JP3611822B2 - 同軸形保安器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、同軸ケーブルの途中に設ける避雷装置として利用する。本発明は、ディジタル放送衛星からのテレビジョン信号を受信するために、屋外に配置されたアンテナ設備から屋内に配置された受像機への引き込み線に挿入するために開発された装置であるが、この他の装置にも同軸保安器として利用することができる。本発明は、屋外設備からの高周波信号を同軸ケーブルに伝送するとともに、その屋外設備で必要な電力を屋内装置から供給するために、その同軸ケーブルに直流電流を重畳して伝送する方式に利用する保安器として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
衛星放送受信用の装置として、アンテナを屋外に設置し、アンテナと一体的に構成された高周波回路により、受信信号を同軸ケーブルで伝送することができる周波数帯域の信号に変換し、屋外のアンテナ設備と屋内の受像機との間を同軸ケーブルにより接続する装置が広く利用されるようになった。同軸ケーブルは、その外部導体を接地電位に固定的に接続して利用することができる。したがって、近隣で発生する落雷等による誘導電流から装置を防護するためには、同軸ケーブルの内部導体と外部導体との間に避雷素子を接続する構成が知られている。そしてこのための避雷素子として旧くからガス入り放電避雷管が利用されている。ガス入り放電避雷管は、電極間にたとえば１００Ｖ程度の電圧が発生すると、内部に封入されたガスがイオン化して電極間が実質的に短絡状態になる。
【０００３】
また、屋外に設置したアンテナと屋内に設置した受像機とを同軸ケーブルで接続する構成では、同軸ケーブルの内部導体と外部導体との間にコイルを定常的に接続しておく技術が旧くから知られている。このコイルは、具体的には比較的太い銅線を数回巻いた簡単なインダクタであり、その同軸ケーブルに伝送される高周波信号周波数に対して十分に大きいインピーダンスを呈するものである。このようなコイルを接続しておくと、高周波信号周波数の伝送特性に影響を与えることなく、同軸ケーブルの内部導体と外部導体との間の直流電位をつねに等しくしておくことができるから、特別な避雷素子や避雷回路を挿入する必要がなくなる優れた構造である。
【０００４】
さらに避雷回路に利用する避雷素子として、ゼナーダイオードその他半導体素子が利用されている。半導体素子は放電避雷管にくらべて、耐電圧容量や耐電流容量は小さいが、高い電圧が印加されたときに短絡状態になるまでの時間が短いから、避雷素子が動作を開始するまでの間に装置に高い電圧が印加されることがないすぐれた特徴がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ディジタル放送衛星からの信号を受信する装置では、屋外に設置するアンテナ設備と、屋内に設ける受像機との間の配線を単純化するために、この配線用ケーブルとして同軸ケーブルを用い、その同軸ケーブルにはテレビジョン信号である高周波信号とともに、屋外設備に設けられた電子回路を動作させるための電源電流を重畳して伝送する方式が利用されるようになった。このような方式の電源用の電圧および電流を例示すると、１５Ｖ１００ｍＡである。このような方式では、避雷素子として、同軸ケーブルの内部導体と外部導体との間にコイルを定常的に接続しておくことはできない。
【０００６】
上記ガス入り放電避雷管を利用するものは、大きい放電電流を通過せることができるが、その構造や封入ガスを工夫しても放電開始電圧は８０Ｖ程度より低く設計することができない。また電圧が印加されてから封入ガスがイオン化されるまでの時間は動作しないので、一般に数ミリ秒程度の動作時間遅れがある。このために、落雷などの誘導電流が発生すると、放電避雷管が動作を開始するまでの短い時間に、異常高電圧が装置に進入し、屋外設備のアンテナや屋内の受像機に設けられた集積回路などを破損する可能性は低くならない欠点がある。
【０００７】
一方、ＣＳディジタル放送衛星からの信号を受信するための設備では、チャネル数の増大に伴い、屋外アンテナと受像機の間に設けられる同軸ケーブルを通過する信号の周波数帯域幅が拡大された。従来のシステムでは、０．４ＧＨｚから１．５ＧＨｚであったものが、最近のシステムでは、０．４ＧＨｚから２．１５ＧＨｚの周波数帯域の信号を同軸ケーブルに伝送するようになった。しかも、この電源電流は受像機側から屋外設備に送る直流電源の電圧を遠隔制御のための制御信号として利用するように設定された。たとえばＣＳディジタル放送衛星を受信するための設備では、受像器から屋外設備に送る直流電圧を１５Ｖと１７Ｖとの間で切り替えることにより、屋外設備では受信する電波の偏波を９０度変更することができるようにしたものがある。同軸ケーブルの途中に設ける避雷回路の中に半導体素子を利用する場合には、この直流電圧の変化にしたがって、半導体素子に印加されるバイアス電圧が変化し、伝送周波数における高周波特性が変化することがある。このような装置では、この高周波特性の変化は許容される範囲に設計されなければならない。
