WO2015007433A1 - Spule für schalteinrichtung mit hoher hochfrequenzleistung - Google Patents

Spule für schalteinrichtung mit hoher hochfrequenzleistung Download PDF

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WO2015007433A1
WO2015007433A1 PCT/EP2014/061957 EP2014061957W WO2015007433A1 WO 2015007433 A1 WO2015007433 A1 WO 2015007433A1 EP 2014061957 W EP2014061957 W EP 2014061957W WO 2015007433 A1 WO2015007433 A1 WO 2015007433A1
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turn
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diameter
pin diode
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Klaus Keller
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Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/006—Details of transformers or inductances, in general with special arrangement or spacing of turns of the winding(s), e.g. to produce desired self-resonance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/74—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/44—Transmit/receive switching
    • H04B1/48—Transmit/receive switching in circuits for connecting transmitter and receiver to a common transmission path, e.g. by energy of transmitter

Definitions

  • the invention relates to a coil, which has a high
  • the invention relates to a
  • US Pat. No. 6,236,289 B1 shows an iron-filled coil described above.
  • the disadvantage here is the described low power carrying capacity.
  • the invention has for its object to provide a coil and a switching device, which is suitable for supplying the control signals and at the same time has a very high power carrying capacity.
  • the coil according to the invention has several turns.
  • a first turn, i. a peripheral winding of the coil has a certain first
  • one last turn has a certain second turn diameter and a certain second turn distance to the adjacent turn.
  • the first turn diameter is greater than the second
  • the first winding spacing is smaller than the second winding spacing.
  • the coil between the first and the last turn has at least one further turn with a third turn diameter and a third turn Windungsabstand to adjacent turns on.
  • This third winding diameter is between the first turn diameter and the second turn diameter.
  • the third winding pitch is between the first pitch and the second pitch.
  • Winding distances a further improvement of the electrical properties of the coil can be achieved.
  • the first turn diameter is in the range of 5-30 mm, preferably 12-16 mm.
  • the second coil diameter is also in the range of 3-10 mm, preferably 4-7 mm.
  • the first winding spacing is in the range of 0-4 mm, preferably 0-1 mm.
  • the second winding spacing is in the range of 1-10 mm, preferably 2-4 mm.
  • the coil has a third coil diameter and a third coil pitch, the third coil diameter is preferably 4-20 mm, more preferably 8-16 mm.
  • the third winding pitch is preferably 0-8 mm, preferably 1-6 mm. This ensures that resonances only occur beyond the operating frequency and thus in the
  • Range of operating frequency is a very high
  • the coil is conical. That is, a turn diameter of the turns of the coil continuously decreases from the first turn to the last turn. Furthermore, it increases from the first Winding continuously until the last turn
  • the interior of the coil is preferably filled with air.
  • the interior of the coil is filled with a bobbin for increased stability.
  • the bobbin is made of a solid plastic, preferably Teflon.
  • it is made of a foamed plastic, preferably Rohacell.
  • Coil is ⁇ 1.2.
  • the turns of the coil are in one
  • the guide groove specifies the winding diameter and the winding spacing. That on the already prefabricated bobbin, the coil is wound in the guide groove.
  • the bobbin may alternatively or additionally have recesses along its longitudinal axis. In this case, the turns of the coil are only by individual
  • Support points which are distributed around the radius of the bobbin held.
  • the coil has a power carrying capacity of at least 500W, preferably at least 1kW and particularly preferably of at least 10 kW in the frequency range of 600 MHz or a frequency of 600 MHz.
  • the switching device has at least one first PIN diode, a first signal terminal, a second signal terminal, a first control terminal and a first coil described above.
  • Control signal can be supplied by means of the first coil of the first diode.
  • the PIN diode can be in a conducting or a non-conducting state
  • the first signal terminal and the second signal terminal are preferably conductively connected to one another in the case of a conductive PIN diode and are not conductively connected to one another in the case of a non-conductive PIN diode.
  • the switching device has a second PIN diode, a third signal terminal, a second one
  • the second control signal can be fed by means of the second coil of the second PIN diode.
  • the second PIN diode can be placed in a conductive and in a non-conductive state. So it is possible to switch a signal of very high power between the two signal terminals.
