DE1791231B1

DE1791231B1 - Symmetrischer breitbandtransformator

Info

Publication number: DE1791231B1
Application number: DE19661791231
Authority: DE
Inventors: Yushi Dipl-Ing Katagiri; Masao Dr-Ing Kawashima
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1965-04-15
Filing date: 1966-04-04
Publication date: 1971-08-12
Also published as: DE1487290B2; US3428886A; GB1148289A; DE1487290A1; GB1141348A

Description

Die Erfindung geht aus von einem symmetrischen Breitbandtransformator, der z. B. zur Impedanzwandlung in einer Zwischenstufenverbindung eines Breitbandverstärkers mit einem Transistor in Basisschaltung, einem Impulskreis für einen Impuls von einer Nanosekunde od. dgl. verwendet wird.

Es sind bereits verschiedene Möglichkeiten bekannt, um eine Phasenumkehr oder eine Impedanzumwandlung über ein breites Band auszuführen, wobei Leitungen mit verteilten Parametern, z. B. Koaxialleitungen oder Stegleitungen (Zwillingsleitungen), durch einen magnetischen Kern gekoppelt werden.

Schaltungsbeispiele eines bekannten Breitbandtransformators sind in F i g. 1 und 2 dargestellt. In F i g. 1 ist eine Leitung L mit verteilten Parametern, deren eines Ende der Eingang (oder der Ausgang) a-b ist und deren anderes Ende der Ausgang (oder der Eingang) c-d ist, mit dem magnetischen Kern Cr gekoppelt, wie in F i g. 1 a gezeigt ist, wobei die Phasenumkehr bei einem Impedanzverhältnis 1:1 ausgeführt wird.

Die Hochfrequenzeigenschaft dieses Transformators, dessen äquivalente Schaltung in F i g. 1 b dargestellt ist, wird durch die Eigenschaft der Leitung L mit verteilten Parametern bestimmt. Die äquivalente Schaltung für den Niederfrequenzbereich, die in F i g. 1 c dargestellt ist, ist die gleiche wie für einen üblichen Transformator.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Beispiel ist ein Transformator, der dem in F i g. 1 dargestellten Transformator gleichartig ist, durch Verbindung der Elemente gebildet, wie dies in F i g. 2 a dargestellt ist, wobei eine Impedanzumwandlung 1: 4 erreicht wird.

Das Verhältnis der Kennwiderstände, gemessen von den Klemmen a-b und c-d aus, beträgt 1: 4. Die äquivalente Schaltung für hohe Frequenzen ist in F i g. 2 b dargestellt. Im allgemeinen hat ein Transformator dieser Art seinen Dämpfungspol bei einer Frequenz, die ein ungeradzahliges Vielfaches der Frequenz ist, bei der die elektrische Länge der Übertragungsleitung L halb so lang wie die Wellenlänge wird. Die äquivalente Schaltung für den Niederfrequenzbereich, die in F i g. 2c dargestellt ist, ist dieselbe wie für einen üblichen Transformator.

Wie oben erwähnt ist, sind zwar Transformatoren mit einem Transformationsverhältnis von etwa 1:1 oder 1: 2 bekannt, jedoch müssen mehrere Transformatoren in Reihe, parallel oder in Kaskade geschaltet werden, um durch derartige Transformatoren ein hohes oder beliebiges Transformationsverhältnis zu erreichen. Die Anordnung wird vergrößert und auch der Kostenaufwand dieser Anordnung gesteigert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Anordnung zu schaffen, durch die ein beliebiges Transformationsverhältnis bei einem mit einem einfachen Magnetkern in einfacher und wirtschaftlicher Weise konstruierten Transformator erreicht werden kann.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

In der Zeichnung sind

F i g. 3 a bis 3 c Schaltbild und Schema eines erfindungsgemäßen Breitbandtransformators und

F i g. 4 und 5 a bis 5 c Schaltbild und Schema eines anderen erfindungsgemäßen Breitbandtransformators.

In F i g. 3 a ist als Ausführungsbeispiel ein symmetrischer Transformator dargestellt, durch den ein Transformationsverhältnis 3:1 (oder ein Impedanzverhältnis 9:1) erhalten wird. Bei dem in F i g. 3 a dargestellten Beispiel sind die einen Enden von drei Leitungen Ll, Ll und Z.3 mit verteilten Parametern, die gleiche elektrische Länge und gleichen Wellenwiderstand Z₀ haben, in Reihe geschaltet, während die anderen Enden parallel geschaltet sind und nur die Leitungen Ll und Z.3 durch einen magnetischen Kern Cr gekoppelt sind. Die Zahl der Windungen von Ll und L3 sind einander gleich und die Windungsrichtungen sind einander entgegengesetzt, wenn die Seite der Klemmen a-c zum Windungsanfang gemacht wird. Die äquivalente Schaltung für den Hochfrequenzbereich ist, wie in F i g. 3 b dargestellt ist, einer Schaltung gleichwirkend, bei der die einen Enden von drei idealen Leitungen mit verteilten Parametern in Reihe geschaltet sind, während die anderen Enden parallel geschaltet sind. Die Schaltung ist ebenfalls einer Schaltung gleichwirkend, bei der eine Leitung mit verteilten Parametern und mit einem Wellenwiderstand 3 Z₀ und ein idealer Transformator mit dem Verhältnis 3:1 in Kaskade geschaltet sind. Die Sperreigenschaft im Hochfrequenzbereich wird durch die Eigenschaft der verwendeten Leitungen mit verteilten Para- Λ meiern bestimmt. Da üblicherweise kurze Koaxial- ^ leitungen od. dgl. als Leitungen mit verteilten Parametern verwendet werden, wird eine günstige Übertragungseigenschaft bis zu ausreichend hohen Frequenzen erhalten. Die äquivalente Schaltung für den Niederfrequenzbereich entspricht, wie in F i g. 3 c dargestellt ist, einem üblichen Transformator, und die Sperrung bei niedrigen Frequenzen wird durch die Induktivität der Windungen bestimmt.

