JP2012100208A - 有線通信用のスイッチ装置、これを有する電力線配線構造及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送ロスの増加を抑制し、且つ、不要輻射の発生を抑制することができる有線通信用のスイッチ装置、これを有する電力線配線構造及び電気機器を提供すること。
【解決手段】スイッチ機構５において、部分線路７１及び７２並びに中継線６１の合計の長さと、部分配線７３及び７４並びに中継線６３の合計の長さが互いに等しく、部分線路７１及び７２並びに中継線６２の合計の長さと、部分線路７３及び７４並びに中継線６４の合計の長さとが互いに等しく、また、部分配線７２の長さと部分配線７４の長さとが互いに等しくする。また、終端回路６ａを中継線６１の端点６１ｂと、中継線６３の端点６３ｂに接続する。また、終端回路６ｂを中継線６２の端点６２ｂと、中継線６４の端点６４ｂに接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２本の通信線を用いた有線通信用のスイッチ装置、これを有する電力線配線構造及び電気機器に関する。

有線通信は、ある周波数帯域の搬送波に信号を載せることで通信が行われる。例えば、有線通信のひとつである電力線搬送通信（ＰＬＣ）は、電源を供給する電力線を伝送路として通信を行うものであり、屋内電力線通信においては、電力配線に接続した通信機器間で送受信が行われる。

従来、照明器具や換気扇等の電気機器では、壁等にスイッチが設置されており、当該スイッチでその電気機器のオン・オフが制御される。例えば、特許文献１では、複数箇所にそのようなスイッチが設けられている。従来のスイッチの構成例を図１０に示す。図１０では、電源の幹線２に分岐回路９４が設けられ、分岐回路において幹線２から分岐線９３ａ及び９３ｂが分岐している。幹線２のＨｉ線２１は、分岐線９３ａ及びスイッチ装置９５を介して電気機器の本体９に接続されており、Ｌｏ線２２は分岐線９３ｂを介して電気機器の本体９に直接接続されている。

スイッチ装置９５は、分岐線９３ａを介してＨｉ線２１と接続された通信線９７ａ、配線９３ｃを介して電気機器本体９と接続された配線９７ｂ、通信線９７ａと配線９７ｂを中継する中継線９６ａ及び９６ｂ、並びに、スイッチ９５ａ及び９５ｂを有している。スイッチ９５ａは通信線９７ａと中継線９６ａ及び９６ｂとの接続を切り替え、スイッチ９５ｂは配線９７ｂと中継線９６ａ及び９６ｂとの接続を切り替える。このような構成において、電気機器本体９と幹線２とが接続したオン状態となるのは、スイッチ装置９５を以下の（イ）又は（ロ）の状態とした場合である。（イ）スイッチ９５ａ及び９５ｂを、通信線９７ａ及び配線９７ｂがいずれも中継線９６ａに接続した状態とする。（ロ）スイッチ９５ａ及び９５ｂを、通信線９７ａ及び配線９７ｂがいずれも中継線９６ｂに接続した状態とする。一方、電気機器本体９と幹線２とが接続していないオフ状態となるのは、スイッチ装置９５を以下の（ハ）又は（ニ）の状態とした場合である。（ハ）スイッチ９５ａ及び９５ｂを、通信線９７ａが中継線９６ａに接続すると共に配線９７ｂが中継線９６ｂに接続した状態とする。（ニ）スイッチ９５ａ及び９５ｂを、通信線９７ａが中継線９６ｂに接続すると共に配線９７ｂが中継線９６ａに接続した状態とする。このような構成により、離れた箇所にあるスイッチ９５ａ及び９５ｂのいずれにおいても電気機器本体９のオン状態及びオフ状態を切り替えることができる。

特開平７−２１８６９号公報

図１０の従来例では、分岐回路９４から電気機器本体９へと分岐する分岐線９３ａ及び９３ｂ、スイッチ装置９５並びに配線９３ｃで構成される線路が幹線２にとってスタブ回路となる。このスタブ回路は、スイッチオン時には電気機器本体９のインピーダンスにより終端され、スイッチオフ時にはオープン終端となる。スイッチオフ時のオープンスタブ状態では、スタブ回路による共振状態が発生し、通信周波数帯域において伝送ロスが増大するという問題がある。

また、このスタブ回路においてスイッチオン時のスタブ長は、Ｈｉ線２１側がＡＢａＢｂＫ間の長さに相当し、Ｌｏ線２２側がＤＫ間の長さに相当する。また、スイッチオフ時のスタブ長は、Ｈｉ線２１側がＡＢａＢｂ間の長さに相当し、Ｌｏ線２２側がＤＫ間の長さに相当する。ＰＬＣなどの有線通信では、ケーブルのＨｉ線とＬｏ線の長さが等しくないことは、ケーブルの平衡度が崩れて不要輻射が発生する原因になる。上記の従来例では、（ａ）スイッチオン時のＡＢａＢｂＫ間の長さとＤＫ間の長さが同じになることと、（ｂ）スイッチオフ時のＡＢａＢｂ間の長さとＤＫ間の長さとが同じになることとを同時に実現することはできない。したがって、従来例は、ＰＬＣなどの有線通信においてスタブ回路が不要輻射を発生する原因になるという問題がある。

本発明の目的は、このような従来の問題を解決するものであり、伝送ロスの増加を抑制し、且つ、不要輻射の発生を抑制することができる有線通信用のスイッチ装置、これを有する電力線配線構造及び電気機器を提供することにある。