  • the coil preferably has 10-100 turns,
  • Fig. 1 shows an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of several turns of a
  • FIG. 3 is an S-parameter diagram of an exemplary cylindrical coil
  • Fig. 4 shows a first embodiment of
  • Fig. 5 shows a second embodiment of
  • Fig. 6 is an S-parameter diagram of an inventive
  • Fig. 7 is an S-parameter diagram of an inventive
  • switch (hereinafter referred to as switch). Identical elements have not been repeatedly shown and described in similar figures.
  • the switch 1 shows a block diagram of a broadband PIN diode switch 1.
  • the switch 1 has a first signal terminal 11, a second signal terminal 21 to which an antenna 22 is connected here and a third signal terminal 15.
  • the switch 1 via a first control connection 10 and a second control connection 14.
  • Connected to the first signal connection 11 is a decoupling capacitor 12.
  • a coil 2 which in turn is connected to the first control terminal 10. Furthermore, a first PIN diode 13 is connected to the opposite end of the decoupling capacitor 12.
  • the second signal terminal 21 and above the antenna 22 is connected. With the second signal terminal 21 is still a second PIN diode 17 in
  • Decoupling capacitor 16 available. Its opposite terminal in turn is connected to the third signal terminal 15th connected. Between the second PIN diode 17 and the second decoupling capacitor 16, a further coil 3 is connected. At the opposite end of the second control terminal 14 is located. At the second
  • Signal terminal 21 is further connected to a coil 18 and in series thereto, an ohmic resistor 19 which are connected to a ground terminal 20.
  • a transmitter is connected to the first signal terminal 11. If the switch 1 is one of the
  • a receiver connected. If a signal received by the antenna 22 is to be transmitted to the receiver at the third signal terminal 15, the second control input 14 via the coil 3 is activated
  • Control signal is fed, which causes the PIN diode 17 is conductive.
  • the PIN diode 17 is conductive.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of several windings 31-35 of a coil 29.
  • the turns 31-35 are drawn as black circles. These are drawn in cross section. All the rest in Fig. 2 components shown are only in the equivalent circuit diagram, but not in reality.
  • Each of the turns 31-35 has a capacity 41-45 to the environment.
  • each of the turns 31-35 has capacities 46-49 adjacent to turns.
  • each of the turns 31-35 has capacities to non-adjacent turns. For the sake of clarity, only a capacitance 50 between turns 32 and 34 is shown here. Of course, however, exist in the actual equivalent circuit diagram
  • FIG. 4 is a first embodiment of
  • inventive coil 78 shown. In Fig. 4, however, only the bobbin 70 and not the
  • the bobbin 70 points a first cylindrical part 73 and a second cylindrical part 74. In between there is a conical part 76 of the bobbin 70.
  • the conical part 76 of the bobbin 70 in this case has a guide groove 72, which runs spirally along the entire conical portion 76 of the bobbin 70.
  • the guide groove 72 gives the course of the turns along the
  • the winding distances can be detected. Based on the diameter of the bobbin along the guide groove 72, the coil diameters can be detected.
  • the bobbin 70 shown here also has recesses 75a, 75b in the conical part 76. These recesses 75a, 75b allow a ventilation of the windings and at the same time reduce the amount
  • Fig. 5 is a second embodiment of
  • inventive coil 78 shown.
  • the turns 83 are shown. These are applied along the entire conical portion 76 of the bobbin 70.
  • the windings 83 are further connected to terminals 81, 82 in the region of
  • the first turn 85 has a diameter dl of 14.38 mm on the far left.
  • the last turn 86 on the far right has a diameter d5 of 5 mm.
  • the bobbin 70 has an overall length of 80 mm. It is used a wire thickness of preferably 0.75 mm. The wire is preferably painted. In the illustrated here
  • the winding distance is al of the first five turns 0. Thereafter, it increases constantly from 0.4 mm to 2.25 mm.
  • the winding spacing refers to the distance between the directly adjacent sides of the turns 83.
  • the slope which respectively the centers of the turns
  • the winding spacing a4 and the winding diameter d4 are less than a5 and greater than al.
  • the coil diameter d4 is less than dl and greater than d5.