【０００８】
このように避雷回路にはさまざまな制約条件があるが、その一方で、避雷回路は安価でなければならない。また避雷回路は簡単な構造でなければならない。所望の特性の避雷回路を複雑な回路構成により実現したのでは、避雷回路の故障が装置故障の原因になることがあり、また複雑な回路構成の避雷回路は、全体の装置価格を押し上げることになる。さらに特殊な部品を利用するものは、量産することができずどうしても高価になってしまう。
【０００９】
本発明はこのような背景に行われたものであって、同軸ケーブルの伝送特性を２ＧＨｚを越える周波数帯まで確保することができる同軸形保安器を提供することを目的とする。本発明は、同軸ケーブルに給電用直流電流が重畳される方式に利用することができる同軸形保安器を提供することを目的とする。本発明は、その給電用直流の電圧を変化させることにより制御を行う方式に適用可能な同軸形保安器を提供することを目的とする。本発明は、到来する異常高電圧に対して即動性であり、装置の集積回路を保護することができる同軸形保安器を提供することを目的とする。本発明は、特殊な部品を使うことなく安価に量産することができる同軸形保安器を提供することを目的とする。本発明は、とくにディジタル衛星放送受信設備に利用するに適する同軸形保安器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、サージ電流の侵入が想定される同軸ケーブルが接続される第一の同軸端子と、サージ電流から保護されるべき装置側の同軸ケーブルが接続される第二の同軸端子との間の外部導体および内部導体をそれぞれ二つの金属導体により直接結合するとともに、その二つの金属導体の間に、避雷回路としてコイルとゼナーダイオードの直列回路を接続することを最大の特徴とする。この構造はきわめて単純かつ基本的な構造であり、故障が少なく、異常電圧に対して即動性であり、一般に市販されている安価な部品を利用して構成することができる。
【００１１】
すなわち本発明は、サージ電流の侵入が想定される第一の同軸端子（Ｆ_１ ）と、サージ電流から保護されるべき装置に接続される第二の同軸端子（Ｆ_２ ）とを備え、前記第一および第二の同軸端子の外部導体が第一の金属導体（Ｍ_１ ）により相互に連結され、前記第一および第二の同軸端子の内部導体が第二の金属導体（Ｍ_２ ）により相互に連結され、前記第一の金属導体と前記第二の金属導体との間に所定値を越える電圧が発生したときにこの二つの金属導体（Ｍ_１ 、Ｍ_２ ）の間を電気的に短絡させる避雷回路が設けられた同軸形保安器において、その避雷回路は、前記二つの同軸端子を通過する高周波信号に対して十分に大きいインピーダンスを呈するコイル（Ｌ）と、前記第二の同軸端子から前記第一の同軸端子に対して前記内部導体と前記外部導体との間に供給される給電電圧より高い電圧で導通状態となる半導体素子（Ｚ）との直列回路を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記括弧内の記号はあとから説明する実施例図面の参照記号である。これは本発明の構成を理解しやすいように付すものであって、本発明をこの実施例に限定して理解するためのものではない。以下の説明においても同様である。
【００１３】
あとから実施例について構造および特性を詳しく説明するが、上記構成では、ＣＳディジタル放送衛星について旧方式の信号を受信する装置に利用することができるが、帯域が拡張された新しい方式の信号を受信する装置には、高周波特性がやや不足する。したがって、本発明は、前記半導体素子（Ｚ）と並列に、前記高周波信号に対して十分に低いインピーダンスを呈する複数のコンデンサ（Ｃ_１ 、Ｃ_２ 、Ｃ_３ 、Ｃ_４ ）が接続され、そのコンデンサの外部導体側端子は、その複数のコンデンサの少なくとも一つ（Ｃ_１ 、Ｃ_２ ）については前記第一の同軸端子（Ｆ_１ ）の外部導体の近辺に接続され、少なくとも他の（Ｃ_３ 、Ｃ_４ ）一つについては前記第二の同軸端子（Ｆ_２ ）の外部導体の近辺に接続された構造とすることが望ましい。この構成により、利用周波数領域はさらに拡大することができる。
【００１４】
前記半導体素子として、ゼナーダイオードを用いることができ、前記ゼナーダイオード（Ｚ）は、二つのゼナーダイオード素子が突き合わせに直列接続された双方向性のゼナーダイオードとすることが望ましい。この構造により、屋内装置から屋外装置に供給する直流電源の電圧変更することにより、受信電波を変更するなどの制御を行う場合にも、その高周波特性に影響を与えることがなくなる。