本発明の有線通信用のスイッチ装置は、第１及び第２の通信線を介してなされる有線通信用のスイッチ装置であって、前記第１及び第２の通信線と接続する第１及び第２の配線と、電気機器の本体に接続された第１及び第２の電気機器配線と接続する第３及び第４の配線と、第１及び第２の通信線を介してなされる有線通信用のスイッチ装置であって、前記第１及び第２の通信線と接続する第１及び第２の配線と、電気機器の本体と接続する第３及び第４の配線と、前記第１の配線と前記第３の配線とを中継する第１及び第２の中継線と、前記第２の配線と前記第４の配線とを中継する第３及び第４の中継線と、前記第１の配線を前記第１の中継線の一端と接続させた第１−１状態と、前記第１の配線を前記第２の中継線の一端と接続させた第１−２状態とを選択的に取る第１のスイッチと、前記第２の配線を前記第３の中継線の一端と接続させた第２−１状態と、前記第２の配線を前記第４の中継線の一端と接続させた第２−２状態とを選択的に取る第２のスイッチと、前記第３の配線を前記第１の中継線の他端と接続させた第３−１状態と、前記第３の配線を前記第２の中継線の他端と接続させた第３−２状態とを選択的に取る第３のスイッチと、前記第４の配線を前記第３の中継線の他端と接続させた第４−１状態と、前記第４の配線を前記第４の中継線の他端と接続させた第４−２状態とを選択的に取る第４のスイッチと、前記第１の中継線の一端と、前記第３の中継線の一端とを接続する第１の終端回路と、前記第２の中継線の一端と、前記第４の中継線の一端とを接続する第２の終端回路と、を備えており、前記第１及び第３の配線並びに前記第１の中継線の合計の長さと、前記第２及び第４の配線並びに前記第３の中継線の合計の長さとが互いに等しく、前記第１及び第３の配線並びに前記第２の中継線の合計の長さと、前記第２及び第４の配線並びに前記第４の中継線の合計の長さとが互いに等しく、前記第３の配線の長さと前記第４の配線の長さとが互いに等しく、前記第１のスイッチが前記第１−１状態を取り且つ前記第２のスイッチが前記第２−１状態を取るモードと、前記第１のスイッチが前記第１−２状態を取り且つ前記第２のスイッチが前記第２−２状態を取るモードとを選択的に取り、前記第３のスイッチが前記第３−１状態を取り且つ前記第４のスイッチが前記第４−１状態を取るモードと、前記第３のスイッチが前記第３−２状態を取り且つ前記第４のスイッチが前記第４−２状態を取るモードとを選択的に取る。

本スイッチ装置を介して通信幹線と電気機器本体とを接続する際、スイッチオン時の一方の配線経路は、第１の配線、第１又は第２の中継線、及び、第３の配線の合計の長さとなり、他方の配線経路は、第２の配線、第３又は第４の中継線、及び、第４の配線の合計の長さとなる。そして、本発明によると、これらの合計の長さが互いに等しいため、スイッチオン時の両配線経路は互いに同じ長さになる。また、スイッチオフ時の一方の配線経路は、第１の配線、及び、第１又は第２の中継線の合計の長さとなり、他方の配線経路は、第２の配線、及び、第３又は第４の中継線の合計の長さとなる。そして、本発明によると、この場合も両配線経路は互いに同じ長さになる。このため、本スイッチ装置を介して通信幹線と電気機器本体とを接続する際、スイッチの状態に関わらず、スタブ回路を平衡度が高く不要輻射が発生しにくい構成とすることができる。また、スイッチオフ状態では第１又は第２の終端回路により第１及び第２の通信線が終端されているので、有線通信の伝送ロスが増加しにくい。

また、本発明において、前記第１及び第２の終端回路が同一の回路構成であることが好ましい。これによると、１及び第２の終端回路は同一の回路構成をしているため、終端回路のインピーダンスは同じである。従って、スイッチオフ状態の際に、第１及び第２の通信線を第１及び第２の終端回路のいずれの終端回路で終端させた場合でも、インピーダンス整合させて終端させることができる構成を実現できる。

また、本発明においては、前記終端回路が、通信に用いる搬送波の周波数において、第１及び第２の通信線の特性インピーダンスと整合し且つ前記第１及び第２の通信線間の印加電源をカットすることが好ましい。これによると、スイッチオフ状態では適切に終端し且つ不要に電力を消費しない構成を実現できる。

また、本発明においては、前記終端回路が、キャパシタ及び抵抗器の直列接続した回路を含んでいることが好ましい。これによると、電力供給に使用する低い周波数帯域を適切にカットする終端回路を実現できる。

また、本発明においては、前記抵抗器の抵抗値を前記第１及び第２の通信線の特性インピーダンスで除算した値が、０．８以上且つ１．３以下であることが好ましい。これによると、伝送ロスの増加が所定の程度抑制された終端回路を実現できる。

また、本発明においては、前記終端回路が、第１のキャパシタ、抵抗器、及び前記第１のキャパシタと同一の容量値を持つ第２のキャパシタがこの順序で直列接続した回路を含んでいることが好ましい。これによると、終端回路において不要輻射が発生する原因となりかねない回路構成上のバランスを向上できる。

また、本発明においては、前記終端回路が、第１の抵抗器、キャパシタ、及び前記第１の抵抗器と同一の抵抗値を持つ第２の抵抗器がこの順序で直列接続した回路を含んでいることが好ましい。これによると、終端回路において不要輻射が発生する原因となりかねない回路構成上のバランスを向上できる。

また、本発明においては、前記第２の抵抗器の抵抗値の２倍を前記第１及び第２の通信線の特性インピーダンスで除算した値が、０．８以上且つ１．３以下であることが好ましい。これによると、伝送ロスの増加が所定の程度抑制された終端回路を実現できる。

