JP2004153244A - フェライト磁心、ｃａｔｖ用機器、ならびに双方向ｃａｔｖシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＡＴＶの各チャンネルで規定される搬送波の差成分によるノイズの発生を抑制し得るフェライト磁心を提供する。
【解決手段】 飽和磁歪｜λ_Ｓ｜≦８×１０^−６、初透磁率μｉ≧３００であるフェライトで構成し、ＣＡＴＶ用機器の分岐トランス、分配トランス用の磁心であることを特徴とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は双方向ＣＡＴＶ（Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ Ａｎｔｅｎｎａ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ あるいは Ｃａｂｌｅｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）システムにおいて、特に流合雑音の低減に効果的な双方向ＣＡＴＶシステム、前記双方向ＣＡＴＶシステムに用いられるＣＡＴＶ用機器、前記ＣＡＴＶ用機器に用いられる分岐トランス、分配トランス及び前記分岐トランス、分配トランスに用いられるフェライト磁心に関する。

同軸ケーブルのツリー状分配網（例えば図１）やスター状分配網を利用して多チャンネルのテレビ放送を提供するＣＡＴＶシステムが良く知られている。近年、このＣＡＴＶシステムをインターネットなどの高速で大容量の情報を伝送するサービスにも利用することが行われている。またデジタル放送に伴う加入者端末からのセンター局へのデータ通信も行われるようになってきた。
このようなＣＡＴＶシステムでは、センター局（ヘッドエンド）からＣＡＴＶシステム加入者端末の間に、幹線同軸ケーブルや光ファイバーケーブルなどの伝送路が敷設され、この伝送路には双方向のＣＡＴＶ信号を増幅する双方向増幅器、各端末にＣＡＴＶ信号を分配する分配器や分岐器などのＣＡＴＶ用機器が設置されている。
図２は、ＣＡＴＶシステムにおけるＣＡＴＶ用機器の利用の一例を示すのブロック図である。
図２において、１５（１５ａ〜１５ｄ）は双方向増幅器であり、その内１５ａ〜１５ｃは幹線に設けられたものである。保安器１８の下り側の支線は各加入者宅に引き込まれ、双方向増幅器１５ｄ、チョークコイルなどの雑音除去装置１９、分波器２０を介してコンピュータ１６やテレビ受像機１４と接続される。一方保安器１８の上り側は、分配器１３、分岐器１２、前記双方向増幅器１５ａ〜１５ｃを介して、ヘッドエンド１０に接続される。なお、ここではコンピュータ１６に接続するＲＦモデムやテレビ受像機１４に接続するホームターミナルなどは図示していない。

図３はＣＡＴＶシステムに用いられる双方向増幅器の一例を示すブロック図である。双方向増幅器は上り信号増幅器、下り信号増幅器、フィルタ、分岐器や分配器で構成される。図３において、入力端子１６０ａに入力するＣＡＴＶ信号がハイパスフィルタ１７０ａ、アッテネータ１８５ａを介して下り信号増幅器１８０ａに入力され、所定のレベルまで増幅されたＣＡＴＶ信号がハイパスフィルタ１７０ｂ、分岐器１９０を介して出力端子１６０ｂに出力される。また、ＣＡＴＶシステム加入者端末からの上り信号が分岐端子１６０ｃに入力し、分岐器１９０、ローパスフィルタ１７５ｂ、アッテネータ１８５ｂを介して、上り信号増幅器１８０ｂに入力され、所定のレベルまで増幅された上り信号がローパスフィルタ１７５ａを介して前記入力端子１６０ａから出力される。なお分岐端子１６０ｃは出力レベルを測定するためのモニター端子として利用される場合がある。双方向増幅器において、前記分岐器を分配器とする場合もある。

図４はＣＡＴＶシステムに用いられる分岐器の一例を示す構成図である。下り信号は入力端子１２０ａに入力し、分岐トランス１１０を介して出力端子１２０ｂ、分岐端子１２０ｃに出力される。出力端子１２０ｂに入力する上り信号は分岐端子１２０ｃには出力されずに入力端子１２０ａに出力される。また、分岐端子１２０ｃに入力する上り信号は出力端子１２０ｂには出力されずに入力端子１２０ａに出力されるように構成されている。
分岐トランス１１０は第１のトランス１１０ａと第２のトランス１１０ｂを有し、図６に一例として示すフェライト多孔形磁心に巻線を施して形成される。ここで示したフェライト多孔形磁心は２つの孔が形成されたものであり、メガネコアとも呼ばれる。一方の孔５５ａには第１のトランス１１０ａの巻線Ｌ１を通し、前記巻線Ｌ１の一端は入力端子１２０ａに接続され、他端は出力端子１２０ｂと接続される。他方の孔５５ｂには第２のトランス１１０ｂの巻線Ｌ２を通し、前記巻線Ｌ２の一端は端子１６０ｃに接続され、他端は抵抗１０５と接続される。巻線Ｌ２は前記孔５５ａに巻回され、巻線Ｌ３は前記孔５５ｂに巻回される。前記巻線Ｌ２と前記巻線Ｌ３の一端同士を接続して中間タップとしアースされる。巻線Ｌ２の他端は巻線Ｌ２の抵抗５５側と接続するとともに、前記抵抗５５を介してアースされる。また、巻線Ｌ３の他端は巻線Ｌ１の出力端子１２０ｂ側に接続される。