  • FIG. 6 shows the S-parameters S21 90, S12 91, Sil 92 and S22 93 of the exemplary embodiment of the coil according to the invention from FIG. 5. It can be clearly seen here that

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Abstract

Eine Spule (78) weist mehrere Windungen (83) auf. Eine erste Windung (85), d.h. eine randseitige Windung der Spule (78), weist dabei einen bestimmten ersten Windungsdurchmesser (d1) und einen bestimmten ersten Windungsabstand (a1) zur nächsten Windung auf. Am anderen Ende der Spule (78) weist eine letzte Windung (86) einen bestimmten zweiten Windungsdurchmesser (d5) und einen bestimmten zweiten Windungsabstand (a5) zu der benachbarten Windung auf. Dabei ist der erste Windungsdurchmesser (d1) größer als der zweite Windungsdurchmesser (d5). Der erste Windungsabstand (a1) ist dabei kleiner als der zweite Windungsabstand (a5).

Description

Spule für Schalteinrichtung mit hoher Hochfrequenzleistung
Die Erfindung betrifft eine Spule, welche eine hohe
Leistungstragfähigkeit im Hochfrequenzbereich aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine
Schalteinrichtung, welcher eine derartige Spule zur
Zuführung von Steuersignalen nutzt.
Zur Zuführung von Bias-Spannungen zur Ansteuerung von PIN- Dioden in RX/TX-Schaltern werden üblicherweise Spulen eingesetzt, um Hochfrequenzanteile nicht aus dem
geschalteten Zweig abfließen zu lassen. Diese sind
üblicherweise mit einem Eisenkern gefüllt, um gewünschte günstige elektrische Eigenschaften zu erreichen.
Bei hohen Sendeleistungen ergibt sich jedoch das Problem, dass die bisher genutzten Spulen keine ausreichende
Leistungstragfähigkeit aufweisen . Weiterhin ist es bekannt, eine Kombination aus verschieden großen Spulen und Kondensatoren zu nutzen, um eine große Bandbreite zu erreichen. Hier entstehen jedoch Resonanzen, welche den Hochfrequenzpfad beeinflussen. Eine Möglichkeit ist es in diesem Fall, die Resonanzen der Spule mit
Parallelwiderständen zu bedämpfen. Diese Lösung ist jedoch aufgrund der hohen Verluste bei großen Leistungen nicht akzeptabel .
So zeigt beispielsweise die US-Patentschrift US 6,236,289 Bl eine oben beschriebene eisengefüllte Spule. Nachteilig ist hier die beschriebene geringe Leistungstragfähigkeit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spule und eine Schalteinrichtung zu schaffen, welche zur Zuführung der Steuersignale geeignet ist und gleichzeitig eine sehr hohe Leistungstragfähigkeit aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Spule durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 für die
Schalteinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Spule weist mehrere Windungen auf. Eine erste Windung, d.h. eine randseitige Windung der Spule weist dabei einen bestimmten ersten
Windungsdurchmesser und einen bestimmten ersten
Windungsabstand zur nächsten Windung auf. Am anderen Ende der Spule weist eine letzte Windung einen bestimmten zweiten Windungsdurchmesser und einen bestimmten zweiten Windungsabstand zu der benachbarten Windung auf. Dabei ist der erste Windungsdurchmesser größer als der zweite
Windungsdurchmesser. Der erste Windungsabstand ist dabei kleiner als der zweite Windungsabstand. Somit wird
erreicht, dass die Spule keine Resonanzen bei niedrigen Frequenzen aufweist. Solche Resonanzen führen zu einem Leistungsabfall und damit zu einer Erwärmung der Spule. Dies würde die Leistungstragfähigkeit der Spule
reduzieren. Somit wird durch die oben beschriebenen
Maßnahmen eine hohe Leistungstragfähigkeit der Spule erreicht .
Vorzugsweise weist die Spule zwischen der ersten und der letzten Windung zumindest eine weitere Windung mit einem dritten Windungsdurchmesser und einem dritten Windungsabstand zu benachbarten Windungen auf. Dieser dritte Windungsdurchmesser liegt dabei zwischen dem ersten Windungsdurchmesser und dem zweiten Windungsdurchmesser. Ebenso liegt der dritte Windungsabstand zwischen dem ersten Windungsabstand und dem zweiten Windungsabstand. Durch die Nutzung dreier unterschiedlicher
Windungsdurchmesser und dreier unterschiedlicher
Windungsabstände kann eine weitere Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der Spule erreicht werden.