また、本発明においては、前記終端回路が、キャパシタ及び可変抵抗器の直列接続した回路を含んでいることが好ましい。これによると、第１及び第２の通信線として特性インピーダンスが様々に異なるケーブルが使用されても、可変抵抗器の抵抗値を調整できるので、ケーブルに応じて最適に整合した終端回路とすることができる。

また、本発明の別の観点における電力線配線構造は、上述の有線通信用のスイッチ装置と、第１及び第２の通信幹線と、前記第１及び第２の通信線と、前記第１及び第２の電気機器配線とを備えており、前記第１及び第２の通信線が、前記第１及び第２の通信幹線からそれぞれ分岐しており、前記第１及び第２の通信線が互いに同じ長さであり、前記第１及び第２の電気機器配線が互いに同じ長さである。これによると、（ａ）スイッチオン状態のときに第１の通信線と第１の電気機器配線との合計の長さと、第２の通信線と第２の電気機器配線との合計の長さとが同じであることと、（ｂ）スイッチオフ状態のときに第１の通信線と第２の通信線との長さが同じであることとの両方を具備する電力線配線構造が実現する。

また、本発明は、上述のスイッチ装置の前記第１及び第２の終端回路、並びに前記第１及び第２のスイッチが内蔵された照明器具や換気扇等の電気機器として実現されてもよい。

本発明の一実施の形態に係る電力線通信システムの概略構成を示す回路図である。 電気機器本体と幹線とが接続していないオフ状態のときの図１の分岐部分を表現した回路図である。 図１及び図２の終端回路においてＲ１／Ｚｏに対する伝送ロスの増加ΔＳ２１の依存性を示すグラフである。 本実施の形態及び従来例を模擬的に構成した模擬回路の回路図である。 従来例に係る模擬回路においてＰＬＣ通信機同士で通信した場合に発生する不要輻射を測定した結果を示すグラフである。 本実施の形態に係る模擬回路においてＰＬＣ通信機同士で通信した場合に発生する不要輻射を測定した結果を示すグラフである。 終端回路機構の変形例である。 終端回路機構のその他の変形例である。 終端回路機構のさらにその他の変形例である。 電動機器に終端回路機構及び一の連動スイッチを内蔵させた際の電力線通信システムの概略構成を示す回路図である。 スイッチ装置の従来例の回路図である。

以下、本発明の一実施形態である第１の実施形態に係る電力線通信システム１について図１を参照しつつ説明する。Ｈｉ線２１及びＬｏ線２２を有する幹線２（通信幹線）は、送電元である電源に接続されている。図１は、配線全体においてＨｉ側とＬｏ側とを区別しやすくするため、Ｈｉ側が太線で、Ｌｏ側が細線で示されている。幹線２からは複数の分岐線路が設けられ、各分岐線路には各種の電気機器が接続される。これらの電気機器には、幹線２からの電力が分岐線路を介して供給される。また、分岐線路に接続された電気機器同士は、分岐線路及び幹線２を介して互いにＰＬＣ（電力線搬送通信）方式での有線通信が可能に構成されている。通信用の搬送波には、電力供給に用いられる周波数帯域（例えば、ＤＣから６０Ｈｚまでの周波数帯域）とは異なる周波数帯域が用いられる。上記のような分岐構造の一つとして、幹線２には分岐回路４が設けられており、そこから分岐線路３が分岐している。分岐線路３は、Ｈｉ線２１と接続した分岐線３１（第１の通信線）及びＬｏ線２２と接続した分岐線３２（第２の通信線）を有している。分岐線３１及び３２は、互いに同じ長さを有している。分岐線路３は、スイッチ装置７を介して電気機器本体９と接続する。電気機器本体９は、照明器具や換気扇等の各種の電気機器であり、電気機器配線３３（第１の電気機器配線）及び電気機器配線３４（第２の電気機器配線）を介してスイッチ装置７に接続されている。電気機器配線３３及び３４は、互いに同じ長さを有している。

スイッチ装置７は、スイッチ機構５と終端回路機構６とを有している。スイッチ機構５は、互いに同じ長さのケーブル８１及び８２を有している。ケーブル８１及び８２には、同じ長さの３本の線路を有するケーブルが使用されている。ケーブル８１として使用されるケーブル（第１のケーブル）において、３本の線路のうち１本は、その途中（例えば中点）で分断され、部分線路７１（第１の配線）と部分線路７２（第３の配線）とに分割されている。部分線路７１は分断点８１ａにおいて分岐線３１に接続されており、部分線路７２は分断点８１ｂにおいて電気機器配線３３に接続されている。ケーブル８１において残り２本の線路は、部分線路７１と部分線路７２を中継する中継線６１（第１の中継線）及び中継線６２（第２の中継線）を構成している。中継線６１及び６２は互いに同じ長さを有している。部分線路７１において分断点８１ａと反対側の端にはスイッチ５１（第１のスイッチ）が設けられている。スイッチ５１は、部分線路７１を中継線６１の端点６１ａと接続させた状態（第１−１状態）と、部分線路７１を中継線６２の端点６２ａと接続させた状態（第１−２状態）とを選択的に取る。部分線路７２において分断点８１ｂと反対側の端にはスイッチ５２（第３のスイッチ）が設けられている。スイッチ５２は、部分線路７２を中継線６１の端点６１ｂと接続させた状態（第３−１状態）と、部分線路７２を中継線６２の端点６２ｂと接続させた状態（第３−２状態）とを選択的に取る。