図５はＣＡＴＶシステムに用いられる分配器の一例を示す構成図である。この分配器はヘッドエンド側に接続される入力端子２２０ａと端末側に接続される出力端子２２０ｂ、２２０ｃを有し、分配トランス２１０により信号を２分配するものである。
分配トランス２１０は図７に一例として示すトロイダル磁心に巻線Ｌ１、Ｌ２を巻装したものであり、巻線Ｌ１の一端は入力端子２２０ａと接続し他端はアースされる。巻線Ｌ２の両端は、それぞれ出力端子２２０ｂ、２２０ｃと接続し、抵抗２０５が並列に接続される。また巻線Ｌ１、Ｌ２の中点が相互に接続される。また上り信号に対して、入力端子２２０ａは出力端子として、出力端子２２０ｂ、２２０ｃは入力端子として機能を果たす。
なお上記分岐トランス、分配トランスの各巻線の巻数比はトランスに要求される結合量により適宜決定される。

分岐トランス、分配トランスを双方向増幅器に用いる場合には、増幅器に電力供給するために高周波信号に重畳された電源電力が、前記トランスへ加わるのを防ぐように、各端子に適宜直流阻止用コンデンサを配置することがある。

ところで、このようなＣＡＴＶネットワークにおいてインターネットなどのデータ通信は、テレビ放送で使用されない周波数帯を用いて行われる。日本では、センター局からの下り信号（ＶＨＳ、ＵＨＦ、ＢＸ、ＣＳ等のＴＶ信号）を７０ＭＨｚから１．３ＧＨｚ帯の伝送帯域としている。現在ではＣＳデジタル化に伴い２．６１ＧＨｚ帯まで使用している場合もある。そして加入者端末からセンター局への上り信号（インターネットなどのデータ信号）は１０ＭＨｚから５５ＭＨｚ帯の伝送帯域とすることで双方向ＣＡＴＶネットワークとしている。
米国や欧州では前記周波数帯域は若干異なるが、５ＭＨｚ〜７０ＭＨｚをデータ信号の上り信号としている。

前記上り信号はすべてセンター局（ヘッドエンド）に集められるが、各加入者宅や各幹線、支線の伝送機器から混入したノイズ成分も集められ、大きなノイズ成分を含むものとなる。このようなノイズは流合雑音と言われ、上り信号のＣ／Ｎ比などの品質を劣化させ、インターネット接続の不安定化などを招くことがあった。また大容量のファイルや映像などが伝送される場合には深刻な問題となり、対策が必要とされている。

流合雑音は、従来コンピュータなどの端末機器や双方向増幅器で発生する熱雑音、家庭内の電化製品のノイズ（例えばドライヤー・蛍光灯の点灯時・電子レンジ・インバーターエアコンや冷蔵庫のコンプレッサーなどの電源スイッチ切り換え時に発生するパルスノイズ）、市民無線、短波放送電波などが主な原因となっていると考えられていた。
そこで、このような流合雑音対策として従来以下の方法が実施されてきた。
ａ）ＣＡＴＶ回線、機器のシールド性を良くする。
ｂ）上りを使用しない端末の上り帯域をカットする。
ｃ）流合雑音が激しい分岐回線を切り離す。
ｄ）幹線に光ファイバーを用い、途中に光−電気変換機器を設置して同軸ケーブルで各加入者宅へ支線を引き込むシステム（ＨＦＣ−Ｈｙｂｒｉｄ Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ｃｏａｘｉａｌ）とする。（１つのツリー状伝送系統につながる端末数を減らし、相対的に雑音をある程度まで減少させようとしたもの）
また、現在各社で検討中の技術として以下の方法があるが、方法によっては既存のインフラを活用出来ないものもあり、いまだ採用されるには至っていない。
ｅ）上りの周波数帯域を雑音の少ない周波数に変える。
ｆ）雑音に強い変調方式を採用する。
ｇ）上り端末を一つに限定し、そこから、ＬＡＮケーブルや電話回線などを用いＬＡＮを構築する。

