AMIDON-DEUTSCHLAND

 Bei Frequenzen bis zu einigen 100 MHz verwendet man meistens eine Anordnung aus einer Spule mit Mittelanzapfung, die auf Massepotential liegt. Diese Anordnung wirkt als Spartransformator. Aus den Gesetzmäßigkeiten eines Transformators folgt, dass an der symmetrischen Seite eine viermal so große Impedanz angeschlossen werden muss wie an der unsymmetrischen Seite. Durch getrennte Primär- und Sekundärwicklungen kann man außer Potentialtrennung auch andere Transformationsverhältnisse erzielen.

Bei geringen Ansprüchen an die Qualität genügt es mitunter, Mantelwellen von Hochfrequenzsignalen durch einige Windungen des Koaxialkabels oder durch aufgeschobene Ferrit-Ringkerne zu verhindern (Mantelwellensperre). Dann wirken Innen- und Außenleiter des Kabels wie Wicklungen eines Transformators mit Übertragungsverhältnis 1:1 (stromkompensierte Drossel). In diesem Fall gibt es keine Impedanztransformation.

Bei sehr hohen Frequenzen sind die Verluste von Verzögerungsleitungen geringer als die von Induktivitäten, deshalb verwendet man hier Schaltungen mit Verzögerungsleitung, die meistens als Koaxialkabel ausgeführt ist. Diese Schaltungen funktionieren jedoch nur in einem kleinen Frequenzbereich, weil die Länge der Leitung exakt ein bestimmtes Vielfaches der Wellenlänge λ betragen muss.

Im einfachsten Fall lässt sich eine Mantelwellensperre durch einen λ/4-Topfkreis erzielen. Ebenso wie bei der Schaltung mit stromkompensierter Drossel wird die Impedanz dadurch nicht verändert.

Ein Balun mit λ/2-Umwegleitung funktioniert so: Die Phasenlage einer Wechselspannung am Anschluss A (im Bild rechts oben) wird entlang der (kupferfarbenen) Leitung um 180° verschoben, die Beträge von Strom und Spannung ändern sich dadurch nicht. Die Spannung zwischen linkem Ende B und rechtem Ende A dieser Umwegleitung ist wegen der Gegenphasigkeit doppelt so hoch wie zwischen einem Ende und der Abschirmung.

Am linken Anschluss B des Balun wird dieses phasengedrehte Signal mit der dortigen Wechselspannung parallel geschaltet. Deshalb addieren sich die Ströme der beiden Antennenhälften. Berechnet man den scheinbaren Widerstand zwischen A und B, so ergibt sich der vierfache Wert des Koax-Anschlusses.

Digitalsignale werden in Computern immer unsymmetrisch erzeugt bzw. verarbeitet. Die Übertragung der Signale zu anderen Computern erfolgt aber fast immer symmetrisch per Ethernet oder USB, weil so besonders geringe Störungen auftreten. Die erhebliche Bandbreite der Signale von Null bis zu einigen 100 MHz verbietet den Einsatz von Transformatoren, deshalb wird die Umwandlung durch schnelle elektronische Schaltungen vorgenommen. Empfängerseitig ähnelt die Schaltung einem Differenzverstärker. Obwohl die Schaltungen wie Balune wirken, werden sie üblicherweise nicht so bezeichnet.

In der Hochfrequenztechnik setzt man zur Energieübertragung meistens unsymmetrische Koaxialkabel (Wellenwiderstand 50, 60 oder 75 Ω) ein, weil diese weder Energie abstrahlen noch aufnehmen und deshalb keine Störungen verursachen. Antennen sind jedoch oft symmetrische Dipole, deren Eigenschaften durch unsymmetrischen Anschluss verschlechtert werden (Fehlanpassung). Ein Balun ist daher oft Bestandteil von Antennenanlagen bei Kurzwelle, UKW und UHF. Bei offenen λ/2 Dipolantennen ist die Impedanz nahe 75 Ω; beim Anschluss an Koaxialkabel mit 75 Ω Wellenwiderstand ist keine Impedanztransformation nötig und es können Balune verwendet werden, die nach dem Prinzip der Mantelwellensperre arbeiten. Hingegen ist bei Faltdipolen, wie sie beispielsweise in Yagi-Antennen verwendet werden, die Impedanz ca. 300 Ω; für koaxiale Antennenkabel mit 75 Ω Wellenwiderstand ist eine 4:1 Impedanztransformation notwendig (Balun mit Spartrafo oder λ/2-Umwegleitung).

Balune werden auch zwischen Zweidrahtleitungen (Flachbandkabel) und Koaxialkabeln verwendet. Hier ist meist eine Impedanztransformation nötig. Der Wellenwiderstand der Zweidrahtleitung (meistens 240 Ω) ist etwa das Vierfache des Wellenwiderstands typischer Koaxialkabel (50…75 Ω), daher können auch hier Balun-Schaltungen mit 4:1 Impedanztransformation eingesetzt werden.

Verfügbare Balune:

1:1;1:1,5;2:1;3:1;4:1;6:1;9:1;12:1;16:1.