【００１５】
前記半導体素子として、ゼナーダイオード以外に、バリスタ素子、ｐｎｐｎ素子などを用いることができる。
【００１６】
さらに本発明は、前記高周波信号に対して十分に低いインピーダンスを呈するコンデンサとして、セラミック・コンデンサを利用することができる。セラミック・コンデンサは２ＧＨｚを越える周波数まで、その特性が安定な素子をきわめて安価に利用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図面を利用して本発明実施例装置についてさらに詳しく説明する。図１は本発明実施例装置の回路図である。図２はその実施例装置の構造を説明する斜視図である。
【００１８】
屋外装置に接続される第一の同軸端子Ｆ_１ 、および屋内装置に接続される第二の同軸端子Ｆ_２ の各外部導体は、一つの金属導体である金属板Ｍ_１ に並べて取り付けられる。この二つの同軸端子Ｆ_１ およびＦ_２ の内部導体は、その金属導体Ｍ_１ に設けられた穴を貫通し、小さい回路基板の上に形成された金属導体Ｍ_２ により相互に結合される。金属導体Ｍ_１ はその四辺でそれぞれ折り返され、この回路基板の電極ｍ_１ と各片２箇所ずつ合計８箇所で、回路基板を貫通する孔を介して接続される。この電極ｍ_１ はこの装置の利用状態では、同軸端子Ｆ_２ に接続される同軸ケーブルの外部導体を介して接地電位に接続された状態となる。さらに具体的に例示すると、この保安装置は同軸ケーブルの屋外と屋内を分ける軒下、あるいは窓枠の近傍に取り付けられ、この金属導体Ｍ_１ は地中に埋められた炭素棒に銅線で接続される。鎖線Ｂはこの装置を覆う金属ケースの外形状を示す。この金属ケースＢは、その縁部（図の下部）で金属導体Ｍ_１ と接触し接地電位に維持される。
【００１９】
そしてこの回路基板の上に、避雷回路として、コイルＬおよびゼナーダイオードＺの直列回路を接続する。このコイルＬの金属導体Ｍ_１ 側の端子ははんだ付けされる。このゼナーダイオードＺの接地側端子は接地電極ｍ_１ にはんだ付けされる。コイルＬの他端子とゼナーダイオードＺの他端子とは空中で短くはんだ付けされる。ゼナーダイオードＺは、図１の回路図に示すように、二つのゼナーダイオード素子が突き合わせに直列接続されて一つの部品として構成されたものであり、ここで利用した素子はそれぞれの素子のゼナー電圧が約１２Ｖであり、二つの素子が直列接続されることにより、実効的なゼナー電圧は２４Ｖである。上記コイルＬのインダクタンスは８．５μＨである。
【００２０】
さらにこの空中ではんだ付けされた点に、４個のセラミック・コンデンサＣ_１ 、Ｃ_２ 、Ｃ_３ およびＣ_４ の各一端がおなじくはんだ付けにより接続され、その４個のセラミック・コンデンサの各他端は、放射状にこの回路基板の電極ｍ_１ の各所に分散するように接続される。これは図１に示す回路図で説明すると、この装置の使用状態では、同軸端子Ｆ_２ からその外部導体と内部導体との間に十数Ｖの直流電圧が印加される。これはコイルＬを介して、ゼナーダイオードＺの両端に印加される。この状態でゼナーダイオードＺの電極間には１００ｐＦほどの静電容量が発生している。しかし、この静電容量はギガヘルツ程度の周波数にたいしては十分な静電容量とはならない。これを補うために、高周波特性の優れた４個のセラミック・コンデンサＣ_１ 、Ｃ_２ 、Ｃ_３ およびＣ_４ をこのゼナーダイオードＺに並列に接続するように構成したものである。ここで利用したセラミック・コンデンサＣ_１ 、Ｃ_２ 、Ｃ_３ およびＣ_４ はそれぞれその静電容量は３ｐＦである。このセラミック・コンデンサは２ＧＨｚを越える周波数まで静電容量として利用するコンデンサである。
【００２１】
図３にこの回路の周波数特性を示す。横軸に周波数を対数尺によりとり、縦軸に通過利得および反射利得をデシベル（ｄＢ）で表示する。曲線Ｇは同軸端子Ｆ_１ から同軸端子Ｆ_２ への通過利得を示す。曲線Ｒは同軸端子Ｆ_２ を同軸ケーブルの特性インピーダンス（５０Ω）で終端したとき、同軸端子Ｆ_１ に表れる反射信号の利得を示す。この図３から、本発明実施例装置は、ＣＳディジタル衛星放送の屋外設備と屋内に設置した受像機との間を結合する同軸ケーブルに伝送される周波数帯域、０．４５〜２．１５ＧＨｚにわたり、きわめて良好な周波数特性の同軸保安器となっていることがわかる。また、同軸端子Ｆ_２ から直流電圧を印加してもこの伝送特性Ｇには特に変化がないことを確認した。
【００２２】