上記に示した対策はそれぞれ効果を上げている。しかしながら前記ノイズ以外にも、下り信号に含まれる各チャンネルの搬送波の差成分と思われるノイズが上り信号に発生することがあった。
前記の様に下り信号は例えば７０ＭＨｚから２．６１ＧＨｚ帯を伝送帯域としており、ＣＡＴＶの各チャンネルは１〜８ＭＨｚ間隔で分割されている。この周波数間隔と略等しいノイズ成分が上り信号の全周波数帯域にわたって発生していた。

このようなノイズ成分の発生原因についての探求が進み、現在では分岐器や分配器といったＣＡＴＶ用機器に用いられるトランスを構成するフェライト磁心が一旦磁化すると流合雑音が増加することが判明している。
ＣＡＴＶ用機器に用いられるフェライト磁心は、通常ＣＡＴＶシステムにおいて取り扱う電力で磁気飽和しないフェライト材料が適宜選択されている。しかしＣＡＴＶ用機器に雷などによってさらにサージ電流が加わると、フェライト磁心が磁気飽和する場合があった。そこで分岐器の各端子にコンデンサを接続し、さらにアースとの間にチョークコイルを接続してアースに対して直流的もしくは低周波的に接続したり（特許文献１）ＣＡＴＶ信号の下限周波数よりも低い周波数帯域をカットするハイパスフィルタを設けたりして（特許文献２）、サージ電流がトランスに流入しないようにしていた。

特開２００１−２８５８１９号 特開２００２−２０４４３９号

従来の方法では、分岐、分配トランスに突入するサージ電流をチョークコイルやフィルタなどにより除去することで、フェライト磁心の磁気飽和を防いでいる。しかしこの方法では、チョークコイルやハイパスフィルタを構成するインダクタンス素子、キャパシタンス素子等の回路素子が必要となる。それにともないＣＡＴＶ用機器が大型化し、またその組立て工数も増加してコスト上昇を招いてしまう。その結果双方向ＣＡＴＶシステム構築のためのコストの増加を招く。また、サージ電流による磁化以外にもフェライト磁心に永久磁石を近づけたり、磁化したピンセットなどで不用意に外部磁界を与えるなどして、フェライト磁心が磁化する場合もある。
このため、前記のような対策が不要でより簡便なフェライト磁心自体での対策が望まれていた。しかし、これまでフェライト磁心が磁化することにより生じる流合雑音を対策することは困難であると考えられていた。
そこで本発明では、何等かの理由によりフェライト磁心が磁気飽和し磁化する場合であっても、このフェライト磁心を用いて構成した分岐トランスあるいは分配トランスで発生するＣＡＴＶの各チャンネルで規定される搬送波の差成分によるノイズの発生を抑制し得るフェライト磁心を提供すること目的とする。またこれを用いてＣＡＴＶ用機器の小型化、低コスト化を図り、延いてはコスト増加を抑えながら流合雑音を低減する双方向ＣＡＴＶシステムを提供することも目的とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、フェライト磁心の磁歪現象が、フェライト磁心が一旦磁化した後の流合雑音の発生に著しい影響を及ぼすことを見出し、本発明に至った。
すなわち第１の発明は、飽和磁歪の絶対値｜λ_Ｓ｜≦８×１０^−６、初透磁率μｉ≧３００であるフェライトで構成され、ＣＡＴＶ用機器の分岐トランス、分配トランスの磁心として用いるフェライト磁心である。飽和磁歪｜λ_Ｓ｜が８×１０^−６よりも大きいと、ＣＡＴＶの各チャンネルで規定される搬送波の差成分による歪みの発生を抑制する効果が少なくなる。また、初透磁率μｉが３００より小さいと分配トランス、分岐トランスとしたとき、下り側の入出力端子間、あるいは出力端子と分岐端子間の十分大きな端子間結合係数が得られず好ましくない。

第２の発明は、初透磁率μｉ≧３００であり、機械的共振周波数ｆ_０を含む５００ｋＨｚから２０００ｋＨｚの周波数において、磁気飽和後のインピーダンスの最大歪量比が４以下のフェライトで構成され、ＣＡＴＶ用機器の分岐トランス、分配トランスの磁心として用いるフェライト磁心である。
磁気飽和後のインピーダンスの最大歪量比については後述するが、この最大歪量比が４よりも大きいとＣＡＴＶの各チャンネルで規定される搬送波の差成分による歪みの発生を抑制する効果が少なくなる。

第１又は第２の発明において、室温において前記フェライトに磁界１０〜２０００Ａ／ｍを印加したときの残留磁束密度Ｂｒが１５０ｍＴ以下のであるのが好ましい。残留磁束密度Ｂｒが１５０ｍＴよりも大きいと磁気飽和後、初透磁率が大きく減少するので分配トランス、分岐トランスとしたときの損失が大きくなる。