Insbesondere können so Resonanzen weiter verringert werden, was die Leistungstragfähigkeit zusätzlich erhöht.
Vorzugsweise liegt dabei der erste Windungsdurchmesser im Bereich von 5-30 mm, bevorzugt von 12-16 mm. Bevorzugt liegt weiterhin der zweite Windungsdurchmesser im Bereich von 3-10 mm, bevorzugt von 4-7 mm. Vorteilhafterweise liegt dabei der erste Windungsabstand im Bereich von 0-4 mm, bevorzugt von 0-1 mm. Vorteilhafterweise liegt dabei der zweite Windungsabstand im Bereich von 1-10 mm, bevorzugt von 2-4 mm. Falls die Spule über einen dritten Windungsdurchmesser und einen dritten Windungsabstand verfügt, so beträgt der dritte Windungsdurchmesser bevorzugt 4-20 mm, besonders bevorzugt 8-16 mm. In diesem Fall beträgt der dritte Windungsabstand bevorzugt 0-8 mm, bevorzugt 1-6 mm. So wird erreicht, dass Resonanzen erst jenseits der Betriebsfrequenz auftreten und somit im
Bereich der Betriebsfrequenz eine sehr hohe
Leistungstragfähigkeit erreicht wird. Besonders bevorzugt ist die Spule dabei konisch. D.h. ein Windungsdurchmesser der Windungen der Spule verringert sich kontinuierlich von der ersten Windung bis zur letzten Windung. Weiterhin erhöht sich dabei von der ersten Windung bis zur letzten Windung kontinuierlich der
Windungsabstand. So wird eine weitere Erhöhung der
Leistungstragfähigkeit erreicht. Um eine besonders gute Kühlung der Spule zu erreichen, ist der Innenraum der Spule dabei vorzugsweise mit Luft gefüllt. Alternativ ist der Innenraum der Spule für eine erhöhte Stabilität mit einem Spulenkörper gefüllt. Hierdurch wird zusätzlich eine Vereinfachung der Herstellung erreicht. Vorzugsweise ist der Spulenkörper dabei aus einem soliden Kunststoff, vorzugsweise Teflon gefertigt. Alternativ ist er aus einem geschäumten Kunststoff, vorzugsweise Rohacell gefertigt. Die relative Dielektrizitätskonstante des
Spulenkörpers beträgt dabei <1,2. So wird ein geringer Einfluss des Spulenkörpers auf die elektrischen
Eigenschaften der Spule erreicht.
Um eine einfache Herstellbarkeit und Stabilität der Spule zu erreichen, sind die Windungen der Spule in einer
Führungsrille des Spulenkörpers geführt. Die Führungsrille gibt dabei den Windungsdurchmesser und den Windungsabstand vor. D.h. auf den bereits vorgefertigten Spulenkörper wird die Spule in der Führungsrille aufgewickelt. Um eine weiter verbesserte Kühlung zu erreichen, kann der Spulenkörper alternativ oder zusätzlich Aussparungen entlang seiner Längsachse aufweisen. In diesem Fall werden die Windungen der Spule lediglich durch einzelne
Auflagepunkte, welche um den Radius des Spulenkörpers verteilt sind, gehalten.
Vorzugsweise weist die Spule eine Leistungstragfähigkeit von mindestens 500W, bevorzugt von mindestens 1kW und besonders bevorzugt von mindestens 10kW im Frequenzbereich von 600MHz bzw. einer Frequenz von 600 MHz auf.
Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung weist zumindest eine erste PIN-Diode, einen ersten Signalanschluss, einen zweiten Signalanschluss, einen ersten Steueranschluss und eine erste oben beschriebene Spule auf. Ein erstes
Steuersignal ist mittels der ersten Spule der ersten Diode zuführbar. Mittels des Steuersignals kann die PIN-Diode in einen leitenden oder einen nicht-leitenden Zustand
versetzt werden. So wird erreicht, dass ein Signal sehr hoher Leistung zwischen dem ersten und zweiten
Signalanschluss an- und abgeschaltet werden kann. Bevorzugt sind dabei der erste Signalanschluss und der zweite Signalanschluss bei leitender PIN-Diode leitend miteinander verbunden und bei nicht-leitender PIN-Diode nicht leitend miteinander verbunden. Vorzugsweise weist die Schalteinrichtung eine zweite PIN- Diode, einen dritten Signalanschluss, einen zweiten
Steueranschluss und eine zweite Spule auf. Das zweite Steuersignal ist dabei mittels der zweiten Spule der zweiten PIN-Diode zuführbar. Mittels des zweiten
Steuersignals kann die zweite PIN-Diode in einen leitenden und in einen nicht-leitenden Zustand versetzt werden. So ist es möglich, ein Signal sehr hoher Leistung zwischen den beiden Signalanschlüssen umzuschalten. Die Spule weist dabei bevorzugt 10-100 Windungen,
besonders bevorzugt 20-40 Windungen auf. So kann eine gewünschte Induktivität bei überschaubarem
Herstellungsaufwand erreicht werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Schalteinrichtungen;
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild mehrerer Windungen einer
Spule ;
Fig. 3 ein S-Parameter-Diagramm einer exemplarischen zylindrischen Spule;
Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Spule in einer Seitenansicht und in einer isometrischen Ansicht;
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Spule in einer Seitenansicht und in einer isometrischen Ansicht;
Fig. 6 ein S-Parameter-Diagramm einer erfindungsgemäßen
Spule in Abhängigkeit der Frequenz, und
Fig. 7 ein S-Parameter-Diagramm einer erfindungsgemäßen
Schalteinrichtung in Abhängigkeit der Frequenz.
Zunächst wird anhand von Fig. 1 der generelle Aufbau und die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Schalteinrichtung erläutert.
Anschließend wird anhand von Fig. 1 bis Fig. 3 näher auf die der Erfindung zu Grunde liegende Problematik
eingegangen. Anschließend wird mittels Fig. 4 - 5 der Aufbau und die Funktionsweise verschiedener
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Spule
verdeutlicht. Abschließend wird anhand von Fig. 6 und Fig. 7 auf die vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen Spule und der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung
(nachfolgend auch Schalter) verwiesen. Identische Elemente wurden in ähnlichen Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines breitbandigen PIN-Dioden-Schalters 1. Der Schalter 1 verfügt über einen ersten Signalanschluss 11, einen zweiten Signalanschluss 21, an welchem hier eine Antenne 22 angeschlossen ist und einen dritten Signalanschluss 15. Darüber hinaus verfügt der Schalter 1 über einen ersten Steueranschluss 10 und einen zweiten Steueranschluss 14. Verbunden mit dem ersten Signalanschluss 11 ist ein Entkoppelkondensator 12. Mit dem abgewandten Ende des Entkoppelkondensators 12
verbunden ist eine Spule 2, welche wiederum mit dem ersten Steueranschluss 10 verbunden ist. Weiterhin ist mit dem abgewandten Ende des Entkoppelkondensators 12 eine erste PIN-Diode 13 verbunden.
Mit dem in Flussrichtung abgewandten Ende der ersten PIN- Diode 13 ist der zweite Signalanschluss 21 und darüber die Antenne 22 verbunden. Mit dem zweiten Signalanschluss 21 ist weiterhin eine zweite PIN-Diode 17 in
entgegengesetzter Polung verbunden. Mit dem abgewandten Ende der zweiten PIN-Diode 17 ist ein weiterer
Entkoppelkondensator 16 vorhanden. Dessen abgewandter Anschluss wiederum ist mit dem dritten Signalanschluss 15 verbunden. Zwischen der zweiten PIN-Diode 17 und dem zweiten Entkoppelkondensator 16 ist eine weitere Spule 3 angeschlossen. An deren abgewandten Ende ist der zweite Steueranschluss 14 befindlich. An dem zweiten
Signalanschluss 21 ist weiterhin eine Spule 18 und in Serie hierzu ein ohmscher Widerstand 19 angeschlossen, welche mit einem Masseanschluss 20 verbunden sind.