ケーブル８２として使用されるケーブル（第２のケーブル）において、３本の線路のうち１本は、その途中（例えば中点）で分断され、部分線路７３（第２の配線）と部分線路７４（第４の配線）とに分割されている。このときの分断点８２ａ及び８３ｂの分断位置は、ケーブル８１における分断点８１ａ及び８１ｂの分断位置と一致している。これにより、部分線路７１は部分線路７３と同じ長さを有し、部分線路７２も部分線路７４と同じ長さを有している。部分線路７３は分断点８２ａにおいて分岐線３２に接続されており、部分線路７４は分断点８２ｂにおいて電気機器配線３４に接続されている。ケーブル８２において残り２本の線路は、部分線路７３と部分線路７４を中継する中継線６３（第３の中継線）及び中継線６４（第４の中継線）を構成している。中継線６３及び６４は互いに同じ長さを有している。部分線路７３において分断点８２ａと反対側の端にはスイッチ５３（第２のスイッチ）が設けられている。スイッチ５３は、部分線路７３を中継線６３の端点６３ａと接続させた状態（第２−１状態）と、部分線路７３を中継線６４の端点６４ａと接続させた状態（第２−２状態）とを選択的に取る。部分線路７４において分断点８２ｂと反対側の端にはスイッチ５４（第４のスイッチ）が設けられている。スイッチ５４は、部分線路７４を中継線６３の端点６３ｂと接続させた状態（第４−１状態）と、部分線路７４を中継線６４の端点６４ｂと接続させた状態（第４−２状態）とを選択的に取る。

スイッチ５１とスイッチ５３とは連動スイッチ５ａを構成している。連動スイッチ５ａは、スイッチ５１とスイッチ５３を連動させて、部分線路７１が中継線６１と接続し且つ部分線路７３が中継線６３と接続したモードと、部分線路７１が中継線６２と接続し且つ部分線路７３が中継線６４に接続したモードとを選択的に取る。同様に、スイッチ５２とスイッチ５４とは連動スイッチ５ｂを構成している。連動スイッチ５ｂは、スイッチ５２とスイッチ５４を連動させて、部分線路７２が中継線６１と接続し且つ部分線路７４が中継線６３と接続したモードと、部分線路７２が中継線６２と接続し且つ部分線路７４が中継線６４に接続したモードとを選択的に取る。ケーブル８１及び８２は、スイッチ５１及び５３同士並びにスイッチ５２及び５４同士がそれぞれ近接するように配置されている。これにより、スイッチ同士を連動させる連動機構の規模が抑えられる。

終端回路機構６は、終端回路６ａ（第１の終端回路）及び終端回路６ｂ（第２の終端回路）を有している。終端回路６ａ及び終端回路６ｂは同一の回路構成であり、電源の周波数帯域、例えばＤＣから６０Ｈｚまでの周波数帯域を通過させないキャパシタＣ１と、このキャパシタＣ１と直列に接続され、分岐線路３に使用されているケーブルの特性インピーダンスに整合する抵抗器Ｒ１とをそれぞれ有している。終端回路６ａは、一端が中継線６１の端点６１ｂと接続され、他端が中継線６３の端点６３ｂと接続されている。終端回路６ｂは、一端が中継線６２の端点６２ｂと接続され、他端が中継線６４の端点６４ｂと接続されている。このように、終端回路６ａ及び６ｂは、中継線６１〜６４において、電気機器本体９に近い方の端点（６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、６４ｂ）と接続されている。これにより、終端回路及び連動スイッチを電気機器に内蔵させる場合には、その電動機器の大きさをコンパクトにすることができる。なお、以下では、”Ｃ１”、”Ｃ２”、”Ｒ１”、”Ｒ２”などと記号単独で記載した場合、これらはキャパシタＣ１やＣ２の容量、抵抗器Ｒ１やＲ２の抵抗値を表すものとする。

以上の構成において、電気機器本体９と幹線２とが接続したオン状態になるのは、スイッチ５１〜５４を以下の（Ａ）又は（Ｂ）の状態となるように切り替えた場合である。（Ａ）部分線路７１と部分線路７２がいずれも中継線６１に接続されると共に、部分線路７３と部分線路７４がいずれも中継線６３に接続される。このとき、分岐線路３は、電気機器本体９のインピーダンス及び終端回路６ａの並列回路で終端される。（Ｂ）部分線路７１と部分線路７２がいずれも中継線６２に接続されると共に、部分線路７３と部分線路７４がいずれも中継線６４に接続される。このとき、分岐線路３は、電気機器本体９のインピーダンス及び終端回路６ｂの並列回路で終端される。スイッチ５１〜５４を上記の（Ａ）又は（Ｂ）の状態となるように切り替えた場合、電気機器本体９が、分岐線路３、スイッチ装置７、並びに、電気機器配線３３及び３４を介して、幹線２に接続される。これにより、幹線２からの電力が電気機器本体９に供給され、電気機器本体９が作動する。

また、電気機器本体９と幹線２とが接続していないオフ状態になるのは、スイッチ５１〜５４を以下の（Ｃ）又は（Ｄ）の状態となるように切り替えた場合である。（Ｃ）部分線路７１が中継線６１に接続され部分線路７２が中継線６２に接続されると共に、部分線路７３が中継線６３に接続され部分線路７４が中継線６４に接続される。このとき、分岐線路３は、終端回路６ａで終端される。（Ｄ）部分線路７１が中継線６２に接続され部分線路７２が中継線６１に接続されると共に、部分線路７３が中継線６４に接続され部分線路７４が中継線６３に接続される。このとき、分岐線路３は、電気機器本体９のインピーダンス及び終端回路６ｂで終端される。スイッチ５１〜５４を上記の（Ｃ）又は（Ｄ）の状態となるように切り替えた場合、電気機器本体９には電力が供給されなくなり、電気機器本体９の動作が停止する。また、このとき、分岐線路３は終端回路機構６の終端回路６ａ又は６ｂにより終端されるので、幹線２を介して行われる有線通信においてスタブ共振を発生させる原因となる開放終端（オープンスタブ）の状態が回避される。このため、有線通信における伝送ロスの増加を抑えることができる。