第１又は第２の発明において、残留磁束密度Ｂｒと飽和磁束密度Ｂｍとの比Ｂｒ／Ｂｍで表わされる角形比を０．５以下とするのが好ましい。角形比が０．５よりも大きい場合には、前述のインピーダンスの最大歪量比が大きくなり、結果的に搬送波の差成分による歪みの発生を抑制する効果が少なくなる。なお、分岐、分配トランスの場合、通常室温における飽和磁束密度Ｂｍは２２０ｍＴ以上であれば良い。さらにサージ電流により容易に磁気飽和しないようにするには飽和磁束密度Ｂｍを３００ｍＴ以上とするのが好ましい。

本発明においては、前記フェライトをＦｅ_２Ｏ_３：４７〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２９〜３４ｍｏｌ％、ＮｉＯ：９〜１５ｍｏｌ％、ＣｕＯ：７〜９ｍｏｌ％、を主成分とするソフトフェライトとするのが好ましい。Ｆｅ_２Ｏ_３：４７〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２９〜３４ｍｏｌ％、ＮｉＯ：９〜１５ｍｏｌ％、ＣｕＯ：７〜９ｍｏｌ％と限定したのは以下の理由による。
Ｆｅ_２Ｏ_３が４７ｍｏｌ％未満であると、初透磁率μ_ｉが小さくなり、また、５０ｍｏｌ％を超えると比抵抗が急激に低くなり、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの特徴である絶縁性が低くなるので不適当である。ＺｎＯが２９ｍｏｌ％未満であると初透磁率μ_ｉが小さく、３４ｍｏｌ％を超えるとキュリー温度Ｔｃが低くなる。ＮｉＯが９ｍｏｌ％未満であるとキュリー温度Ｔｃが低く、１５ｍｏｌ％以上であると飽和磁歪λ_ｓが大きくなってしまう。ＣｕＯが７ｍｏｌ％未満だと焼結密度が低く初透磁率μ_ｉが小さいものしか得られず、９ｍｏｌ％を超えると損失が大きくなる。
なお、副成分としてＳｉ、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａの少なくとも１つをＳｉＯ_２、Ｃｏ_３Ｏ_４、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ換算でそれぞれ２ｗｔ％未満含有していてもよい。これらの副成分は磁歪とは関係しないが、添加することによって、フェライトの焼結促進、抗応力特性の向上、高Ｑ、αμｒやＴｃの制御といった効果を発揮する。副成分の総含有量が５ｗｔ％以上であると磁気特性が劣化するので好ましくない。

また本発明においては、フェライト磁心にＦｅ_２Ｏ_３：５０〜５５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１０〜１４ｍｏｌ％、残部ＭｎＯを主成分とするフェライト材料を用いることも好ましい。
Ｆｅ_２Ｏ_３が５０ｍｏｌ％未満、あるいは５５ｍｏｌ％を超えると、初透磁率μ_ｉが小さくなる。ＺｎＯが１０ｍｏｌ％未満であると初透磁率μ_ｉが小さくなり、１４ｍｏｌ％を超えると、キュリー温度Ｔｃが低下する。
なお副成分としてＳｉ、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｃａの少なくとも１つがＳｉＯ_２、Ｃｏ_３Ｏ_４、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ換算でそれぞれ２ｗｔ％未満含有していてもよい。これらの副成分は磁歪とは関係しないが、これらの副成分を添加することによって、
フェライトの焼結促進、抗応力特性の向上、高Ｑ、αμｒやＴｃの制御といった効果を発揮する。副成分の総含有量が５ｗｔ％以上であると磁気特性が劣化するので好ましくない。

前記フェライト磁心の形状は、多孔形磁心又はトロイダル磁心であるのが好ましい。

第３の発明は、前記フェライト磁心に巻線を巻装した分岐トランス及び／又は分配トランスを用いて分岐器、分配器又は増幅器としたＣＡＴＶ用機器である。

第４の発明は、ヘッドエンドからＣＡＴＶシステム加入者端末の間に敷設された幹線同軸ケーブルや光ファイバーケーブルなどの伝送路と、前記伝送路に配置された双方向のＣＡＴＶ信号を増幅する増幅器、ＣＡＴＶ信号を分配する分配器や分岐器などのＣＡＴＶ用機器を有し、前記ＣＡＴＶ用機器の少なくとも一部に第２の発明のＣＡＴＶ用機器を用いた双方向ＣＡＴＶシステムである。