Elektronische Geräte, die hochfrequente Störungen verursachen, wie z. B. Computer, können hochfrequente Energie über angeschlossene Kabel unerwünschterweise abstrahlen. Dabei wird die Störung als Mantelwelle, also als Gleichtaktstörung aus dem Gerät geführt und vom Kabel abgestrahlt – das gesamte Kabel bzw. dessen Abschirmung wirkt dabei als Antenne.

Um diese Störungen zu dämpfen, werden die Kabel im gesamten Querschnitt (ggf. auch mehrfach) durch einen Ferritkern geführt. Für die Gleichtaktstörung wirkt diese Anordnung durch ihre Induktivität wie eine Drossel mit einer bzw. ggf. mehreren Windungen. Das Nutzsignal jedoch, welches als Gegentaktsignal übertragen wird, sieht keine Induktivität, da sich die Magnetfelder der auf verschiedenen Adern innerhalb des Kabels hin- und rückfließenden Ströme kompensieren. Die Wirkungsweise entspricht derjenigen von stromkompensierten Drosseln, die oft ebenfalls aus Ringkernen aufgebaut sind.

Mantelwellenfilter werden z. B. bei folgenden Kabeln benutzt:

• USB-Kabel (besonders bei USB 2.0)
• IEEE-1394-Kabel (aka FireWire)
• VGA-Kabel
• Zuleitung und Ausgangsleitungen von Schaltnetzteilen
• Flachbandkabel in Geräten (Flachbandkabelferrite)
• Besonders gut für Mantelwellensperren z.B. RG 142, RG 58, RG 213 und Aircell und viele anderen Kabeln.

Zum nachträglichen Anbringen von Entstörkernen um Leitungen gibt es geteilte, rastbare Ring- und Flachbandkabelferrite welche an elektrischen Leitungen angebracht werden können. Diese Mantelwellenfilter werden auch als Klappferrite bezeichnet.

Mantelwellenfilter werden meistens aus den Materialien wie Eisen-Nickel-Zink hergestellt aber es gibt sie auch aus Eisen-Mangan-Zink. Erstere sind für Störungen zwischen 10 MHz bis zu 2 GHz geeignet, zweitere sind eher für Störungen im unteren Frequenzbereich im Bereich von 500 kHz bis 20 MHz als Filter anzuwenden.

Um hochfrequente Störungen auf Leitungen zu dämpfen, die Signale niedriger Frequenz oder Gleichspannungen führen, z. B. Stromversorgungsleitungen oder Leitungen von EIA-232-Signalen (Serielle Schnittstelle), werden die Signaladern – im Gegensatz zu den Mantelwellenfiltern – einzeln durch Ferritperlen geführt. Andere Bezeichnungen sind Dämpfungsperle (engl. ferrite bead). Es gibt hierfür auch Kerne mit mehreren Löchern, durch die bereits Drähte geführt sind.

Deren vom Zweck her identischer, aber im Aufbau abweichendes Pendant in SMD-Bauform trägt die Bezeichnung SMD-Ferrit.

Ferritkerne, durch welche Leiter geführt werden, wirken wie eine Drossel mit geringer Induktivität. Bei sehr hohen Frequenzen wirkt das Bauteil wie eine Induktivität mit starken Verlusten und großem Blindwiderstand. Die Verluste verhindern Resonanzen mit Parasitär- und Leitungskapazitäten. Aus diesem Grund eignen sich Induktivitäten mit hoher Güte meist nicht gut als Störfilter.

Hinzu kommt die im Vergleich zur Luft hohe Permeabilität des Ferritmaterials und damit geringere Windungszahl bei vergleichbarer Induktivität. Wenige oder eine Windung bedeutet eine geringere Parasitärkapazität und entsprechend geringere Koppelkapazität.

Ferritperlen dämpfen hochfrequente Störimpulse auf Signal- und Versorgungsleitungen von Geräten beziehungsweise reduzieren deren Austreten aus dem Gerät bzw. die Ausbreitung auf den angeschlossenen Leitungen. Steile Flanken und Überschwinger des Signals werden abgeflacht und verringern die durch sie entstehenden Störungen. Auch die Drahtbeine elektronischer Bauelemente werden erforderlichenfalls damit versehen, um Störungen am Ort ihres Entstehens zu vermindern. Ein Beispiel ist die Verringerung der Auswirkungen der Sperrerholzeit von Dioden.

Diese Art der Filterung erfolgt am oder im Gerät in unmittelbarer Nähe der Steckverbinder. Hierfür gibt es Steckverbinder mit einem eingebauten großen Stück Ferrit, welches mit Löchern für jeden Stift versehen ist.

Ferritkerne in Spulen

In Hochfrequenz-Spulen, zum Beispiel in Bandfiltern, werden Ferritkerne zum Abgleichen bzw. Einstellen der Induktivität benutzt. Sie sind hierzu mit Gewinden versehen, um sie mit einem Werkzeug im Inneren der Spule verschieben zu können.

 Zurück zu High FLUX Kerne