Wie aus dem Obengesagten ersichtlich ist, beträgt der Kennwiderstand, gemessen von den Klemmen a-b aus, 3 Z₀, während der Kennwiderstand, gemessen von den Klemmen c-d, ¹I₃ Z₀ ist. Die Klemmen a-b und c-d können verwendet werden, um diese in bezug auf Erde zu symmetrieren.
Um ein Impedanzverhältnis n² :1 (oder ein Transformationsverhältnis η :1) durch die Erfindung zu erhalten, ist es im allgemeinen notwendig, daß η Stücke von Leitungen Ll, Ll ... Ln mit verteilten Parametern und mit gleichen elektrischen Eigenschaften, von denen die einen Enden in Reihe geschaltet sind, wäh- M

rend die anderen Enden parallel geschaltet werden ™ (F i g. 4), mit dem magnetischen Kern nach der folgenden Beziehung gekoppelt werden.

Wenn die Zahlen der Windungen der Leitungen mit verteilten Konstanten Ll, Ll ... Ln mit Nl, Nl ...

Nn bezeichnet werden, wird die Zahl der Windungen Ni der z-ten Leitung mit verteilten Parametern durch folgende Formel ausgedrückt:

Ni = k

n — l

(D

worin ζ = 1,2 ... η und k eine willkürliche Konstante sind.
Hierbei sind die Leitungen, deren Vorzeichen der Windungszahlen einander entgegengesetzt sind, in einander entgegengesetzten Richtungen gewickelt, wenn die geerdete Seite (a-b) z. B. zum Windungsanfang gemacht wird. Wenn die Zahl der Windungen einer Leitung mit verteilten Parametern Null ist, bedeutet dies, daß diese Leitung nicht mit dem magnetischen Kern gekoppelt ist.

Es kann dies in der Weise betrachtet werden, daß die äquivalente Schaltung für den Hochfrequenzbereich

dieses Transformators eine Kombination von η Stükken von idealen Leitungen mit verteilten Parametern ist, von denen ein Ende in Reihe geschaltet ist, während das andere Ende parallel geschaltet ist. Wie in Fig. 5a dargestellt ist, ist die äquivalente Schaltung auch einer Schaltung gleichwirkend, bei der eine Leitung mit verteilten Parametern und mit dem Wellenwiderstand nZ₀ und ein idealer Transformator mit dem Transformationsverhältnis /2:1 in Kaskade geschaltet sind. Hierbei ist Z₀ der Wellenwiderstand der verwendeten Leitungen mit verteilten Parametern. Die äquivalente Schaltung für den Niederfrequenzbereich ist in Fig. 5b dargestellt, was auch wie folgt zum Ausdruck gebracht wird. Diese äquivalente Schaltung ' ist nämlich einer in Fig. 5c dargestellten Schaltung gleichwirkend, wobei die Zahl der Windungen zwi- k —y- ist und

die Zahl der Windungen zwischen c und d (Ic) ist.

Aus den vorstehend beschriebenen äquivalenten Schaltungen ergibt sich, daß diese Transformatoren in der Lage sind, ein Transformationsverhältnis η: 1 zu realisieren, wobei η eine beliebige ganze Zahl ist.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß es möglich ist, ein Transformationsverhältnis von beliebigen ganzen Zahlen durch die Verwendung eines Transformators nach der Erfindung zu erhalten, und es ist auch möglich, ein Transformationsverhältnis in beliebigen rationellen Zahlen zu erhalten, indem die Transformatoren in Kaskade geschaltet werden. Zur Verbesserung der Frequenzeigenschaften des Transformators werden z. B. koaxiale Leitungen oder Stegleitungen mit einer Länge von einigen Zentimetern als Leitungen mit verteilten Parametern verwendet, und die obere Grenze der Frequenz ist dann sehr hoch. Ein Ferritkern mit hoher magnetischer Permeabilität od. dgl. wird als magnetischer Kern verwendet, so daß es möglich ist, ein Übertragungsband von einigen hundert kHz bis zu einigen tausend MHz zu realisieren. Somit ist der Transformator nach der Erfindung für die Verwendung in einem Breitbandverstärker oder einem Impulskreis von einer Nanosekunde gut geeignet.

Claims

Patentanspruch:

Symmetrischer Breitband transf ormator mit einem Transformationsverhältnis η : 1, bei dem η Sätze von Leitungen mit verteilten Parametern, deren eine Enden in Reihe und deren andere Enden parallel geschaltet sind und welche die Windungszahl JVl, JV2 ... Nn aufweisen, durch einen magnetischen Kern gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß alle Leitungen mit verteilten Parametern durch den einfachen magnetischen Kern so gekoppelt sind, daß die Windungszahl der z-ten Leitung mit verteilten Parametern gegenüber dem magnetischen Kern durch folgende Formel zum Ausdruck gebracht wird:

Ni =

n — l

i + l

worin k eine willkürliche Konstante ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen CQPY