JP2006246596A

JP2006246596A - 雷サージ保護回路及びこれを備えた高周波信号処理装置

Info

Publication number: JP2006246596A
Application number: JP2005057872A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kato; 正広加藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-14
Also published as: CN1829034A; US20060198075A1

Abstract

【課題】保護機能を損なうことなく高サージ耐圧化を図ることができる雷サージ保護回路を提供する。
【解決手段】本発明に係る雷サージ保護回路は、サージアブソーバ１とダイオード２との直列接続体であり、サージアブソーバ１のダイオードでカソードに相当する端子とダイオード２のカソードとが接続されている。本発明に係る雷サージ保護回路は、サージアブソーバ１のダイオードでアノードに相当する端子を接地し、ダイオード２のアノードを例えばＬＮＢやＳＷ−ＢＯＸ等の製品の電源ラインに接続する態様で用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、落雷による被害を防止するための雷サージ保護回路及びこれを備えた高周波信号処理装置に関する。

ＬＮＢ（低雑音ダウンコンバータ）やＳＷ−ＢＯＸ（ＩＦ信号切替ＳＷユニット）等は、屋外で用いられるため、落雷による被害を防ぐための雷サージ保護回路（例えば、特許文献１を参照）を備えている必要がある。従来より雷サージ試験の条件は、製品の仕向地、ユーザー要望仕様毎に異なるが、ＩＥＣ規格に則っている。ＩＥＣ規格では、ＬＮＢ（低雑音）やＳＷ−ＢＯＸ等のようにハイインピーダンス入出力の製品に対しては電圧サージ試験を行い、逆にローインピーダンス入出力の製品に対しては電流サージ試験を行うことが定められている。

電圧サージ試験では、ハイインピーダンス入出力の製品に対して落雷波形をシミュレーションするため、試験機のサージ出力端子をオープン状態にしたときの電圧の立ち上がり及び立下り時の波形を一定にすることが可能である。試験の厳しさを現すレベルは製品に印加する電圧で規定することができる。

従来、特に要求仕様の厳しい米国向けＬＮＢやＳＷ−ＢＯＸ等の製品には、図８に示すような立ち上がり１０μｓ立ち下がり７００μｓとなる波形で最低±３ｋＶのサージ試験電圧が印加されていた。かかるサージ試験電圧をクリアするための対策として、米国向けＬＮＢやＳＷ−ＢＯＸ等の製品においては、１５００Ｗタイプの面実装サージアブソーバを電源ラインに挿入し、回路を保護している。サージアブソーバはツェナーダイオードのようにブレークダウン電圧以上の電圧に対して瞬時に過電流を逃がす働きがあり、ダイオードでアノードに相当する端子を接地して回路を保護している。
特開平１１−１５５２３２号公報特開２００３−２５９５４７号公報特許第３１６４１８５号公報

しかしながら、近年米国向けＬＮＢやＳＷ−ＢＯＸ等の製品の仕様として、±４ｋＶ以上のサージ試験電圧をクリアすることが求められており、現行の１５００Ｗタイプのサージアブソーバを挿入するだけでは製品のサージ耐圧が限界にきている。

このような厳しい要求仕様の背景には、米国ではカリフォルニアなど年間９０日以上の落雷が発生する地域があり、落雷による被害が多いという状況がある。落雷の被害は、製品が直接落雷を受ける場合のみならず、製品が設置されている地点の周辺地域に落雷があった場合でも生じる。製品が設置されている地点の周辺地域に落雷があった場合には、周辺の地表の電圧が一瞬でも上昇することで印加電圧の上昇につながり破壊が起こる所謂誘導雷の被害などが生じる。

また、市場での製品不良は落雷による被害に関するものが多く、電圧サージ試験によるシミュレーションでは現実の落雷を再現することが難しいことを示している。ただし、こうしたシミュレーションによる試験で求めたサージ耐圧であってもその値を上げることで、実際に市場の不良返品率を下げていくことができるため、品質向上につながるサージ耐圧改善が今後益々求められると考えられる。