フェライト磁心が何等かの理由により磁気飽和し磁化する場合であっても、これを分岐トランス、あるいは分配トランスとした時に、ＣＡＴＶの各チャンネルで規定される搬送波の差成分によるノイズの発生を抑制することが出来るので、双方向ＣＡＴＶシステムにおいて流合雑音を抑制することが出来る。
またこれを用いてＣＡＴＶ用機器の小型化、低コスト化が可能となり、延いてはコスト増加を抑えながら流合雑音を低減した双方向ＣＡＴＶシステムを提供することが出来る。

本発明者等は、上り信号に生じるノイズの発生原因について鋭意研究する中で、フェライト磁心の磁化による磁気特性の変動が関係しているのではないかと考え、磁化後ノイズが発生するフェライト磁心に巻線を施し磁化前後でのインピーダンスの周波数特性を確認した。その結果、ＣＡＴＶ信号の使用周波数帯域よりも低周波側で、２０００ｋＨｚ以下の周波数でインピーダンスの大きな歪みが生じていることが判明した。図８はその一例であって後述する試料Ｎｏ．１３のフェライト磁心の磁化前、磁化後のインピーダンスの周波数特性を示している。５００ｋＨｚ〜２０００ｋＨｚの間で３ヶ所にインピーダンスの歪みが生じ、また磁化に伴う初透磁率の低下よってインピーダンスも凡そ２／３程度に減少しているのが判る。
インピーダンスの減少はトランスの性能に影響するがノイズとの関連は薄いと考えられ、本発明者等はＣＡＴＶ信号の周波数帯域外で生じるインピーダンスの歪みが、上り信号に生じるノイズの発生原因ではないかと推定した。この推定に基づけば、フェライト磁心が磁気飽和して磁化する場合であっても、前記インピーダンスの歪みを小さくすることで前記ノイズを低減することが可能であることを見出した。

インピーダンスの歪みを制御するには、その発生原因を特定する必要が有る。本発明者等は、さらに検討を進める中で、前記インピーダンスの歪みがフェライトの磁歪現象（磁性体を磁化すると磁性体の寸法が変化する）に起因するのでないかと推定した。

ここで磁歪について簡単に説明する。フェライト磁心は通常状態では歪みが発生しないが磁化すると歪みが発生する。これは磁化していない状態では、自発磁化方向は焼結体内でばらばらで打ち消し合うが、十分に大きな磁界を印加する事により自発磁化の方向が揃い磁歪が発生するためである。一般にこの磁歪を飽和磁歪と呼ぶ。

代表的な単元フェライトの飽和磁歪λ_ｓ（ΔＬ／Ｌ＝寸法の変化の割合）の大きさは磁歪定数λ_１００、λ_１１１より次式で求められ表１のようになる（平賀、奥谷、尾島 共著：「フェライト」、昭和６１年（１９８６）、発行所 丸善）。

λ_ｓ＝２／５（λ_１００）＋３／５（λ_１１１）

下記表１より、任意の組成からなるフェライトの飽和磁歪λ_ｓは生成される単元フェライトのｍｏｌ比より算出することができる。
なおＦｅ_２Ｏ_３が不足する組成（Ｆｅ_２Ｏ_３が５０ｍｏｌ％未満）の場合には各単元フェライトの生成順を考慮して、飽和磁歪λ_ｓを導く必要がある。この点については後述する。

このような磁歪を有するフェライト磁心は、磁心形状と密接に関係する周波数において大きな磁歪振動を生じる。以下前記周波数を機械的共振周波数と呼ぶ。この機械的共振周波数ｆｏ（Ｈｚ）は、薄いリング状の試料において、次式で表される事が知られている（菊池喜充著：「磁歪振動と超音波」、昭和４１年（１９６６）、コロナ社）。

インピーダンスの歪みと磁歪との関係を明らかにするように、外形寸法の異なる複数のフェライト磁心を用いてインピーダンスの歪みが発生する周波数を測定し、あわせて前記機械的共振周波数ｆｏを算出して、その関係を評価した。
まずインピーダンスの歪みが発生する周波数の測定方法を図８及び図９を基に説明する。

トロイダル形状のフェライト磁心を用い、その内径部に０．５φの巻線を通して（１ターン）直流電流を印加し、磁気飽和させて磁化した後、５００ｋＨｚ〜２０００ｋＨｚの周波数におけるインピーダンスを測定する。前記周波数範囲において、複数のインピーダンスの歪みが存在するが、その中からインピーダンス値が最も大きなピーク値を示すインピーダンスの歪みを特定した（図８のＭＡＸで示したインピーダンス歪み部）。さらに、測定スパン＝５０ｋＨｚ、測定周波数ピッチ＝１２５Ｈｚとして前記測定周波数範囲においてインピーダンス値が最も大きなピーク値（図９のＭＡＸで示したインピーダンス歪み部）となる周波数をインピーダンスの歪み発生周波数とした。このような測定周波数ピッチを設定したのは、ピーク値及びその周波数を正確に測定するためである。測定周波数ピッチ５Ｈｚで測定して得られるピーク値に対して、その９５％以上の値で測定出来る測定周波数ピッチが１７５Ｈｚ以下であり、前記測定周波数ピッチを設定した。

