Luftkernspulen

Luftkernspulen sind Spulen, deren magnetisches Feld weitgehend im umgebenden Luftraum statt in einem ferromagnetischen Kern konzentriert ist. Sie bestehen typischerweise aus Kupferdraht, der auf einen nichtmagnetischen Träger wie Kunststoff, Glas oder Keramik aufgewickelt wird. Häufig vorkommende Bauformen sind zylindrische Solenoide, selten toroidale oder planare Luftkernspulen.

Die Induktivität L hängt von Geometrie und Wicklungszahl N ab. Für einen langen Solenoid gilt grob L ≈ μ0 N² A / l, wobei μ0 die magnetische Feldkonstante, A die Querschnittsfläche und l die Länge der Spule ist. In der Praxis wirken parasitäre Kapazitäten, Wicklungsdichte und Abstände mit, sodass exakte Werte durch Messung oder spezifizierte Modelle ermittelt werden. Die Induktivität lässt sich auch durch spezielle Formeln für toroidale oder planare Luftkerne näherungsweise bestimmen.

Vorteile von Luftkernspulen ergeben sich aus dem Verzicht auf magnetische Kernmaterialien: kein Sättigungsverhalten, geringe kernbedingte Verluste und eine gute Linearität über einen breiten Frequenzbereich. Dadurch eignen sie sich besonders für Hochfrequenzanwendungen. Weil kein magnetischer Kern vorhanden ist, bleiben Abhängigkeiten von magnetischen Eigenschaften aus; außerdem sind Temperaturdrift und Hysterese vernachlässigbar.

Nachteile sind der oft größere Platzbedarf im Vergleich zu gleichen Induktivitäten mit Kern, geringere Induktivitäten pro Volumen und potenziell höhere ohmsche Verluste durch Haut- und Proximity-Effekte bei hohen Frequenzen. Parasitairkapazitäten begrenzen zudem die nutzbare Frequenz bei größeren Wicklungen.

Typische Anwendungen liegen in Hochfrequenzschaltungen wie Empfänger- und Senderstufen, Resonanzkreisen, Filtern und Impedanzanpassungen in VHF/UHF-Bereichen. Die Wahl hängt von gewünschter Induktivität, Frequenz, Platz und Q-Faktor ab.