次に、図２及び図３を参照しつつ、スイッチ電気機器本体９と幹線２とが接続していないオフ状態のときの伝送ロスについて説明する。なお、以下において、スイッチ５１〜５４を上記の（Ｃ）の状態に切り替えて、分岐線路３を終端回路６ａで終端した場合の伝送ロスについて説明するが、スイッチ５１〜５４を上記の（Ｄ）の状態に切り替えて、分岐線路３を終端回路６ｂで終端した場合についても同様に適用することができる。図２は、スイッチ電気機器本体９と幹線２とが接続していないオフ状態のときの図１の分岐部分を回路図で表現したものである。この回路のＳパラメータにおける伝送特性Ｓ２１及び幹線２からスタブ側（分岐線路３側）を見たインピーダンスＺは、それぞれ以下のように表される。ここで、Ｚｏは分岐線路３に用いられているケーブルの特性インピーダンスであり、Ｚｓは終端回路６ａのインピーダンスである。また、θは分岐線路３の電気長である。ｊは虚数単位を表す。

Ｓ２１＝１／｛１＋Ｚｏ／（２＊Ｚ）｝，Ｚ＝（Ｚｓ＊ｃｏｓθ＋ｊ＊Ｚｏ＊ｓｉｎθ）／（ｃｏｓθ＋ｊ＊（Ｚｓ／Ｚｏ）＊ｓｉｎθ）

スタブ回路における伝送ロスが最も大きいのは、スタブが共振状態となるθ＝９０°又はθ＝１８０°の場合である。これらそれぞれの場合のＳ２１は以下のとおりである。なお、θ＝９０°の場合のＳ２１をＳ２１（９０°）とし、θ＝１８０°の場合のＳ２１をＳ２１（１８０°）とする。

Ｓ２１（９０°）＝１／｛１＋Ｚｓ／（２＊Ｚｏ）｝，Ｓ２１（１８０°）＝１／｛１＋Ｚｏ／（２＊Ｚｓ）｝

通信に使用する周波数帯域で伝送ロスＳ２１を小さくするには、スタブの終端をスタブのケーブルの特性インピーダンスに整合すること、即ち、Ｚｓ＝Ｚｏとすればよい。分岐線路３をインピーダンス整合するように終端した場合、分岐回路４への入力信号は、２つの出力方向へと等分配され、周波数特性が最も平坦になる。一方、終端回路６ａのインピーダンスＺｓは、Ｚｓ＝Ｒ１＋１／（ｊ＊ω＊Ｃ１）で表されるが、Ｃ１は電源周波数カットが目的で設けられるため、通信に使用する周波数帯域ではＣ１の影響は無視できるように選択される。したがって、通信に使用する周波数帯域では、Ｚｓ≒Ｒ１の関係となる。Ｒ１は、分岐線路３がインピーダンス整合しつつ終端するように、Ｒ１＝Ｚｏと調整する。

ここで、Ｒ１／Ｚｏが、終端がインピーダンス整合（以下、「整合終端」とする）した状態であるＲ１／Ｚｏ＝１からわずかに変動した場合を考える。Ｒ１／Ｚｏが整合終端からずれてくることで、伝送ロスが増加してくる。Ｒ１がＲ１／Ｚｏ＝１を満たす状態から少しずれたとするとき、Ｒ１／Ｚｏが整合終端からずれたときの伝送ロスの増加ΔＳ２１は以下のように表される。なお、θ＝９０°の場合のΔＳ２１をΔＳ２１（９０°）とし、θ＝１８０°の場合のΔＳ２１をΔＳ２１（１８０°）とする。また、｜ｘ｜はｘの絶対値を表している。

ΔＳ２１（９０°）＝｜２０＊ｌｏｇ_１０［１／｛１＋Ｒ１／（２＊Ｚｏ）｝］−２０＊ｌｏｇ_１０｛１／（１＋１／２）｝｜

ΔＳ２１（１８０°）＝｜２０＊ｌｏｇ_１０［１／｛１＋Ｚｏ／（２＊Ｒ１）｝］−２０＊ｌｏｇ_１０｛１／（１＋１／２）｝｜

図３は、ΔＳ２１（９０°）及びΔＳ２１（１８０°）のＲ１／Ｚｏに対する依存性を示している。図３より、ロスの増加を１ｄＢ以下に抑えるには、Ｒ１／Ｚｏは０．８〜１．３の範囲内にすればよいことが分かる。以上のように、Ｒ１／Ｚｏが整合終端の状態からわずかに変動した場合でも、伝送ロスの増加が抑圧される。

なお、上述したように、終端回路６ａ又は６ｂは同一の回路構成をしているため、終端回路のインピーダンスは同じである。従って、電気機器本体９と幹線２とが接続していないオフ状態である際に、分岐線路３を終端回路６ａ及び６ｂのいずれの終端回路で終端させた場合でも、分岐線路３をインピーダンス整合させて終端させることができる構成を実現できる。