また本発明においては、インピーダンスの歪み量を定量化するためインピーダンスの最大歪量比として定義した。インピーダンスの最大歪量比は、前記インピーダンスの歪み発生周波数におけるインピーダンスをＺｍａｘとし、歪み発生周波数から２５ｋＨｚ減じた周波数（図９のＢ部）におけるインピーダンスＺｂと、歪み発生周波数から２５ｋＨｚ加算した周波数（図９のＣ部）におけるインピーダンスＺｃの平均値により、次式により求めた。
インピーダンスの最大歪量比＝２×Ｚｍａｘ／（Ｚｂ＋Ｚｃ）

表２にＦｅ_２Ｏ_３ ４９．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ ３２．０ｍｏｌ％、ＮｉＯ １１．０ｍｏｌ％、ＣｕＯ ８．０ｍｏｌ％の組成を有し、外形寸法が外径３．０〜４．０ｍｍ、高さ１．５〜４．５ｍｍ、内径１．０ｍｍのトロイダル形状のフェライト磁心を用いて、前記測定方法によりインピーダンスの歪み発生周波数を測定した結果と、あわせて機械的共振周波数ｆｏを算出した結果を纏めて示す。
なお機械的共振周波数ｆｏを求める際に必要な、ヤング率の評価はＪＩＳ Ｒ１６０２で規定される超音波パルス法を、密度の評価はアルキメデス法を用いて求めた。ヤング率は１７３ＧＰａであり、密度は５．２２×１０^３ｋｇ／ｍ^３である。

フェライト磁心の外径を大きくすると、それに伴ってインピーダンスの歪み発生周波数が低くなり、機械的共振周波数ｆｏの計算結果と良く一致する。なお機械的共振周波数ｆｏは磁心の厚みについて考慮されていないが、フェライト磁心の厚みを厚くするとインピーダンスの歪み発生周波数は低くなることが判った。この場合でもｆｏ±２００ｋＨｚの領域にインピーダンスの歪みが発生する。このような検討の結果から、インピーダンス歪がフェライト磁心の磁歪振動現象に起因することを確認した。

次に表３に示す組成を有するフェライトを用いてフェライト磁心を作製し、飽和磁歪の絶対値｜λｓ｜、インピーダンスの最大歪量比、初透磁率μｉ、キュリー温度Ｔｃ、飽和磁束密度Ｂｍ、残留磁束密度Ｂｒ、角型比Ｂｒ／Ｂｍの算出及び、測定を行った。

前記したように飽和磁歪λｓの算出には各単元フェライトの生成順を考慮する必要がある。単元フェライトはＣｕＦｅ２Ｏ４が８５０〜９００℃で生成し、次いでＣｏＦｅ₂Ｏ_４が９００〜１０００℃、
ＺｎＦｅ_２Ｏ_４が９００〜１０００℃、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４が１０００〜１１００℃、ＭｎＦｅ_２Ｏ_４が１１００〜１３５０℃で生成する。この生成順を考慮すると、例えば試料Ｎｏ１の場合には、先ずＣｕＦｅ_２Ｏ_４が８ｍｏｌ％、次にＺｎＦｅ_２Ｏ_４が３０ｍｏｌ％生成される、その後ＮｉＦｅ_２Ｏ_４が生成されるがＦｅ量が不足する為９．２ｍｏｌ％しか生成されず、ＮｉＯが５．６ｍｏｌ％残るとして算出した。つまりスピネル化されないＮｉＯを含めて総量が５２．８ｍｏｌ％となる。したがって飽和磁歪λｓは以下のように算出できる。
λｓ＝（（−１０）×８＋（０）×３０＋（−３２）×９．２）×１０^−６／５２．８
＝−７．０９×１０^−６

次にフェライト磁心の作製方法について説明する。Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯの各素原料を所定量に計量した後、媒体攪拌ミルを用いて１時間混合し、９００℃で１．５時間仮焼する。仮焼した粉末を媒体攪拌ミルで粉砕し、その後造粒し、所定の磁心形状に成形し、次に１０００〜１２００℃で１〜２時間焼成して外形寸法が外径３．５ｍｍ、高さ３．０ｍｍ、内径１．０ｍｍのトロイダル形状のフェライト磁心を作製した。またノイズ評価用に分岐トランスを構成する多孔形磁心も併せて作製した。
得られたトロイダル形状のフェライト磁心に０．５φの巻線を通して（１ターン）、室温状態で諸特性を評価した。インピーダンスの最大歪量比の評価方法は前記と同様なのでその説明を省く。また初透磁率μ_ｉ、キュリー温度Ｔｃ、残留磁束密度Ｂｒ、最大磁束密度Ｂｍを表４に示す測定器及び条件で評価した。また角形比Ｂｒ／Ｂｍは、ＢＨアナライザーを利用して磁界（１０〜２０００Ａ／ｍ）を印加し、図１０に示すように所定の磁界におけるヒステリシスループにおける印加磁界Ｈが０Ａ／ｍのときの磁束密度をＢｒとし、最大となる磁束密度をＢｍとして、得られたＢｒとＢｍとの比としている。
各試料の諸特性の評価結果を表５に示す。

