JP2017191970A - 広帯域避雷器 - Google Patents

Abstract

【課題】広い通過帯域特性を保持しつつ良好な避雷特性を得る。
【解決手段】通過線路１中に短絡線路２との接続点を挟んで２個のスタブ３１，３２を配置し、その配置位置と、スタブ３１，３２の長さおよび外径を、短絡線路２の中心導体２２の外径寸法に応じて、使用対象の無線周波数に対し通過線路１および短絡線路２のインピーダンスがいずれも５０Ωとなるように設定したものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、アンテナ装置等に使用される広帯域避雷器に関する。

移動通信システムの基地局等には、広いエリアをカバーするために一般に高利得のアンテナが使用される。中でもコーリニアアンテナは高利得かつ無指向性であり、上記の用途によく用いられる。この種のアンテナは、その性能が効果的に発揮されるように、山頂や高層ビルの屋上等、視界が開けている場所に設置されることが多い。このため避雷対策が必要不可欠である。

無線信号等の高周波信号を重畳する避雷器には、主に直流的に開放されている真空ギャップ方式を採用したものと、直流的に短絡されている短絡回路方式を採用したものがある。このうち、短絡回路方式を採用した避雷器は、重要な高周波信号を重畳する場合によく用いられる（例えば特許文献１を参照）。

特許第４７１２６２２号

ところが、短絡回路方式を採用した従来の避雷器は、使用する周波数帯域に合わせた１／４波長ショートスタブを挿入することにより避雷器を実現している。このため、高いインピーダンスを得ることが難しい。ショートスタブの通過帯域特性は、一般に、短絡線路が高いインピーダンスであるほど広帯域となる。反対に、良好な避雷特性を得るには、短絡線路の径を太くするなど、銅損が小さい構造を選ばなければならない。この点は、特に同軸線路等で構成する場合にあっては相反する要求となる。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、広い通過帯域特性を保持しつつ良好な避雷特性を得ることが可能な広帯域避雷器を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の第１の態様は、外部導体と中心導体との間に絶縁体を配置した同軸型をなし、複数の周波数を含む広帯域信号を通過させる通過線路と、外部導体と中心導体との間に絶縁体を配置した同軸型をなし、基端部が前記通過線路の途中に接続されると共に先端部が接地された短絡線路と、前記通過線路に挿入され、前記通過線路における前記広帯域信号の通過特性が予め設定された値となるように前記通過線路における挿入位置、長さおよび外径が設定されたスタブとを具備するものである。

この発明の第２の態様は、外部導体と中心導体との間に絶縁体を配置した同軸型をなし複数の周波数を含む広帯域信号を通過させる通過線路と、前記通過線路に挿入され前記通過線路における前記広帯域信号の通過特性が予め設定された値となるように前記通過線路における挿入位置、長さおよび外径が設定されたスタブと、外部導体と中心導体との間に絶縁体を配置した同軸型をなし基端部が前記スタブの途中に接続されると共に先端部が接地された短絡線路とを具備するものである。

この発明の第１および第２の態様によれば、通過線路にスタブが挿入され、このスタブの挿入位置、長さおよび外径が、上記通過線路を通過する広帯域信号に対する通過特性が予め設定された値となるように設定される。このため、通過線路を通過する広帯域信号に対する、電圧定在波比（Voltage Standing Wave Ratio：ＶＳＷＲ）特性、通過損失特性、群遅延特性等の電気的特性を損なうことなく、雷サージや静電気等の外来を効率良く接地端子に逃がすことが可能となる。

すなわちこの発明の各態様によれば、広い通過帯域特性を保持しつつ良好な避雷特性を得ることが可能な広帯域避雷器を提供することができる。

この発明の第１の実施形態に係る広帯域避雷器の構成を示す図。 図１に示した広帯域避雷器のＶＳＷＲ特性を示す図。 図１に示した広帯域避雷器の通過損失特性を示す図。 この発明の第２の実施形態に係る広帯域避雷器の構成を示す図。 図４に示した広帯域避雷器のＶＳＷＲ特性を示す図。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、この発明の第１の実施形態に係る広帯域避雷器の構成を示す縦断面図である。
本実施形態に係る広帯域避雷器は、使用対象となる周波数が２周波のアンテナ装置において使用されるもので、図示しないアンテナと無線機との間に配置される。広帯域避雷器は、通過線路１と、短絡線路２とを備え、短絡線路２はその基端部が上記通過線路１の中間点に接続され、先端部が接地板４に接続される。