また、上記（Ａ）〜（Ｄ）の場合のスタブ長は以下のとおりである。（Ａ）（スイッチオン）Ｈｉ線２１側が端子４ａから端子８１ａ、６１ａ、６１ｂ及び８１ｂを経て端子９１までの長さ（以下、「長さＬ１」とする）に相当し、Ｌｏ線２２側が端子４ｂから端子８２ａ、６３ａ、６３ｂ及び８２ｂを経て端子９２までの長さ（以下、「長さＬ２」とする）に相当する。（Ｂ）（スイッチオン）Ｈｉ線２１側が端子４ａから端子８１ａ、６２ａ、６２ｂ及び８１ｂを経て端子９１までの長さ（以下、「長さＬ３」とする）に相当し、Ｌｏ線２２側が端子４ｂから端子８２ａ、６４ａ、６４ｂ及び８２ｂを経て端子９２までの長さ（以下、「長さＬ４」とする）に相当する。（Ｃ）（スイッチオフ）Ｈｉ線２１側が端子４ａから端子８１ａ及び６１ａを経て端子６１ｂまでの長さ（以下、「長さＬ５」とする）に相当し、Ｌｏ線２２側が端子４ｂから端子８２ａ及び６３ａを経て端子６３ｂまでの長さ（以下、「長さＬ６」とする）に相当する。（Ｄ）（スイッチオフ）Ｈｉ線２１側が端子４ａから端子８１ａ及び６２ａを経て端子６２ｂまでの長さ（以下、「長さＬ７」とする）に相当し、Ｌｏ線２２側が端子４ｂから端子８２ａ及び６４ａを経て端子６４ｂまでの長さ（以下、「長さＬ８」とする）に相当する。

上記の通り、分岐線３１及び３２同士、電気機器配線３３及び３４同士、中継線６１〜６４同士、部分線路７１及び７３同士、並びに、部分線路７２及び７４同士が、それぞれ互いに同じ長さを有している。このことから、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４且つＬ５＝Ｌ６＝Ｌ７＝Ｌ８との関係が成立する。したがって、スイッチオン時・オフ時ともに、Ｈｉ線２１側の線路のスタブ長とＬｏ線２２側の線路のスタブ長が等しく、スタブ回路の平衡をとることができる。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本実施の形態及び従来例を模擬的に構成した模擬回路１１０〜１３０を示している。模擬回路１１０〜１３０はいずれもＰＬＣ通信機１４１及び１４２を結ぶ通信回路である。ＰＬＣ通信機１４１及び１４２は、模擬回路１１０〜１３０を介してＰＬＣ方式により通信する。模擬回路１１０は、本実施の形態のうち、幹線２及び分岐線路３を抽出して構成したものに対応し、図４（ａ）に示すように、通信幹線１１１及び１１２並びに分岐線１１３及び１１４からなる。分岐線１１３及び１１４は、ＰＬＣ通信機１４１及び１４２からそれぞれＬａ及びＬｂだけ離れた位置に配置されており、いずれもＬｃの長さを有している。

模擬回路１２０は、図１０の従来例に対応し、図４（ｂ）に示すように、通信幹線１２１及び１２２、突出部１２３及びスイッチ１２４からなる。突出部１２３は、ＰＬＣ通信機１４１及び１４２からそれぞれＬａ及びＬｂだけ離れた位置において、Ｌｃの長さだけ通信幹線１２２を突出させた部分である。スイッチ１２４は突出部１２３の途中に設けられており、オン状態を取っている。突出部１２３は、図１０の従来例において、スイッチ装置９５の設置のために設けられた、分岐線９３ａ及び９３ｂ、スイッチ装置９５内の配線、並びに、配線９３ｃからなるスタブ回路に対応する。

模擬回路１３０は、図１の本実施の形態に対応し、図４（ｃ）に示すように、通信幹線１３１及び１３２、突出部１３３及び１３４、並びに、スイッチ１３５及びスイッチ１３６からなる。突出部１３３及び突出部１３４は、ＰＬＣ通信機１４１及び１４２からそれぞれＬａ及びＬｂだけ離れた位置において、通信幹線１３１及び１３２をそれぞれＬｃの長さだけ突出させた部分である。スイッチ１３５及び１３６は、それぞれ突出部１３３及び１３４の途中に設けられており、いずれもオン状態を取っている。突出部１３３及び１３４は、図１の構成において、スイッチ５１〜５４の設置のために設けられた、分岐線３１及び３２、電気機器配線３３及び３４、並びに、スイッチ装置７内の配線からなるスタブ回路に対応する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、模擬回路１１０〜１３０においてＰＬＣ通信機１４１及び１４２間で通信した場合に発生する不要輻射を、通信周波数を変化させつつ測定した結果を示している。この測定では、Ｌａ＝Ｌｂ＝３ｍ、Ｌｃ＝１．５ｍとし、各模擬回路における分岐位置に対応する位置（図４の破線で囲んだ位置）からＬｃとは反対方向に３ｍ離隔した位置において不要輻射を測定した。また、通信幹線１１１等に使用したケーブルはＶＶＦ（ビニル絶縁ビニルシースケーブル平型）φ１．６ｍｍである。図５（ａ）及び図５（ｂ）の横軸は通信周波数を示しており、縦軸は不要輻射における電界強度を示している。折れ線ｇ１〜ｇ３は、模擬回路１１０、１２０及び１３０にそれぞれ対応している。折れ線ｇ１は、模擬回路１１０からの不要輻射、つまり、分岐線そのものの存在に起因して発生する不要輻射を示している。模擬回路１２０は、分岐ケーブルにおいて片方の線にのみスイッチを挿入したため、通信幹線１２１及び１２２の長さが同じでなくなっている。このため、折れ線ｇ２に示すように、同じ長さの２本の分岐線１１３及び１１４を有する模擬回路１１０に比べて不要輻射が増大している。一方、模擬回路１３０は、ケーブルの両方の線にバランスよくスイッチを挿入することにより、通信幹線１３１及び１３２が同じ長さになっている。このため、折れ線ｇ３に示すように、模擬回路１１０と比べても不要輻射の増大がない。