図４は上で説明した４個のコンデンサＣ_１ 、Ｃ_２ 、Ｃ_３ およびＣ_４ を取り外した状態の周波数特性図である。すなわち、ゼナーダイオードＺの電極間静電容量を利用し、この静電容量を別の高周波特性の優れたコンデンサで補わない場合の特性である。このときには、新方式により拡大された利用帯域では、その伝送特性および反射特性がともに十分でない。しかしこの構成により、利用周波数帯域が拡大されていない旧方式には利用することができることがわかる。
【００２３】
さらに、上記複数のコンデンサ（上記例では４個のコンデンサＣ_１ 、Ｃ_２ 、Ｃ_３ およびＣ_４ ）について説明すると、このコンデンサについて、その個数およびその取り付け位置をさまざまに変更して周波数特性を測定した。この複数のコンデンサはなるべく放射状に配置し、回路基板上の電極ｍ_１ の各所に分散して接続することが有効であることがわかった。そして、このコンデンサは少なくとも２個を利用し、その一つは第一の同軸端子Ｆ_１ の接地電位の近傍に接続し、他の一つは第二の同軸端子Ｆ_２ の接地電位の近傍に接続することが有効であることがわかった。
【００２４】
なお、上記実施例で、内部導体と外部導体との間に供給される給電電圧より高い電圧で導通状態となる素子としてゼナーダイオードを用いたが、バリスタ素子、あるいはｐｎｐｎサイリスタ素子などを用いることができる。
【００２５】
さらに、上記実施例では、サージ電流の侵入が想定される第一の同軸端子に接続される装置例として屋外装置、サージ電流から保護されるべき装置として屋外装置を例として説明したが、サージ電流から保護するものであれば、接続される装置は上記実施例に限定されるものではない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の構成により、伝送特性を２ＧＨｚを越える周波数帯まで確保することができる同軸形保安器が得られる。この構造の装置は、同軸ケーブルに給電用直流電流が重畳される方式に利用することができる。また、給電用直流の電圧を変化させることにより制御を行う方式に適用することができる。さらにこの装置は、ゼナーダイオードを利用するので、到来する異常高電圧に対して即動性であり、装置の集積回路を保護することができる。本発明の装置は、利用する部品に特殊な部品が含まれず、この装置は安価に量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例装置の回路図。
【図２】本発明実施例装置の構造を説明する斜視図。
【図３】本発明実施例装置の周波数特性図。
【図４】本発明実施例装置の周波数特性図（４個のコンデンサを接続しない場合）。
【符号の説明】
Ｆ_１ 第一の同軸端子
Ｆ_２ 第二の同軸端子
Ｍ_１ 第一の金属導体
Ｍ_２ 第二の金属導体
Ｌ コイル
Ｚ ゼナーダイオード
Ｃ_１ 、Ｃ_２ 、Ｃ_３ 、Ｃ_４ コンデンサ
Ｂ 金属ケース

Claims (2)

1. サージ電流の侵入が想定される第一の同軸端子と、サージ電流から保護されるべき装置に接続される第二の同軸端子とを備え、前記第一および第二の同軸端子の外部導体が第一の金属導体により相互に連結され、前記第一および第二の同軸端子の内部導体が第二の金属導体により相互に連結され、前記第一の金属導体と前記第二の金属導体との間に所定値を越える電圧が発生したときにこの二つの金属導体の間を電気的に短絡させる避雷回路が設けられた同軸形保安器において、
   前記第一および第二の同軸端子は同軸形保安器の筐体の同一面に収容され、
   前記筐体内に一つの金属導体基板が配置され、前記第一および第二の同軸端子の外部導体は、前記金属導体基板に接続され、前記第一および第二の同軸端子の内部導体は、前記金属導体基板の中央部に設けられた穴を貫通し前記金属導体基板と絶縁された金属導体板を介して接続され、
   前記避雷回路は、前記二つの同軸端子を通過する高周波信号に対して十分に大きいインピーダンスを呈するコイルと、前記第二の同軸端子から前記第一の同軸端子に対して前記内部導体と前記外部導体との間に供給される給電電圧より高い電圧で導通状態となる半導体素子との直列回路を備え、
   前記半導体素子と並列に、前記高周波信号に対して十分に低いインピーダンスを呈する複数のコンデンサが前記コイルを中心として放射状に前記金属導体基板上の電極に接続され、
   保安器が接続される前記同軸ケーブルの伝送可能帯域は０．４５ないし２．１５ＧＨｚ帯である
   ことを特徴とする同軸形保安器。
2. 前記半導体素子はゼナーダイオードであり、このゼナーダイオードは、二つのゼナーダイオード素子が突き合わせに直列接続された双方向性のゼナーダイオードである請求項１記載の同軸形保安器。

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