通過線路１は同軸管からなり、外部導体１１内に中心導体１２を収容している。なお、外部導体１１と中心導体１２との間には絶縁材料（図示せず）が充填される。絶縁材料としては、例えば樹脂等の固体、空気等の気体、液体が用いられる。通過線路１は、上記使用対象となる２周波を含む広帯域信号を通過させる。短絡線路２も上記通過線路１と同じ同軸管からなり、外部導体２１内に中心導体２２を収容し、これらの外部導体２１と中心導体２２との間に絶縁材料を充填したものとなっている。上記通過線路１および短絡線路２には、外部導体１１，２１の内径および中心導体１２，２２の外径が同一値のものが使用される。

ところで、本実施形態に係る広帯域避雷器は、上記通過線路１の上記短絡線路２との接続点を挟んで対称となる位置にそれぞれスタブ３１，３２を配置している。スタブ３１，３２は、外径が通過線路１の中心導体１２より大きくかつ外部導体１１の内径より小さい円柱状の導体からなり、通過線路１の中心導体１２に対し同軸に設けられる。

上記通過線路１に対する上記短絡線路２の接続点を基準とする上記スタブ３１，３２の配置位置と、スタブ３１，３２の長さおよび外径は、短絡線路２の中心導体２２の外径寸法に応じて最適化される。すなわち、使用対象の無線周波数に対する上記通過線路１および短絡線路２のインピーダンスがいずれも５０Ωを維持するように設定される。

例えば、いま使用対象の無線周波数を１６０MHz、３５０MHzの２周波とし、通過線路１および短絡線路２の外部導体１１，２１の内径および中心導体１２，２２の外径をそれぞれ１９．９４mm、８．６６mmとすると共に、通過線路１および短絡線路２の全長をそれぞれ５５０mm、３３０mmとしたとする。この条件において、スタブ３１，３２の配置位置は、上記通過線路１に対する上記短絡線路２の接続点から１００mm離れた位置に設定され、スタブ３１，３２の長さは４２mmに、外径は１４．６２mmにそれぞれ設定される。この場合、スタブ３１，３２のインピーダンスは１８．６２Ωとなる。

このように構成された広帯域避雷器によれば、通過線路１中に短絡線路２との接続点を挟んで２個のスタブ３１，３２を配置し、その配置位置と、スタブ３１，３２の長さおよび外径を、短絡線路２の中心導体２２の外径寸法に応じて、使用対象の無線周波数に対し通過線路１および短絡線路２のインピーダンスがいずれも５０Ωとなるように設定したことによって、使用対象の無線周波数が２周波の場合に、両周波数に対し通過損失を低く抑えつつ良好な避雷特性を得ることができる。

図２は本実施形態に係る広帯域避雷器のＶＳＷＲ特性を、また図３は通過損失特性をそれぞれ示したものである。これらの特性から明らかなように、使用対象の周波数である１６０MHz と３５０MHzにおいて、ＶＳＷＲはいずれも１．０５以下を維持し、また通過損失は０．１dB以下を維持する。

［第２の実施形態］
図４は、この発明の第２の実施形態に係る広帯域避雷器の構成を示す縦断面図である。
本実施形態に係る広帯域避雷器は、使用対象となる周波数が３周波のアンテナ装置において使用されるもので、第１の実施形態と同様に図示しないアンテナと無線機との間に配置される。本実施形態の広帯域避雷器は、通過線路５と、短絡線路６とを備える。

通過線路５は同軸管からなり、外部導体５１内に中心導体５２を収容し、これらの外部導体５１と中心導体５２との間に絶縁材料を充填したものとなっている。短絡線路６も、外部導体６１内に中心導体６２を収容し、これらの外部導体６１と中心導体６２との間に絶縁材料を充填したものとなっている。通過線路５および短絡線路６には、外部導体５１，６１の内径および中心導体５２，６２の外径がいずれも同一のものが用いられる。

