Was ist eine konische Induktivität?

Was sind Breitband-Konusinduktivitäten und wie funktionieren sie?

Standardisierte Breitband-Konusinduktivitäten als „Flying Lead“-Ausführung sowie für die Oberflächenmontage (SMD) – siehe Abbildung 1 und Abbildung 2 – sind spezielle Breitband-HF-Drosseln, die zur Filterung von Hochfrequenz- (RF) und Mikrowellenstörungen in elektronischen Schaltungen eingesetzt werden. Bei hohen Frequenzen wirkt die HF-Drossel als hochohmiges Bauelement und dient dazu, Störungen oder Gleichspannung (DC) von den gewünschten Signalen zu entkoppeln.

Wie funktioniert eine konische Induktivität?

Eine Drossel, die in Reihe (in Serie) mit einer leitergebundenen Verbindung oder einer Leiterbahn geschaltet ist, wirkt Stromänderungen – wie beispielsweise Wechselstrom-Rauschströmen – entgegen. Sie nimmt die Energie vorübergehend in einem Magnetfeld auf und gibt sie anschließend wieder an die Schaltung ab. Ändert sich der Strom durch die Drossel über die Zeit (di/dt), erzeugt die im Magnetfeld gespeicherte Energie eine Spannung (V = L × di/dt), die einer weiteren Stromänderung entgegenwirkt. Unabhängig davon, ob der Strom durch die Drossel steigt oder fällt, verlangsamt das Magnetfeld die Änderungsrate des Stroms. Ähnlich wie mechanische Energie durch einen Stoßdämpfer gedämpft wird, wird die elektrische Energie einer Rauschspitze in einer HF-Drossel über die Zeit verteilt, um deren Auswirkung zu reduzieren. Konische Induktivitäten bieten eine hohe Impedanz über einen sehr weiten Frequenzbereich.

Warum hat die Induktivität eine konische Form?

Die konische Bauform reduziert die Auswirkungen parasitärer Kapazitäten und bildet effektiv eine Reihe schmalbandiger Induktivitäten. Dadurch wird über einen sehr großen Frequenzbereich eine hohe Impedanz erreicht. Eine einzelne Konusinduktivität kann somit mehrere hintereinandergeschaltete Schmalband-Induktivitäten ersetzen.

Für welche Anwendungen eignen sich Konusinduktivitäten?

Unterdrückung von Störungen in HF-Schaltungen

Die US-amerikanische Federal Communications Commission (FCC) hat Standards festgelegt und zertifiziert, dass in den USA verkaufte oder hergestellte elektronische Geräte die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) erfüllen. Zu den weltweiten Organisationen für EMV-Standards gehören CISPR, IEC, ISO und EN. Die FCC-Vorschriften sind verbindlich und gelten für Geräte wie Computer, Schaltnetzteile, Fernseher, Sender sowie industrielle, wissenschaftliche und medizinische Geräte (ISM), die HF-Strahlung emittieren. HF-Drosseln wie konische Induktivitäten werden in elektrischen Schaltungen eingesetzt, um elektromagnetische Störungen (EMI) durch die Dämpfung hochfrequenter Störsignale zu reduzieren und so die Anforderungen an Störaussendung und Störfestigkeit zu erfüllen.

Isolierung von HF-Signalen von einer DC-Vorspannung / Breitbandfilterung

Eine breitbandige Konus-Drossel zur Vorspannung (Bias Tee), die in Reihe mit der DC-Vorspannung eines Verstärkers geschaltet ist, blockiert einen weiten Bereich hoher Frequenzen und verhindert, dass diese die DC-Quelle erreichen. Auf diese Weise speist die Vorspannungsdrossel den Gleichstrom ein und isoliert gleichzeitig das Wechselstromsignal vor Verzerrungen durch störendes Wechselstrom-Rauschen. Das entscheidende Kriterium bei der Auswahl einer HF-Drossel für ein Bias-Tee ist der zu blockierende Frequenzbereich. Weitere Schlüsselparameter sind der Gleichstromwiderstand, die Stromanforderungen, die Baugröße und die Kosten. Diese Applikationsschrift von Coilcraft erklärt, wie eine DC-Vorspannung mithilfe von Breitbanddrosseln erfolgreich in die HF-Leitung eines Bias-Tees eingespeist wird.

Welche Arten von HF-Drosseln stellt Coilcraft her?

Coilcraft entwickelt und fertigt serienmäßige oberflächenmontierbare Breitband-Konusinduktivitäten (Serie BCR) sowie bedrahtete Varianten zur Durchsteckmontage (Serie BCL) für Ultra-Breitband-Bias-Tee-Anwendungen bis 40 GHz:

• Die SMD-Ausführungen der BCR-Serie können automatisch per Pick-and-Place auf der Leiterplatte bestückt werden.
• Die bedrahtete BCL-Ausführung ermöglicht eine präzise Ausrichtung des Montagewinkels. Der optimale Montagewinkel hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Im Allgemeinen führen größere Winkel zu einer besseren Leistung bei höheren Frequenzen.
• Sowohl die BCR- als auch die BCL-Serie bieten eine flache Bandbreite mit hoher Impedanz bis 40 GHz und sind ideal für Bias-Tees geeignet.

Für Anwendungen mit höheren Strömen und niedrigeren Frequenzen ist die Serie 4310LC für Breitband-Vorspannungen ab Lager lieferbar. Die Breitband-Drosseln der Serie 4310LC werden in Hochstrom-Bias-Tee-Anwendungen bis 6 GHz eingesetzt.