JP2010246350A - 耐雷同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信機器で使用する周波数に影響を及ぼすことなく同軸ケーブルの屋内側と屋外側とを分断し、もしくは同軸ケーブルを所定の位置で分断して屋外側から室内側への直流成分の電気を遮断することができる耐雷同軸ケーブルを提供する。
【解決手段】耐雷同軸ケーブルを、室外に配されるアンテナと接続される第１の同軸ケーブルと、室内に配される装置と接続される第２の同軸ケーブルと、第１の同軸ケーブルの中心導体と第２の同軸ケーブルの中心導体との間に配される第１の容量性手段と、第１の同軸ケーブルの外部導体と第２の同軸ケーブルの外部導体との間に配される第２の容量性手段とによって構成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、屋外のアンテナと例えば無線機等の屋内に設置された装置との間を連結する同軸ケーブルに、雷による影響を防止できる構造を設けた耐雷同軸ケーブルに関する。

非特許文献１には、空中線の引き下ろし線の下部に長さλ／４の終端短絡の線路を設け、その特性インピーダンスを給電線と同じものにし、さらにその線路を接地することで前記引き下ろし線の下部から接地側のインピーダンスを無限大にすることができるので、給電線から空中線へ電力を送る場合、あるいは受信空中線とした場合でも何の影響も受けず、空電によって空中線に落雷または大きな雑音電圧が生じた場合には、送受信周波数以外のエネルギーが、送信機又は受信機の方へ行かずに大地へ流れ、避雷装置として作用することが開示されている。この構造が、いわゆるスタブといわれるものである。

特許文献１は、屋外で通信機器間を接続する同軸ケーブルに誘導される雷サージを吸収する雷サージ吸収回路に関する。この雷サージ吸収回路は、トランスの磁力線通路となるコアと、前記コアに同軸ケーブルを一次側巻線として複数回巻き付け、前記コアに線条を二次側巻線として複数回巻き付けたトランスと、前記線条の両端部間に接続される一端を接地した抵抗とを備えるもので、雷サージにより同軸ケーブルの外部導体を流れるサージ電流はトランスの一次側を流れ、トランスを流れる磁力線により二次側に誘導され、二次側に接続された抵抗でジュール熱となって消費されるので、雷サージエネルギーを熱エネルギーに変換し、外部導体を流れるサージエネルギーを吸収するものである。

特許文献２は、避雷機能を有する同軸ケーブル用避雷器に関する。この同軸ケーブル避雷器は、板状体の貫通孔に固定され、二本の同軸ケーブル間に介在するものであって、二本の同軸ケーブルの中心導体同士の電気的接続、二本の同軸ケーブルの外部導体同士の電気的接続、中心導体と内蔵アレスタとの接続、および、外部導体と内蔵アレスタとの接続が行われる避雷器本体を有する。この避雷器の構造は、同軸ケーブルの中心導体及び外部導体が内蔵アレスタを介してアースされているので、上述した非特許文献１に開示された内容と略等しい構造といえる。

特許文献３は、通信機器収納側の被取付壁に固着されるレセプタクル型コネクタに関するもので、屋外ケーブルの端部に袋ナットを介して接続されるコネクタ本体に耐雷機構部を設けて、アンテナ給電線の落雷および誘電サージ電圧から無線機器等を守るようにしたものである。また、この引用文献４において、前記耐雷機構部は、アレスタ主要部あるいはアレスタ本体部であり、主要な避雷作用を果たす部位を指し、非常時（落雷および誘電サージ電圧発生時）にのみ、外部コンタクトと内部コンタクトとの間を通電させるものであり、外部コンタクトと内部コンタクトの間を直流的に常時短絡させるようにしたものであり、さらに高周波的に開放させるために、λ／４（λは使用周波数の波長）タイプのものが好ましいことが開示されている。この構造も基本的に上述した非特許文献１に開示される内容と等しいものといえる。

特許文献４は、アンテナに誘起する誘導雷から無線通信機器を保護する避雷器に関するものである。この特許文献４に開示される第２実施形態（図５）および第３実施形態（図６）に係る避雷器は、第１の同軸ケーブルの中心導体と第２の同軸ケーブルの中心導体との間を切離し、その間に直流成分を遮断するためのコンデンサを設けるものである。このコンデンサによって、誘導雷によってアンテナに生じる直流に近い高電圧又は大電流を遮断することができるので、無線通信機器への影響を減少させることができるものである。尚、この避雷器において、第１の同軸ケーブルの外導体及び第２の同軸ケーブルの外導体は、外導体アース金具及びネジによりアース板上に固定され、導通状態となっている。