Beispielsweise ist an dem ersten Signalanschluss 11 ein Sender angeschlossen. Soll der Schalter 1 ein von dem
Sender abgestrahltes Signal auf die Antenne 22 schalten, so muss über den ersten Steuereingang 10 ein Steuersignal eingespeist werden, welches die PIN-Diode 13 leitend schaltet. An dem dritten Signalanschluss 15 ist
beispielsweise ein Empfänger angeschlossen. Soll ein durch die Antenne 22 empfangenes Signal zu dem Empfänger am dritten Signalanschluss 15 übertragen werden, so wird an dem zweiten Steuereingang 14 über die Spule 3 ein
Steuersignal eingespeist, welches die PIN-Diode 17 leitend werden lässt. Vorzugsweise wird entweder an dem ersten
Steuereingang 10 oder an dem zweiten Steuereingang 14 ein Steuersignal angeschlossen, damit jeweils nur eine der beiden PIN-Dioden 13, 17 gleichzeitig leitend ist. Insbesondere im oben dargestellten Sende-Fall tritt eine sehr hohe Leistung innerhalb des Schalters 1 auf. D.h. insbesondere die Spule 2 und 18 benötigen eine besonders hohe Leistungstragfähigkeit. In Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild mehrerer Windungen 31- 35 einer Spule 29 dargestellt. Die Windungen 31-35 sind dabei als schwarz ausgefüllte Kreise gezeichnet. Diese sind im Querschnitt gezeichnet. Sämtliche übrige in Fig. 2 gezeigten Komponenten sind lediglich im Ersatzschaltbild, jedoch nicht in der Realität vorhanden. Jede einzelne der Windungen 31-35 verfügt dabei über eine Kapazität 41-45 zur Umgebung. Zusätzlich verfügt jede der Windungen 31-35 über Kapazitäten 46-49 zu benachbarten Windungen. Darüber hinaus verfügt jede der Windungen 31-35 über Kapazitäten zu nicht benachbarten Windungen. Der Übersichtlichkeit halber ist hier lediglich eine Kapazität 50 zwischen den Windungen 32 und 34 dargestellt. Selbstverständlich bestehen jedoch im tatsächlichen Ersatzschaltbild
Kapazitäten zwischen sämtlichen Windungen.
Der Übersichtlichkeit halber ist hier zusätzlich die von der Spule erzeugte Induktivität zwischen den einzelnen Windungen nicht dargestellt. Es ergibt sich somit im
Ersatzschaltbild eine komplexe Verschaltung von
Kapazitäten und Induktivitäten, welche als Filter wirkt. Es entsteht somit ein Frequenzgang, welcher Resonanzen zeigt. Derartige Resonanzen verursachen Verluste, welche zu einer thermischen Leistung und damit zu einer Erwärmung der Spule bis zu ihrer Zerstörung führen.
In Fig. 3 sind die S-Parameter Sil 61 und S21 60 einer herkömmlichen zylindrischen Spule konstanten
Windungsabstands und konstanten Windungsdurchmessers dargestellt. Es lässt sich sehr deutlich erkennen, dass insbesondere gegen höhere Frequenzen zahlreiche Resonanzen auftreten . In Fig. 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Spule 78 dargestellt. In Fig. 4 sind jedoch lediglich der Spulenkörper 70 und nicht die
Windungen selbst gezeigt. Der Spulenkörper 70 weist dabei einen ersten zylindrischen Teil 73 und einen zweiten zylindrischen Teil 74 auf. Dazwischen befindet sich ein konischer Teil 76 des Spulenkörpers 70. Der konische Teil 76 des Spulenkörpers 70 weist dabei eine Führungsrille 72 auf, welche spiralförmig entlang des gesamten konischen Teils 76 des Spulenkörpers 70 verläuft. Die Führungsrille 72 gibt dabei den Verlauf der Windungen entlang des
Spulenkörpers 70 vor. Anhand der Abstände der
Führungsrille 72 können die Windungsabstände erkannt werden. Anhand des Durchmessers des Spulenkörpers entlang der Führungsrille 72 können die Windungsdurchmesser erkannt werden.
Der hier dargestellte Spulenkörper 70 weist darüber hinaus im konischen Teil 76 Aussparungen 75a, 75b auf. Diese Aussparungen 75a, 75b erlauben eine Hinterlüftung der Windungen und reduzieren gleichzeitig die Menge
dielektrischen Materials innerhalb der Windungen. Die verbleibenden Stege 71a, 71b, 71c des konischen Teils 76 des Spulenkörpers 70 werden von den Aussparungen 75a, 75b getrennt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich vier derartige Stege, welche jeweils 90° gegenüber dem Spulenkörper 70 zueinander versetzt sind. In Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Spule 78 dargestellt. In Fig. 5 sind nun die Windungen 83 gezeigt. Diese sind entlang des gesamten konischen Teils 76 des Spulenkörpers 70 aufgebracht.