サージアブソーバの耐圧は一定であるため、製品のサージ耐圧を向上させる方策として、サージアブソーバに抵抗を直列接続して落雷時にサージアブソーバに印加される電圧を抵抗による電圧降下分だけ減少させる手法が考えられる。しかしながら、サージアブソーバに抵抗を直列接続した場合、落雷時に瞬時に電圧降下させ回路を保護するという本来の機能が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、保護機能を損なうことなく高サージ耐圧化を図ることができる雷サージ保護回路及びこれを備えた高周波信号処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る雷サージ保護回路は、サージアブソーバとダイオードとの直列接続体を備える構成としている。このような構成により、落雷時にサージアブソーバに印加される電圧をダイオードによる電圧降下分だけ減少させることができる。サージアブソーバの耐圧は一定であるため、上記構成の雷サージ保護回路はサージアブソーバのみで構成される従来の雷サージ保護回路に比べて高サージ耐圧化を図ることができる。また、上記構成の雷サージ保護回路は、サージアブソーバに抵抗ではなくダイオードを直列接続しているので、落雷時に瞬時に電圧降下させ回路を保護するという保護回路としての本来の機能を損なわない。

また、上記構成の雷サージ保護回路において、前記サージアブソーバに代えてバリスタを備えるようにしても同様の効果を得ることができる。

また、上記各構成の雷サージ保護回路において、前記ダイオードに代えてコンデンサを備えるようにしても同様の効果を得ることができる。

また、上記各構成の雷サージ保護回路が所定の周波数帯の高周波信号をトラップするトラップ部を備えるようにしてもよい。このような構成により、ＲＦラインとＤＣラインとが互いに接続されている高周波信号処理装置のＤＣライン上に設置される場合に、ＤＣラインに流入するＲＦ信号をトラップし、ＲＦ信号の伝送損失を低減することができる。

上記目的を達成するために本発明に係る高周波信号処理装置（例えばＬＮＢやＳＷ−ＢＯＸ等）は、上記いずれかの構成の雷サージ保護回路を備える構成とする。このような構成により、保護機能を損なうことなく高サージ耐圧化を図ることができるので、高周波信号処理装置の内部回路を構成するデバイスの劣化や破壊をより確実に防止することができる。

本発明によると、保護機能を損なうことなく高サージ耐圧化を図ることができる雷サージ保護回路及びこれを備えた高周波信号処理装置を実現することができる。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。本発明に係る雷サージ保護回路の一構成例を図１に示す。図１に示す雷サージ保護回路は、サージアブソーバ１とダイオード２との直列接続体であり、サージアブソーバ１のダイオードでカソードに相当する端子とダイオード２のカソードとが接続されている。図１に示す雷サージ保護回路は、サージアブソーバ１のダイオードでアノードに相当する端子を接地し、ダイオード２のアノードを例えばＬＮＢやＳＷ−ＢＯＸ等の製品の電源ラインに接続する態様で用いられる。

図１に示す雷サージ保護回路は、サージアブソーバ１にダイオード２を直列接続することで落雷時にサージアブソーバ１に印加される電圧をダイオード２による電圧降下分だけ減少させている。サージアブソーバ１の耐圧は一定であるため、図１に示す雷サージ保護回路はサージアブソーバのみで構成される従来の雷サージ保護回路に比べて高サージ耐圧化を図ることができる。また、図１に示す雷サージ保護回路は、サージアブソーバ１に抵抗ではなくダイオード２を直列接続しているので、落雷時に瞬時に電圧降下させ回路を保護するという保護回路としての本来の機能を損なわない。

また、図１に示す雷サージ保護回路にマイクロストリップライン３及びコンデンサ４を付加して図２に示す構成としてもよい。マイクロストリップライン３の一端が図２に示す雷サージ保護回路の一端となり、マイクロストリップライン３の他端とダイオード２のアノードとコンデンサ４の一端との接続点が図２に示す雷サージ保護回路の他端となる。図２に示す雷サージ保護回路は、サージアブソーバ１のダイオードでアノードに相当する端子及びコンデンサＣ４の他端を接地し、例えばＬＮＢやＳＷ−ＢＯＸ等の製品のＤＣラインに挿入される態様で用いられる。マイクロストリップライン３は、ＲＦ信号をトラップするトラップ素子であり、トラップするＲＦ信号の１／４波長の線路長に設定されている。コンデンサ４は、マイクロストリップライン３の１／４波長（λ／４）になる地点での波長λに対する接地を目的として設けられており、マイクロストリップライン３の信号ラインとの接続点における波長λとなるインピーダンスを上げることでＲＦ信号の漏洩を防止している。