財団法人電気通信振興会、平成７年７月２０日１１版３刷り発行、「無線工学ＩＶ−空中線系および電波伝搬篇」、１６０頁第１行目〜第２５行目及び第５．９図

特開平７−３９０７１号公報 特開２００３−３０４６３１号公報 特開２００７−１８８７１６号公報 特開２００６−２９６１６３号公報

上述した特許文献から明らかなように、従来の同軸ケーブルにおいては、同軸ケーブルの中心導体又は外部導体のいずれか一方もしくは両方が、アンテナと接続される室外側と無線機等の装置が配置される屋内側とで連続する構造となっているため、室外側に配されるアンテナや同軸ケーブルに空電による避雷又は誘起電流が流れた場合、同軸ケーブル自体が金属製（導電性物質）であることから、室内側の無線機等の装置への影響を皆無にすることは不可能である。

このため、この発明は、無線通信機器で使用する周波数には影響を及ぼすことなく同軸ケーブルの屋内側と屋外側とを分断し、もしくは同軸ケーブルを所定の位置で分断して屋外側から室内側への直流成分の電気を遮断することができる耐雷同軸ケーブルを提供することを主たる課題としている。

したがって、この発明に係る耐雷同軸ケーブルは、室外に配されるアンテナと接続される第１の同軸ケーブルと、室内に配される装置と接続される第２の同軸ケーブルと、第１の同軸ケーブルの中心導体と第２の同軸ケーブルの中心導体との間に配される第１の容量性手段と、第１の同軸ケーブルの外部導体と第２の同軸ケーブルの外部導体との間に配される第２の容量性手段とによって構成されるものである。

これによって、第１の同軸ケーブルと第２の同軸ケーブルの中心導体及び外部導体が容量性手段を介して接続されていることから、空電による避雷や誘起電流である直流成分に対しては両者が遮断され、使用周波数（高周波）に対しては導通させることができる。

さらに、前記第１の容量性手段は、前記第１の同軸ケーブルの中心導体から拡大された所定の面積を有する第１の電極と、前記第２の同軸ケーブルの中心導体から拡大された所定の面積を有すると共に所定の厚さの絶縁体を介して前記第１の電極と対峙して配される第２の電極とによって構成され、前記第２の容量性手段は、前記第１の同軸ケーブルの外部導体から拡大された所定の面積を有する第３の電極と、前記第２の同軸ケーブルの外部導体から拡大された所定の面積を有すると共に所定の厚さの絶縁体を介して前記第３の電極と対峙して配される第４の電極とによって構成されることが望ましい。また、前記絶縁体は、室内と室外とを分離する窓ガラスであることが望ましい。さらに、前記絶縁体は、樹脂等によって形成されるものであってもよい。尚、前記窓ガラスの周囲にシールド部を設けてもよい。

これによって、第１の同軸ケーブルと第２の同軸ケーブルの間を接続する第１の容量性手段を、中心導体から所定の面積（Ｓ）に拡大された第１及び第２の電極と、それらの間に介在する所定の厚さ（ｄ）の絶縁体によって構成するようにしたので、第１の容量性手段の静電容量（Ｃ＝εＳ／ｄ（ε：絶縁体の誘電率））を、最適な静電容量となるように面積Ｓを設定するものである。同様に、第２の容量性手段も同様に設定できるものである。尚、前記面積を決定するパラメータとして、使用周波数帯域、給電線のインピーダンス等を用いることもできる。これによって、室外と室内を仕切る窓ガラス等において、第１及び第２の電極、第３及び第４の電極がそれぞれ対面するように配置することによって、第１の同軸ケーブルと第２の同軸ケーブルを接続することができるものである。さらに、同軸ケーブルの接合部分を拡大したことによって、反射波を抑制することができるという効果もある。

さらに、前記第１の容量性手段は、前記第１の同軸ケーブルの中心導体と前記第２の同軸ケーブルの中心導体とを連結する第１のコンデンサであり、前記第２の容量性手段は、前記第１の同軸ケーブルの外部導体と前記第２の同軸ケーブルの外部導体とを連結する第２のコンデンサであることが望ましい。

これによって、特に窓等の絶縁体による仕切りがない場合においても、コンデンサを設けることによって同様の効果を得ることが可能となるものである。

さらに、前記第１及び第２のコンデンサに囲設されるシールドであって、前記第２の同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続されることが望ましい。

このシールドを設けることによって、信号がコンデンサを通過する場合に生じる電波を防止することが可能となる。また、このシールドが第２の同軸ケーブルの外部導体を介して装置の接地側と接続されるので、発生する電波を接地側に流すことが可能となる。