Erkennbar ist hier, dass die Windungen 83 in der
Führungsrille 72 aus Fig. 4 verlaufen. Die Windungen 83 sind weiterhin mit Anschlüssen 81, 82 im Bereich des
Aufeinandertreffens des konischen Teils 76 der Spule 78 auf die zylindrischen Teile 73 und 74 verbunden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die erste Windung 85 ganz links einen Durchmesser dl von 14,38 mm auf. Die letzte Windung 86 ganz rechts weist einen Durchmesser d5 von 5 mm auf. Der Spulenkörper 70 weist eine Gesamtlänge von 80 mm auf. Es wird eine Drahtstärke von bevorzugt 0,75 mm eingesetzt. Der Draht ist dabei bevorzugt lackiert. In dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel beträgt der Windungsabstand al der ersten fünf Windungen 0. Danach steigt er konstant von 0,4 mm bis 2,25 mm an. Der Windungsabstand bezeichnet dabei den Abstand zwischen den direkt benachbarten Seiten der Windungen 83. Im Gegensatz hierzu steht die Steigung, welche jeweils die Mittelpunkte der Windungen
berücksichtigt.
Bei einer Windung 87 beträgt der Windungsabstand a4 und der Windungsdurchmesser d4. Der Windungsabstand a4 ist geringer als a5 und größer als al . Der Windungsdurchmesser d4 ist geringer als dl und größer als d5.
Fig. 6 zeigt die S-Parameter S21 90, S12 91, Sil 92 und S22 93 des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spule aus Fig. 5. Deutlich erkennbar ist hier, dass
Resonanzstellen erst bei sehr hohen Frequenzen auftreten.
In Fig. 7 sind S-Parameter Sil 101, S22, 100, S21 102 und S12, 103 des Sendepfads des erfindungsgemäßen Schalters aus Fig. 1 zwischen den Anschlüssen 11 und 21 dargestellt. Auch hier ist erkennbar, dass Resonanzen erst bei sehr hohen Frequenzen auftreten und damit eine sehr hohe
Leistungstragfähigkeit vorliegt. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. So können die
beschriebenen Spulen auch für beliebige andere
Anwendungen, bei welchen es auf eine hohe
Leistungstragfähigkeit und eine hohe Bandbreite ankommt, eingesetzt werden. Auch können Schalter mit mehreren unterschiedlichen Pfaden unter Nutzung der
erfindungsgemäßen Spulen hergestellt werden. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.

Claims

Ansprüche
1. Spule mit mehreren Windungen (83),
wobei eine erste Windung (85) der Spule (78) einen ersten Windungsdurchmesser (dl) und einen ersten Windungsabstand (al) aufweist,
wobei eine letzte Windung (86) der Spule (78) einen zweiten Windungsdurchmesser (d5) und einen zweiten
Windungsabstand (a5) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Windungsdurchmesser (dl) größer ist als der zweite Windungsdurchmesser (d5) , und
dass der erste Windungsabstand (al) kleiner ist als der zweite Windungsabstand (a5) .
2. Spule nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Windung (87) der Spule (78) zwischen der ersten Windung (85) und der letzten Windung (86) einen dritten Windungsabstand (a4) und einen dritten
Windungsdurchmesser (d4) aufweisen, und/oder
dass der dritte Windungsdurchmesser (d4) kleiner ist als der erste Windungsdurchmesser (dl) und größer ist als der zweite Windungsdurchmesser (d5) , und/oder
dass der dritte Windungsabstand (a4) größer ist als der erste Windungsabstand (al) und kleiner ist als der zweite Windungsabstand (a5) .