以上のように、本実施の形態によると、スイッチに起因する不要輻射の増大を抑えられることがわかる。また、上記の通り、図１のスタブ回路において、（Ａ）の状態の一方のスタブ長Ｌ１と他方のスタブ長Ｌ２が互いに等しい。そして、（Ｂ）の状態の一方のスタブ長Ｌ３と他方のスタブ長Ｌ４が互いに等しい。したがって、スイッチ機構５がオン状態であるときのＨｉ側及びＬｏ側のスタブ長が互いに等しい。さらに、図１のスタブ回路において、（Ｃ）の状態の一方のスタブ長Ｌ５と他方のスタブ長Ｌ６が互いに等しい。そして、（Ｄ）の状態の一方のスタブ長Ｌ７と他方のスタブ長Ｌ８が互いに等しい。したがって、スイッチ機構５がオフ状態であるときのＨｉ側及びＬｏ側のスタブ長が互いに等しい。よって、スイッチ機構５の状態に関わらず、スタブ回路の平衡度が高く不要輻射が発生しにくい回路が実現する。

（終端回路機構の第１の変形例）
以下、本実施の形態における終端回路機構６の変形例について説明する。図６は、第１の変形例に係る終端回路機構４１を示している。終端回路機構４１は、終端回路４１ａ及び４１ｂを有しており、この終端回路４１ａ及び４１ｂは、キャパシタＣ２、抵抗器Ｒ１及びキャパシタＣ２をこの順で直列に接続した回路であり、Ｃ２＝Ｃ１＊２の関係を満たす。終端回路機構６の終端回路６ａや６ｂでは、信号が分岐線３１から分岐線３２に向かう場合とその逆に向かう場合とで通過する経路が異なるため、バランスが崩れ、不要輻射が発生する原因となりかねない。これに対して終端回路４１ａ及び４１ｂによると、インピーダンスが終端回路６ａ及び６ｂと同じであり且つ分岐線３１から見た場合の構成と分岐線３２から見た場合の構成とが同じになるため、回路構成のバランスを向上できる。

（終端回路機構の第２の変形例）
図７は、第２の変形例に係る終端回路機構４２を示している。終端回路機構４２は、終端回路４２ａ及び４２ｂを有しており、この終端回路４２ａ及び４２ｂは、抵抗器Ｒ２、キャパシタＣ１及び抵抗器Ｒ２をこの順で直列に接続した回路であり、Ｒ２＝Ｒ１／２の関係を満たす。終端回路機構４２によると、終端回路機構４１と同様、終端回路４１ａ及び４１ｂのインピーダンスが終端回路６ａ及び６ｂと同じであり且つ分岐線３１から見た場合の構成と分岐線３２から見た場合の構成とが同じになるため、回路構成のバランスを向上できる。なお、上述の通り、伝送ロスの増加を１ｄＢ以下に抑えるには、Ｒ１／Ｚｏが０．８〜１．３の範囲内であればよい。したがって、本変形例においては、２＊Ｒ２／Ｚｏが０．８〜１．３の範囲内であればよいこととなる。

（終端回路機構の第３の変形例）
図８は、第３の変形例に係る終端回路機構４３を示している。終端回路機構４３は、終端回路４３ａ及び４３ｂを有しており、この終端回路４３ａ及び４３ｂは、キャパシタＣ１と可変抵抗器Ｒ３を直列に接続した回路である。可変抵抗器Ｒ３の抵抗値を調整することにより、分岐線路３として特性インピーダンスが様々に異なるケーブルが使用されても、終端回路機構４３において最適に整合した終端とすることができる。

＜変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、上述の実施の形態では有線通信の方式としてＰＬＣが想定されているが、その他の通信方式が想定されてもよい。

また、図９に示すように、電気機器２３が、電気機器本体９に加え、終端回路機構６（終端回路６ａ及び６ｂ）、及び電気機器本体９に距離的に近い方の１つの連動スイッチ５ｂ（スイッチ５２及び５４）を内蔵していてもよい。このとき、他方の連動スイッチ５ａ（スイッチ５１及び５３）は、例えば、壁等に設置させておけばよい

また、上述の実施形態では、部分線路７１及び７３同士、部分線路７２及び７４同士、並びに、中継線６１〜６４同士がそれぞれ同じ長さを有している。一方、上記（Ａ）〜（Ｄ）のいずれにおいてもスタブ回路の平衡度を高くするための条件は、Ｌ１＝Ｌ２、Ｌ３＝Ｌ４、Ｌ５＝Ｌ６及びＬ７＝Ｌ８の関係を全て満たすことである。スイッチ機構５内の配線においてこれを満たすための必要条件は、（１）部分線路７１及び７２並びに中継線６１の合計の長さと部分線路７３及び７４並びに中継線６３の合計の長さとが等しいことと、（２）部分線路７１及び７２並びに中継線６２の合計の長さと部分線路７３及び７４並びに中継線６４の合計の長さとが等しいことと、（３）部分線路７２の長さと部分線路７４の長さとが等しいこととの３つの条件を同時に満たすことである。ここで、分岐線３１及び３２同士並びに電気機器配線３３及び３４同士がそれぞれ同じ長さを有しているとする。このとき、（１）からＬ１＝Ｌ２が、（２）からＬ３＝Ｌ４が、（１）及び（３）からＬ５＝Ｌ６が、（２）及び（３）からＬ７＝Ｌ８がそれぞれ導かれる。したがって、本発明の実施例としては少なくともこれら３つの条件を満たすものであればよく、例えば中継線６１と中継線６２とが異なる長さを有するものであってもよいし、部分線路７３と部分線路７４とが異なる長さを有するものであってもよい。