飽和磁歪｜λｓ｜の小さいフェライトを用いた場合の一例として、図１１に試料Ｎｏ．６のフェライト磁心によるインピーダンスの周波数特性を示す。本試料では磁化後ノイズが発生する試料Ｎｏ．１３のものと比べて、インピーダンスの歪みが著しく低減されている。また、図１２（ａ）、（ｂ）に試料Ｎｏ．６、試料Ｎｏ．１３の磁界Ｈと残留磁束密度Ｂｒの間系を、図１３（ａ）、（ｂ）に磁界Ｈと角形比Ｂｒ／Ｂｍの間系を示す。試料Ｎｏ．６のものは試料Ｎｏ．１３と比べて広い範囲の磁界において残留磁束密度、角形比が著しく小さいことが判る。
得られた結果から、飽和磁歪｜λｓ｜とインピーダンスの最大歪量比との関係を評価した（図１４）。飽和磁歪｜λｓ｜とインピーダンスの最大歪量比は正の相関関係を有しており、飽和磁歪｜λｓ｜を小さくすればインピーダンスの最大歪量比を低減することが出来る。

さらに試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６の多孔形フェライト磁心（メガネコア）に巻線を施して分岐トランスとし、前記フェライト磁心を磁気飽和させて磁化させたあと、図１５に示す評価回路に分岐トランス１９０を配置し、入力端子側にハイパスフィルタ１７０ｂを介してシグナルジェネレータ６０ａから下り信号として９３〜５３７ＭＨｚで６ＭＨｚピッチの高周波信号を入力し、分岐トランス１９０の出力端子１６０ｂは線路インピーダンス７５Ωで終端し、さらに分岐トランス１９０の分岐端子に上り信号としてシグナルジェネレータ６０ｂで発生させた１０〜５５ＭＨｚの高周波信号を入力し、ローパスフィルタ１７５ｂを介して現れる高周波信号、すなわちＣＡＴＶの上り信号（１０〜５５ＭＨｚ）に重畳するノイズをスペクトルアナライザ６５で評価した。その結果、試料Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１６（比較例）のものではノイズが多く含まれ、飽和磁歪の絶対値が大きく、インピーダンスの最大歪量比が大きいものほど、ノイズレベルが大きい。一方試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２（実施例）のものは、ノイズは発生するのものレベルが著しく低減し、測定回路のノイズレベル程度の試料もあった。

また、ネットワークアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｅ５０７１Ａ）を用いて磁化前後の分岐トランスの挿入損失、端子間結合係数（出力端子、カップリング端子間のアイソレーション）、反射特性（ＶＳＷＲ）を評価したところ、実施例のものではほとんど変化なく、また要求特性も満足するものであったが、比較例のものでは前記特性が劣化するものがあり、一部で要求特性も満足出来ないものもあった。
以上の結果から本発明によれば、フェライト磁心が磁気飽和し磁化する場合であっても、このフェライト磁心を用いて構成した分岐トランスあるいは分配トランスとしての要求特性を得ながらノイズの発生をも低減することできる。また特別な手段によってフェライト磁心が磁気飽和しないようにすることが不要となるのでＣＡＴＶ用機器を小型化することが出来た。さらに、フェライト磁心の磁化によるＣＡＴＶシステムにおける流合雑音を著しく低減することが出来た。

以上Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトについて検討してきたが、他の組成系でも本発明の効果が発揮されるものか確認した。
フェライトの原料組成として５２．２ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、１２ｍｏｌ％のＺｎＯ、３５．８ｍｏｌ％のＭｎＯを秤量し、実施例１と同様の手順で焼結体を得た。但し焼成温度は１２００〜１４００℃とした。この焼結体について表１より飽和磁歪｜λｓ｜を算出し、初透磁率μｉ、キュリー温度Ｔｃ、角形比を測定した。その結果を表６に示す。

