ standes 15 82 Ohm betragen, bei einem Wellenwiderstand von 75 Ohm. Durch diese Maßnahme lassen sich in Verbindung mit den ungleichen Win¬ dungszahlverhältnissen in der Spulenanordnung wesentlich höhere Dämp¬ fungswerte der Übertragung vom Stich 13 zum Ausgang 12 erreichen.

Auf dem Isolierträger 1 sitzt ein weiterer, kleinerer Isolierträger 27, der zwischen dem Ferritkern 5 und den Anschlüssen 11, 13 angeordnet ist. Für diesen Träger eignen sich neben festen Materialien auch hoch¬ flexible dünne Isolierstoffe, die insbesondere dann eingesetzt werden, wenn der Isolierträger 1 an sich ausreichende Eigenstabilität aufweist. Der Isolierträger 27 ist auf seiner der Spulenanordnung 9, 17; 10, 18 abgekehrten Oberseite mit einem leitenden Belag 28 versehen, der im - 6 -

Ausführungsbeispiel rechteckige Form hat und. so auf den Isolierträger 27 angebracht ist, daß er Teile der Leiterbahnen im Bereich Eingang -

Masse - Stich überdeckt. Der leitende Belag wird vorzugsweise im Druck¬ verfahren direkt auf den Isolierträger 27 aufgebracht. Er kann aber auch aus einem aufgeklebten Leitermaterial, beispielsweise aus einer Kupferfolie, oder einem aufgeklebten, leiterbeschichteten Isolierblätt- chen bestehen.

Der leitende Belag 28 ist durch den Isolierträger 27, welcher ein Dielek¬ trikum darstellt, mit der Spulenanordnung kapazitiv gekoppelt. Die Lei¬ terbahnen der Spulen und deren Anschlüsse realisieren, wie das NF-Ersatz¬ schaltbild nach Figur 3 zeigt, zusammen mit dem leitenden Belag 28 in Reihe geschaltete Kondensatoren 29 bis 33, zwischen Eingang 11, Masse, Stich 13 und Teilen der Leiterbahnen 9, 17; 10, 18. Durchkontaktierun- gen auf dem Isolierträger 27 sind nicht vorhanden.

Durch diese verteilten, in Reihe geschalteten Kondensatoren, erzeugt mit einem nicht kontaktierten, leitenden Belag, werden alle Parameter im mittleren und oberen Frequenzbereich in gewünschter Weise verändert. Durch geeignete geometrische Formgebung des leitenden Belags 28 und Verwendung bestimmter Schichtdicken des Dielektrikums 27 lassen sich für alle wesentlichen Parameter der Schaltung optimale Werte erzielen.

Die Diagramme nach den Figuren 4 und 5 stammen von 15 dB Übertragern, die hinsichtlich Breite, Abstand und Windungszahlverhältnis der Leiter¬ bahnen unsymmetrisch sind. Die als Durchgang bezeichnete Übertragung zwischen Eingang 11 und Ausgang 12 ist über den gesamten Frequenzbe¬ reich nahezu linear, lediglich mit einem kleinen Abfall im Bereich der oberen Grenzfrequenz (Kennlinie A in Fig. 4) . Die Kennlinie A* zeigt den Durchgang vergleichbarer, drahtgewickelter Übertrager. In Fig. 4 sind außerdem die Anschlußkennlinien (Übertragung Eingang 11 - Stich 13) eingezeichnet. Die Kennlinie B gilt dabei für einen nach der Erfindung ausgebildeten Übertrager, die Kennlinie B' für einen drahtgewickelten Übertrager. Die im Diagramm nach Fig. 5 eingetragene Kennlinie C der Entkopplung zwischen Ausgang 12 und Stich 13 und umgekehrt verläuft bei einem mit dem Belag ^' 28 versehenen Übertrager nahezu optimal. Dies zeigt ein Vergleich mit der Entkopplungskennlinie C eines Übertragers ohne leitenden Belag 28 und mit der Entkopplungskennlinie C" eines drahtge¬ wickelten Übertragers. In Fig. 5 sind außerdem die Kennlinien D und D' für den erfindungsgemäß ausgebildeten Übertrager bzw. für einen draht¬ gewickelten Übertrager eingezeichnet.