１ 電力線通信システム
２ 幹線
３ 分岐線路
５ スイッチ機構
５ａ 連動スイッチ
５ｂ 連動スイッチ
６ 終端回路機構
６ａ 終端回路
６ｂ 終端回路
７ スイッチ装置
９ 電気機器本体
５１−５４ スイッチ
６１−６４ 中継線
７１−７４ 部分線路
８１、８２ ケーブル

Claims (11)

1. 第１及び第２の通信線を介してなされる有線通信用のスイッチ装置であって、
   前記第１及び第２の通信線と接続する第１及び第２の配線と、
   電気機器の本体に接続された第１及び第２の電気機器配線と接続する第３及び第４の配線と、
   前記第１の配線と前記第３の配線とを中継する第１及び第２の中継線と、
   前記第２の配線と前記第４の配線とを中継する第３及び第４の中継線と、
   前記第１の配線を前記第１の中継線の一端と接続させた第１−１状態と、前記第１の配線を前記第２の中継線の一端と接続させた第１−２状態とを選択的に取る第１のスイッチと、
   前記第２の配線を前記第３の中継線の一端と接続させた第２−１状態と、前記第２の配線を前記第４の中継線の一端と接続させた第２−２状態とを選択的に取る第２のスイッチと、
   前記第３の配線を前記第１の中継線の他端と接続させた第３−１状態と、前記第３の配線を前記第２の中継線の他端と接続させた第３−２状態とを選択的に取る第３のスイッチと、
   前記第４の配線を前記第３の中継線の他端と接続させた第４−１状態と、前記第４の配線を前記第４の中継線の他端と接続させた第４−２状態とを選択的に取る第４のスイッチと、
   前記第１の中継線の一端と、前記第３の中継線の一端とを接続する第１の終端回路と、
   前記第２の中継線の一端と、前記第４の中継線の一端とを接続する第２の終端回路と、
   を備えており、
   前記第１及び第３の配線並びに前記第１の中継線の合計の長さと、前記第２及び第４の配線並びに前記第３の中継線の合計の長さとが互いに等しく、
   前記第１及び第３の配線並びに前記第２の中継線の合計の長さと、前記第２及び第４の配線並びに前記第４の中継線の合計の長さとが互いに等しく、
   前記第３の配線の長さと前記第４の配線の長さとが互いに等しく、
   前記第１のスイッチが前記第１−１状態を取り且つ前記第２のスイッチが前記第２−１状態を取るモードと、前記第１のスイッチが前記第１−２状態を取り且つ前記第２のスイッチが前記第２−２状態を取るモードとを選択的に取り、
   前記第３のスイッチが前記第３−１状態を取り且つ前記第４のスイッチが前記第４−１状態を取るモードと、前記第３のスイッチが前記第３−２状態を取り且つ前記第４のスイッチが前記第４−２状態を取るモードとを選択的に取ることを特徴とする、有線通信用のスイッチ装置。
2. 前記第１及び第２の終端回路が同一の回路構成であることを特徴とする、請求項１に記載の有線通信用のスイッチ装置。
3. 前記終端回路が、通信に用いる搬送波の周波数において前記第１及び第２の通信線の特性インピーダンスと整合し、且つ、前記第１及び第２の通信線間の印加電源をカットすることを特徴とする、請求項２に記載の有線通信用のスイッチ装置。
4. 前記終端回路が、キャパシタ及び抵抗器の直列接続した回路を含んでいることを特徴とする、請求項３に記載の有線通信用のスイッチ装置。
5. 前記抵抗器の抵抗値を前記第１及び第２の通信線の特性インピーダンスで除算した値が、０．８以上且つ１．３以下であることを特徴とする、請求項４に記載の有線通信用のスイッチ装置。
6. 前記終端回路が、第１のキャパシタ、抵抗器、及び前記第１のキャパシタと同一の容量値を持つ第２のキャパシタがこの順序で直列接続した回路を含んでいることを特徴とする、請求項３に記載の有線通信用のスイッチ装置。
7. 前記終端回路が、第１の抵抗器、キャパシタ、及び前記第１の抵抗器と同一の抵抗値を持つ第２の抵抗器がこの順序で直列接続した回路を含んでいることを特徴とする、請求項３に記載の有線通信用のスイッチ装置。
8. 前記第２の抵抗器の抵抗値の２倍を前記第１及び第２の通信線の特性インピーダンスで除算した値が、０．８以上且つ１．３以下であることを特徴とする、請求項７に記載の有線通信用のスイッチ装置。
9. 前記終端回路が、キャパシタ及び可変抵抗器の直列接続した回路を含んでいることを特徴とする、請求項３に記載の有線通信用のスイッチ装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の有線通信用のスイッチ装置と、
    第１及び第２の通信幹線と、
    前記第１及び第２の通信線と、
    前記第１及び第２の電気機器配線とを備えており、
    前記第１及び第２の通信線が、前記第１及び第２の通信幹線からそれぞれ分岐しており、
    前記第１及び第２の通信線が互いに同じ長さであり、
    前記第１及び第２の電気機器配線が互いに同じ長さであることを特徴とする、有線通信用の電力線配線構造。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の有線通信用のスイッチ装置における前記第１及び第２の終端回路、並びに前記第１及び第２のスイッチを内蔵した電気機器。

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