また、図２に示す雷サージ保護回路のマイクロストリップライン３をコイル５に置換して図３に示す構成にしても、図２に示す雷サージ保護回路と同様の効果を得ることができる。コイル５は、ＲＦ信号をトラップするトラップ素子であり、トラップするＲＦ信号の１／４波長に相当するコイルである。

また、図２に示す雷サージ保護回路のサージアブソーバ１をバリスタ６に置換して図４に示す構成にしても、図２に示す雷サージ保護回路と同様の効果を得ることができる。また、図３に示す雷サージ保護回路のサージアブソーバ１をバリスタ６に置換して図５に示す構成にしても、図３に示す雷サージ保護回路と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明に係る雷サージ保護回路の他の構成例を図６に示す。なお、図６において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。図６に示す雷サージ保護回路は、図１に示す雷サージ保護回路のサージアブソーバ１とダイオード２の位置を入れ替えた構成である。すなわち、図６に示す雷サージ保護回路においては、サージアブソーバ１のダイオードでアノードに相当する端子とダイオード２のアノードとが接続されている。図６に示す雷サージ保護回路は、ダイオード２のカソードを接地し、サージアブソーバ１のダイオードでカソードに相当する端子を例えばＬＮＢやＳＷ−ＢＯＸ等の製品の電源ラインに接続する態様で用いられる。図６に示す雷サージ保護回路は、図１に示す雷サージ保護回路と同様の効果を奏する。なお、図２〜図５に示す雷サージ保護回路においてもサージアブソーバ１又はバリスタ６とダイオード２との位置を入れ替えることができる。

次に、本発明に係る雷サージ保護回路の更に他の構成例を図７に示す。なお、図７において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。図７に示す雷サージ保護回路は、図１に示す雷サージ保護回路のダイオード２をコンデンサ７に置換した構成である。すなわち、図７に示す雷サージ保護回路は、サージアブソーバ１とコンデンサ７との直列接続体であり、サージアブソーバ１のダイオードでカソードに相当する端子とコンデンサ７の一端とが接続されている。図７に示す雷サージ保護回路は、サージアブソーバ１のダイオードでアノードに相当する端子を接地し、コンデンサ７の他端を例えばＬＮＢやＳＷ−ＢＯＸ等の製品の電源ラインに接続する態様で用いられる。図７に示す雷サージ保護回路は、図１に示す雷サージ保護回路と同様の効果を奏する。なお、図７に示す雷サージ保護回路においてサージアブソーバ１とコンデンサ７の位置を入れ替えることもできる。また、図２〜図５に示す雷サージ保護回路においてもダイオード２をコンデンサ７に置換することができる。さらに、図２〜図５に示す雷サージ保護回路においてダイオード２をコンデンサ７に置換し、その置換したコンデンサとサージアブソーバ１又はバリスタ６との位置を入れ替えることもできる。

次に、本発明に係る高周波信号処理装置についてＳＷ−ＢＯＸを例に挙げて説明する。ＳＷ−ＢＯＸは、信号を切替えるためのスイッチとして機能するユニットであり、ＬＮＢからの出力信号を複数のレシーバで受信するために又はそれぞれ別の衛星に対応した複数のＬＮＢから希望する出力信号をレシーバ側で選択するためにＬＮＢとレシーバとの間に設けられる。ＳＷ−ＢＯＸは、レシーバからの制御信号（パルスによるデジタル信号）に基づきＬＮＢの出力信号を切替える。したがって、ＳＷ−ＢＯＸは複数のレシーバ接続端子及び複数のＬＮＢ接続端子を備えている。

ここでは、ＬＮＢ３入力に対しレシーバ４出力のＳＷ−ＢＯＸを例として図９に示す。図９に示すＳＷ−ＢＯＸ８は４つのレシーバ接続端子８Ａ〜８Ｄ及び３つのＬＮＢ接続端子８ａ〜８ｃを備えている。図９に示すＳＷ−ＢＯＸ８のレシーバ接続端子８Ａ〜８Ｃにレシーバ９Ａ〜９Ｃがそれぞれケーブルを介して独立して接続され、図９に示すＳＷ−ＢＯＸ８のＬＮＢ接続端子８ａ〜８ｃにＬＮＢ１０ａ〜１０ｃがそれぞれケーブルを介して独立して接続される。