ところで、上記通過線路５の中間部にはスタブ７が配設されている。スタブ７は、外径が通過線路５の中心導体５２より大きくかつ外部導体５１の内径より小さい円柱状の導体からなり、通過線路５の中心導体５２に対し同軸に設けられる。短絡線路６は、基端部が上記スタブ７の長手方向の中心点に接続され、先端部が接地板８に接続される。すなわち、短絡線路６の中心導体６２は、外径が自身の外径より大きいスタブ７に接続される。

上記スタブ７の上記短絡線路６との接続点を基準とする長さと外径寸法は、短絡線路６の中心導体６２の外径寸法に応じて最適化される。すなわち、使用対象の無線周波数に対する上記通過線路５および短絡線路６のインピーダンスがいずれも５０Ωを維持するように設定される。

例えば、いま使用対象の無線周波数を１６０MHz、２５０MHz、３５０MHzの３周波とし、通過線路５および短絡線路６の外部導体５１，６１の内径および中心導体５２，６２の外径をそれぞれ２０．０mm、８．６９mmとすると共に、短絡線路６の全長を２９８mmとしたとする。この条件において、スタブ７の長さは、短絡線路６との接続点を基準に左右にそれぞれ３００mmとなるように設定され、かつ外径寸法は１０．６０mmに設定される。この場合、スタブ７の上記左右両方のインピーダンスはいずれも３８．０９Ωとなる。

以上のように構成された広帯域避雷器によれば、通過線路５中にスタブ７を配置して、その長手方向の中心点に短絡線路６を接続し、スタブ７の長さおよび外径を、短絡線路６の中心導体６２の外径寸法に応じて、使用対象の無線周波数に対し通過線路５および短絡線路６のインピーダンスがいずれも５０Ωとなるように設定したことによって、使用対象の無線周波数が３周波の場合においても、各周波数に対し通過損失を低く抑えつつ良好な避雷特性を得ることができる。

図５は本実施形態に係る広帯域避雷器のＶＳＷＲ特性を示したものである。この特性から明らかなように、使用対象の周波数である１６０MHz、２５０MHz、３５０MHzのいずれにおいても、ＶＳＷＲは１．０５以下を維持する。

［その他の実施形態］
前記第１および第２の実施形態では、アンテナと無線機との間に配置される避雷器を例にとって説明したが、複数の電子機器間において本来の信号を通過させて静電気等の外来を接地板に流すための回路としても使用できる。

その他、通過線路および短絡線路の長さ、外部導体の外径および中心導体の外径、短絡線路の接続位置に対するスタブの配置位置と、長さおよび外径等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。プリント基板上のマイクロストリップラインや平衡２線路等、他の伝送線路へ一部または全部置き換えても実施可能である。

要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１，５…通過線路、１１，５１…外部導体、１２，５２…中心導体、２，６…短絡線路、２１，６１…外部導体、２２，６２…中心導体、３１，３２，７…スタブ、４，８…接地板。

Claims (2)

1. 外部導体と中心導体との間に絶縁材料を配置した同軸型をなし、複数の周波数を含む広帯域信号を通過させる通過線路と、
   外部導体と中心導体との間に絶縁材料を配置した同軸型をなし、基端部が前記通過線路の途中に接続されると共に先端部が接地された短絡線路と、
   前記通過線路に挿入され、前記通過線路における前記広帯域信号の通過特性が予め設定された値となるように、前記通過線路における挿入位置、長さおよび外径が設定されたスタブと
   を具備することを特徴とする広帯域避雷器。
2. 外部導体と中心導体との間に絶縁材料を配置した同軸型をなし、複数の周波数を含む広帯域信号を通過させる通過線路と、
   前記通過線路に挿入され、前記通過線路における前記広帯域信号の通過特性が予め設定された値となるように、前記通過線路における挿入位置、長さおよび外径が設定されたスタブと、
   外部導体と中心導体との間に絶縁材料を配置した同軸型をなし、基端部が前記スタブの途中に接続されると共に先端部が接地された短絡線路と
   を具備することを特徴とする広帯域避雷器。