3. Spule nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Windungsdurchmesser (dl) 5mm - 30mm, bevorzugt 12mm - 16mm beträgt, und/oder dass der zweite Windungsdurchmesser (d5) 3mm - 10mm, bevorzugt 4mm - 7mm beträgt, und/oder
dass der erste Windungsabstand (al) 0mm - 4mm, bevorzugt 0mm - 1mm, beträgt, und/oder
dass der zweite Windungsabstand (a5) 1mm - 10mm, bevorzugt 2mm - 4mm, beträgt, und/oder
dass falls die Spule (78) über einen dritten
Windungsdurchmesser (d4) und einen dritten Windungsabstand (a4) verfügt, der dritte Windungsdurchmesser (d4) 4mm - 20mm, bevorzugt 8mm - 16mm beträgt und der dritte
Windungsabstand (a4) 0,5mm - 8mm, bevorzugt 1mm - 6mm beträgt .
4. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich ein Windungsdurchmesser der Windungen (83) der Spule (78) von der ersten Windung (85) bis zu der letzten Windung (86) kontinuierlich oder über eine oder mehrere Stufen verringert, und
dass sich ein Windungsabstand der Windungen der Spule (78) von der ersten Windung (85) bis zu der letzten Windung (86) kontinuierlich oder über eine oder mehrere Stufen vergrößert .
5. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Innenraum der Spule (78) mit Luft gefüllt ist.
6. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Innenraum der Spule (78) mit einem Spulenkörper (70) gefüllt ist.
7. Spule nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Spulenkörper (70) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Teflon oder aus geschäumten Kunststoff, vorzugsweise Rohacell besteht, und
dass der Spulenkörper (70) eine relative
Dielektrizitätskonstante von sr < 1,2 aufweist.
8. Spule nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Windungen der Spule (78) in einer Führungsrille (72) des Spulenkörpers (70) geführt sind.
9. Spule nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Spulenkörper (70) zumindest eine entlang seiner Längsachse laufende Aussparung (75a, 75b) aufweist, und dass die Windungen (83) im Bereich der Aussparung (75a, 75b) nicht von dem Spulenkörper (70) getragen werden.
10. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spule (78) eine Leistungstragfähigkeit von mindestens 500W, bevorzugt von mindestens 1kW, besonders bevorzugt von mindestens 10kW bei einer Frequenz von 600MHz aufweist.
11. Schalteinrichtung mit einer ersten PIN-Diode (13), einem ersten Signalanschluss (11), einem zweiten
Signalanschluss (21), einem ersten Steueranschluss (10) und einer ersten Spule (2),
wobei die erste Spule (2) eine Spule (2) nach einem der Ansprüche 1 - 10 ist, wobei ein erstes Steuersignal mittels der ersten Spule (2) der ersten PIN-Diode (13) zuführbar ist, und
wobei mittels des ersten Steuersignals die erste PIN-Diode (13) in einen leitenden Zustand und einen nicht leitenden Zustand versetzbar ist.
12. Schalteinrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Signalanschluss (11) bei leitender erster PIN-Diode (13) leitend mit dem zweiten Signalanschluss (21) verbunden ist, und/oder
dass der erste Signalanschluss (11) bei nicht leitender erster PIN-Diode (13) nicht leitend mit dem zweiten
Signalanschluss (21) verbunden ist.
13. Schalteinrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schalteinrichtung (1) eine zweiten PIN-Diode (17), einen dritten Signalanschluss (15), einen zweiten Steueranschluss (14) und eine zweiten Spule (3) aufweist, dass ein zweites Steuersignal mittels der zweiten Spule (3) der zweiten PIN-Diode (17) zuführbar ist, und
dass mittels des zweiten Steuersignals die zweite PIN- Diode (17) in einen leitenden Zustand und einen nicht leitenden Zustand versetzbar ist.
14. Schalteinrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Spule (3) eine Spule nach einem der
Ansprüche 1 - 10 ist.
15. Schalteinrichtung nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Signalanschluss (11) bei leitender erster PIN-Diode (13) leitend mit dem zweiten Signalanschluss (21) verbunden ist, und/oder
dass der erste Signalanschluss (11) bei nicht leitender erster PIN-Diode (13) nicht leitend mit dem zweiten
Signalanschluss (21) verbunden ist, und/oder
dass der dritte Signalanschluss (15) bei leitender zweiter PIN-Diode (17) leitend mit dem zweiten Signalanschluss (21) verbunden ist, und/oder
dass der dritte Signalanschluss (15) bei nicht leitender zweiter PIN-Diode (17) nicht leitend mit dem zweiten
Signalanschluss (21) verbunden ist.
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