そして、ＳＷ−ＢＯＸ８及びＬＮＢ１０ａ〜１０ｃを駆動するためのＤＣ電流がレシーバ９Ａ〜９ＣからＳＷ−ＢＯＸ８及びＬＮＢ１０ａ〜１０ｃに供給される。また、図９に示すＳＷ−ＢＯＸ８のレシーバ端子８Ａ〜８Ｃからレシーバ９Ａ〜９ＣにＲＦ信号が伝送されるため、ＲＦ信号成分（ＡＣ成分）とＤＣ成分はＳＷ−ＢＯＸ８内部で分離されることになる。また、ＬＮＢの出力信号（ＲＦ信号）を切替えるための制御信号もＤＣ信号に重畳されているため、ＳＷ−ＢＯＸ８内部ではこれらのＡＣ成分とＤＣ成分とがすべて分離されて伝送処理されている。このように分離されたＡＣ成分とＤＣ成分は合成された状態でＬＮＢ接続端子から８ａ〜８ｃからＬＮＢ１０ａ〜１０ｃへ伝送されている。

ＳＷ−ＢＯＸ８では、内部回路を雷サージから保護するために、全ての外部端子（レシーバ接続端子８Ａ〜８Ｄ及びＬＮＢ接続端子８ａ〜８ｃ）それぞれに雷サージ保護回路を設ける必要がある。なお、保護効果を大きくするために、通常雷サージ保護回路は外部端子と内部回路との間に設けられる（図１０参照）。

図１０は本発明に係るＳＷ−ＢＯＸにおけるレシーバ接続端子近傍の回路構成を示している。なお、図１０において図２と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。ＲＦラインにはレシーバ接続端子１１側から順にＤＣ成分カット用セラミックコンデンサ１２、整合用アッテネータ１３、ＤＣ成分カット用セラミックコンデンサ１４、ＲＦアンプ１５が設けられている。また、ＤＣラインにはレシーバ接続端子１１側から順に本発明に係る雷サージ保護回路１６、ＩＣ１７が設けられている。また、ＤＣラインに流入するＲＦ信号をトラップし、ＲＦ信号の伝送損失を低減するために、本発明に係る雷サージ保護回路１６内のマイクロストリップライン３の線路長はＲＦラインを経由して伝送されるＲＦ信号の１／４波長に設定される。このような構成により、雷サージの影響で破損する可能性があるＤＣ成分カット用セラミックコンデンサ１２、ＤＣ成分カット用セラミックコンデンサ１４、ＲＦアンプ１５、及びＩＣ１７が雷サージによって破損することを防止することができる。

は、本発明に係る雷サージ保護回路の一構成例を示す図である。は、本発明に係る雷サージ保護回路の変形例を示す図である。は、本発明に係る雷サージ保護回路の変形例を示す図である。は、本発明に係る雷サージ保護回路の変形例を示す図である。は、本発明に係る雷サージ保護回路の変形例を示す図である。は、本発明に係る雷サージ保護回路の他の構成例を示す図である。は、本発明に係る雷サージ保護回路の更に他の構成例を示す図である。は、サージ試験電圧の波形を示す図である。は、ＳＷ−ＢＯＸとレシーバ及びＬＮＢとの接続例を示す図である。は、本発明に係るＳＷ−ＢＯＸにおけるレシーバ接続端子近傍の回路構成を示す図である。

符号の説明

１サージアブソーバ
２ダイオード
３マイクロストリップライン
４コンデンサ
５コイル
６バリスタ
７コンデンサ
８ＳＷ−ＢＯＸ
８Ａ〜８Ｄレシーバ接続端子
８ａ〜８ｃＬＮＢ接続端子
９Ａ〜９Ｃレシーバ
１０ａ〜１０ｃＬＮＢ
１１レシーバ接続端子
１２ＤＣ成分カット用セラミックコンデンサ
１３整合用アッテネータ
１４ＤＣ成分カット用セラミックコンデンサ
１５ＲＦアンプ
１６本発明に係る雷サージ保護回路
１７ＩＣ

Claims

サージアブソーバとダイオードとの直列接続体を備えることを特徴とする雷サージ保護回路。
請求項１に記載の雷サージ保護回路において、前記サージアブソーバに代えてバリスタを備える雷サージ保護回路。
請求項１又は請求項２に記載の雷サージ保護回路において、前記ダイオードに代えてコンデンサを備える雷サージ保護回路。
所定の周波数帯の高周波信号をトラップするトラップ部を備える請求項１〜３のいずれかに記載の雷サージ保護回路。
請求項１〜４のいずれかに記載の雷サージ保護回路を備えることを特徴とする高周波信号処理装置。