さらに、上述した構成によって、第１の同軸ケーブル及び第２の同軸ケーブルを、静電容量を介して接続したため、無線機等との間にインピーダンスを調節するための整合器を設けるようにしてもよい。この静電容量を調節するために、構造が簡単なコイルを設けるようにしてもよいが、この場合静電容量とコイルによって共振回路が構成されるために、使用可能周波数帯域が狭くなるという不具合が生じる。

本願発明によれば、第１の同軸ケーブルと第２の同軸ケーブルの中心導体及び外部導体が共に直流電流に対して遮断された状態となることから、アンテナ等に接続される第１の同軸ケーブルに避雷もしくは雷による誘起電流が発生しても第２の同軸ケーブル側への影響をなくすことができるという効果を奏する。

本願発明に係る耐雷同軸ケーブルの使用状態を示した説明図である。 実施例１に係る耐雷同軸ケーブルの第１の同軸ケーブルと第２の同軸ケーブルの遮断部分の拡大説明図である。 耐雷同軸ケーブルの概略構成図である。 実施例２に係る耐雷同軸ケーブルの概略構成図である。 （ａ）〜（ｅ）は、実施例２に係る耐雷同軸ケーブルの構成を順次説明した説明図である。

以下、本願の実施の形態について、詳細に説明する。本願発明に係る耐雷同軸ケーブルは、アンテナと接続される室外側の同軸ケーブル（第１の同軸ケーブル）と、無線装置等と接続される室内側の同軸ケーブル（第２の同軸ケーブル）とを、直流成分を遮断する容量性手段を介して接続したことを特徴とするものであり、特に中心導体同士および外部導体同士のそれぞれを、容量性手段を介して接続したことを特徴とする。これによって、アンテナに避雷した場合又は空電により誘起電流が発生した場合でも、第１の同軸ケーブルから第２の同軸ケーブルへは中心導体および外部導体の両方において遮断されているので、第２の同軸ケーブルへの伝達を確実に防止することができる。

また、前記容量性手段は、中心導体間に形成される第１の容量性手段と、外部導体間に形成される第２の容量性手段とによって構成される。前記第１の容量性手段は、第１の同軸ケーブルの端部において、その中心導体から所定の面積まで拡大して形成された第１の電極と、この第１の電極と絶縁体（誘電体）を介して配置され、第２の同軸ケーブルの端部において、その中心導体から所定の面積まで拡大して形成された第２の電極とによって構成される。また、前記第２の容量性手段は、第１の同軸ケーブルの端部において、その外部導体から所定の面積まで拡大して形成された第３の電極と、この第３の電極と絶縁体（誘電体）を介して配置され、第２の同軸ケーブルの端部において、その外部導体から所定の面積まで拡大して形成された第４の電極とによって構成される。これによって、第１の容量性手段および第２の容量性手段は、絶縁体の幅（ｄ）および誘電率（ε）と、対峙する面積（Ｓ）とによって決定される静電容量（Ｃ＝εＳ／ｄ）を有することとなる。また、それぞれの同軸ケーブルの端部が拡大して対峙することによって、遮断面における反射波を減少させることができるものである。

また、本願発明に係る耐雷同軸ケーブルにおいて、前記容量性手段によって生じる電波は、前記容量性手段を囲むようにシールドを設けることによって抑制することができるものである。

以下、本願発明の実施例１について説明する。本願発明の実施例１に係る耐雷同軸ケーブル１は、図１に示されるように、アンテナ２と接続される第１の同軸ケーブル３と、窓ガラス等の絶縁体（誘電体）７を介して前記第１の同軸ケーブル３と交流電気的に接続される第２の同軸ケーブル４とによって構成される。尚、前記耐雷同軸ケーブル１は、前記室外に配置されるアンテナ２と室内に配される無線通信機器５との間を接続するものである。尚、第２の同軸ケーブル４上には整合器６を設けることが望ましい。尚、前記第２の同軸ケーブル４の外部導体４２は、無線通信機器５の接地８と電気的に接続される。

図２で示すように、前記耐雷同軸ケーブル１の遮断部１０には、絶縁体（誘電体）７としての窓ガラスを介して、第１の同軸ケーブル３の中心導体３１から所定の面積（Ｓ）まで拡大して形成された第１の電極３３と、第２の同軸ケーブル４の中心導体４１から所定の面積（Ｓ）まで拡大して形成された第２の電極４３とが対向配置され、さらに第１の同軸ケーブル３の外部導体３２から所定の面積（Ｓ’≒Ｓであることが望ましい）まで拡大して形成された第３の電極３４と、第２の同軸ケーブル４の外部導体４２から所定の面積（Ｓ’）まで拡大して形成された第４の電極４４とが対向配置されている。これによって、絶縁体７を介して対峙する第１の電極３３と第２の電極４３とによって第１のコンデンサＣ１が構成され、さらに、絶縁体７を介して対峙する第３の電極３４と第２の電極４４とによって、第２のコンデンサＣ２が構成される。