本実施例においても、トランスとしての要求特性を得ながらノイズの発生を低減することが出来た。

本発明によれば、フェライト磁心が何等かの理由により磁気飽和し磁化する場合であっても、これを分岐トランス、あるいは分配トランスとした時に、ＣＡＴＶの各チャンネルで規定される搬送波の差成分によるノイズの発生を抑制することが出来るので、双方向ＣＡＴＶシステムにおいて流合雑音を抑制することが出来る。
またこれを用いて構成するＣＡＴＶ用機器は小型化、低コスト化が可能となり、延いてはコスト増加を抑えながら流合雑音を低減した双方向ＣＡＴＶシステムを提供することが出来る。従来のＣＡＴＶ用機器と併用することが出来るので、新たにインフラを整備する必要も無く、極めて有用な発明である。

本発明に係るＣＡＴＶシステムの同軸ケーブルのツリー状分配網を示す構成図である。 本発明に係るＣＡＴＶシステムの要部ブロック図である。 本発明に係る双方向増幅器の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る分岐器の一例を示す構成図である。 本発明に係る分配器の一例を示す構成図である。 本発明に係るフェライト磁心の一例を示す外観斜視図である。 本発明に係るフェライト磁心の他の例を示す外観斜視図である。 従来のフェライト磁心によるインピーダンスの周波数特性図である。 従来のフェライト磁心によるインピーダンスの周波数特性図である。 角形比Ｂｒ／Ｂｍを説明する為のヒステリシス曲線図である。 本発明に係るフェライト磁心によるインピーダンスの周波数特性図である。 （ａ）本発明に係るフェライト磁心の磁界Ｈと残留磁束密度Ｂｒとの関係図であり、（ｂ）従来のフェライト磁心の磁界Ｈと残留磁束密度Ｂｒとの関係図である。 （ａ）本発明に係るフェライト磁心の磁界Ｈと角形比Ｂｒ／Ｂｍとの関係図であり、（ｂ）従来のフェライト磁心の磁界Ｈと角形比Ｂｒ／Ｂｍとの関係図である。 飽和磁歪とインピーダンスの最大歪量比との関係図である。 ノイズ評価回路の構成図である。

符号の説明

１０ ヘッドエンド
１１ フィルタ
１２ 分岐器
１３ 分配器
１４ テレビ受像機
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 双方向増幅器
１６ コンピュータ
１８ 保安器
１９ 雑音除去装置
２０ 分波器
５０ フェライト多孔形磁心
６０ トロイダル磁心
１００ 分岐器
２００ 分配器

Claims (9)

1. 飽和磁歪｜λ_Ｓ｜≦８×１０^−６、初透磁率μｉ≧３００であるフェライトで構成され、ＣＡＴＶ用機器の分岐トランス、分配トランス用の磁心であることを特徴とするフェライト磁心。
2. 初透磁率μｉ≧３００であり、機械的共振周波数ｆ_０を含む５００ｋＨｚから２０００ｋＨｚの周波数において、磁気飽和後のインピーダンスの最大歪量比が４以下のフェライトで構成され、ＣＡＴＶ用機器の分岐トランス、分配トランス用の磁心であることを特徴とするフェライト磁心。
3. 磁界１０〜２０００Ａ／ｍにおける残留磁束密度Ｂｒが１５０ｍＴ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェライト磁心。
4. 残留磁束密度Ｂｒと最大磁束密度Ｂｍとの比Ｂｒ／Ｂｍで表わされる角形比が０．５以下であることを特徴とする請求項３に記載のフェライト磁心。
5. 前記フェライトはＦｅ_２Ｏ_３：４７〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２９〜３４ｍｏｌ％、ＮｉＯ：９〜１５ｍｏｌ％、ＣｕＯ：７〜９ｍｏｌ％、を主成分とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェライト磁心。
6. 前記フェライトはＦｅ_２Ｏ_３：５０〜５５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１０〜１４ｍｏｌ％、残部ＭｎＯを主成分とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェライト磁心。
7. 前記フェライト磁心が多孔形磁心又はトロイダル磁心であることを特徴とする請求項１に記載の請求項１又は２フェライト磁心。
8. 請求項１又は２に記載のフェライト磁心に巻線を巻装して分岐トランス及び／又は分配トランスとし、前記分岐トランス及び／又は分配トランスを用いて分岐器、分配器又は増幅器としたことを特徴とするＣＡＴＶ用機器。
9. ヘッドエンドからＣＡＴＶシステム加入者端末の間に敷設された同軸ケーブルや光ファイバーケーブルなどの伝送路と、前記伝送路に配置された双方向のＣＡＴＶ信号を増幅する増幅器、ＣＡＴＶ信号を分配する分配器や分岐器などのＣＡＴＶ用機器を有し、前記ＣＡＴＶ用機器の少なくとも一部が請求項８に記載のＣＡＴＶ用機器であることを特徴とする双方向ＣＡＴＶシステム。

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