以上の構成により、耐雷同軸ケーブル１の中心導体は第１のコンデンサＣ１により、また耐雷同軸ケーブルの外部導体は第２のコンデンサＣ２により、それぞれ遮断されているので、アンテナ２に避雷した場合や空電によりアンテナ２又は第１の同軸ケーブル３に誘起電流が流れた場合にも、第２の同軸ケーブル４側へは大きな電流が流れないため、無線通信機器５への影響を防止することが可能となる。

さらに前記絶縁体７の周囲に金属製のシールド２０を設けることによって、前記第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２より放射される電波が外部に漏れるのを防止することが可能となる。

尚、コンデンサを用いることによるインピーダンスの整合については、整合器６を設けることによって調節することが望ましい。コイル等を用いることも可能であるが、この場合には、共振回路が構成されるため、使用可能な周波数帯域が狭くなるという問題点が生じることを想定する必要がある。

以下、本願発明に係る耐雷同軸ケーブル１の実施例２について説明する。図３に示すものは、上述した実施例１の構造を概略的に示すと共に実施例１の発展型を示したものである。尚、同一の箇所および同一の効果を奏する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。

図３および図４に示すように、この実施例２において、アンテナ２等と接続される室外側の同軸ケーブル（第１の同軸ケーブル）３の中心導体３１と無線通信機器５と接続される室内側の同軸ケーブル（第２の同軸ケーブル）４の中心導体４１とは、コンデンサＣ１を介して接続され、前記第１の同軸ケーブル３の外部導体３２と前記第２の同軸ケーブル４の外部導体４２とは、コンデンサＣ２を介して接続される。また、前記コンデンサＣ１，Ｃ２には、シールド２０が囲設され、このシールド２０は前記第２の同軸ケーブル４の外部導体４２と電気的に接続される。

実施例２に係る耐雷同軸ケーブル１の遮断部１０は、具体的には図５に示すように形成されることが望ましい。図５（ａ）は、第１の同軸ケーブル３の中心導体３１と、第２の同軸ケーブル４の中心導体４１とを第１のコンデンサＣ１で接続した状態を示したものである。図５（ｂ）は、第１のコンデンサＣ１によって接続された中心導体３１、４１の上に絶縁テープ等によってシールして第１のシール部１１を形成し、その第１のシール部１１上に少なくとも一つの第２のコンデンサＣ２を配して第１の同軸ケーブル３の外部導体３２と第２の同軸ケーブル４の外部導体４２を接続するものである。そして、図５（ｃ）で示すように、第１の同軸ケーブル３の外部導体３２を完全に覆うと共に第２の同軸ケーブル４の外部導体４２を一部露出させた状態で前記第２のコンデンサＣ２上に第２のシール部１２を配する。図５（ｄ）は、第２のシール部１２の上に、前記第２の同軸ケーブル４の外部導体４２と電気的に接続される金属製のシールド２０を配した状態を示したものであり、図５（ｅ）は遮断部１０の全体を覆うように第３のシール部１３を形成することによって耐雷同軸ケーブル１が形成されるものである。

１ 耐雷同軸ケーブル
２ アンテナ
３ 第１の同軸ケーブル
４ 第２の同軸ケーブル
５ 無線通信機器
６ 整合器
７ 絶縁体（誘電体）
８ 接地
１０ 遮断部
１１ 第１のシール部
１２ 第２のシール部
１３ 第３のシール部
２０ シールド
３１，４１ 中心導体
３２，４２ 外部導体
３３ 第１の電極
３４ 第３の電極
４３ 第２の電極
４４ 第４の電極

Claims (3)

1. 室外に配されるアンテナと接続される第１の同軸ケーブルと、
   室内に配される装置と接続される第２の同軸ケーブルと、
   第１の同軸ケーブルの中心導体と第２の同軸ケーブルの中心導体との間に配される第１の容量性手段と、
   第１の同軸ケーブルの外部導体と第２の同軸ケーブルの外部導体との間に配される第２の容量性手段とによって構成されることを特徴とする耐雷同軸ケーブル。
2. 前記第１の容量性手段は、前記第１の同軸ケーブルの中心導体と前記第２の同軸ケーブルの中心導体とを連結する第１のコンデンサであり、
   前記第２の容量性手段は、前記第１の同軸ケーブルの外部導体と前記第２の同軸ケーブルの外部導体とを連結する第２のコンデンサであることを特徴とする請求項１記載の耐雷同軸ケーブル。
3. 前記第１及び第２のコンデンサに囲設されるシールドであって、前記第２の同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続されることを特徴とする請求項４記載の耐雷同軸ケーブル。

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