JP3619796B2 - 通信線路サージ保護システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信線路に誘導された雷サージ等から通信線路や接続機器等を保護する通信線路サージ保護システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通信線路に誘導された雷サージ等による通信線路や接続機器等の破損を保護することが行われている。この従来の雷サージ保護システムとしては、同軸コネクタの中心導体の外周と外部導体の内周間に、ガスチューブアレスタ等の避雷器を配設して、通信線路に誘導された雷サージ等を、避雷器により放電接地して、雷サージ等から、通信線路や接続機器等を保護するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の雷サージ保護システムでは、通信線路に雷サージ等が侵入してから避雷器が放電動作するまでに、時間的に動作遅れが生じる。その結果、避雷器の放電動作遅れに伴う雷サージが通信線路や接続機器に侵入し、接続機器等に破損を与えるという問題があった。
【０００４】
また、同軸線路の中心導体の外周と外部導体の内周間に、避雷器を接続することで、その部分に容量が付加されたことによる通信線路の損失を増加させ、周波数帯域を狭くするという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上述した従来の雷サージ保護システムが有する課題を解決するとともに、通信線路において、所定の周波数の信号は通過し、雷サージ等の周波数成分の信号は遮断し、接地においては、雷サージ等の周波数成分の信号は通過して接地し、所定の周波数の信号は遮断する通信線路サージ保護システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、第１には、円柱状の第１分割中心導体線路と該第１分割中心導体線路と同心的に配置された先端部に円筒部を有する第２分割中心導体線路と第２分割中心導体線路に螺合されているとともに前記第１分割中心導体線路及び第２分割中心導体線路に対して垂直な第３分割中心導体線路とからなる中心導体線路と、筒状の第１分割外部導体線路と該第１分割外部導体線路より小径の筒状の第２分割外部導体線路と筒状の第３分割外部導体線路と筒状の第４分割外部導体線路と前記第３分割外部導体線路に螺合されているとともに前記各分割外部導体線路に対して垂直な第５分割外部導体線路とを有しているとともに前記第１〜４分割外部導体線路が同心的に配置された外部導体線路と、前記第２分割中心導体線路の円筒部に挿入された前記円柱状の第１分割中心導体線路と前記第２分割中心導体線路との間に形成された間隙に配設された中心絶縁体と、前記第１分割外部導体線路と前記第２分割外部導体線路との間に形成された間隙に配設されているとともに前記第１分割外部導体線路の外周面を越えて位置する大径部を有する外部絶縁体と、前記第３分割中心導体線路と前記第５分割外部導体線路との間に形成された間隙に配設された絶縁体と、前記第１分割中心導体線路と前記第１分割外部導体線路との間に配設されたリング状絶縁支持部材と、前記第３分割中心導体線路を挟んで位置する前記第２分割中心導体線路と前記第３分割外部導体線路との間に形成された間隙に配設された一対のリング状絶縁支持部材とを有し、且つ、前記第３分割外部導体線路と前記第４分割外部導体線路、前記第２分割外部導体線路と前記第３分割外部導体線路及び前記第１分割外部導体線路と前記外部絶縁体とをそれぞれ螺合することにより、前記中心導体線路及び前記外部導体線路に、使用波長の４分の１波長開放回路を配設して、所定の通信周波数の信号は通過させ、雷サージ等の周波数成分の信号は遮断し、更に、前記中心導体線路に接地線路を設け、該接地線路と前記外部導体線路に、使用波長の4 分の１波長短絡回路を配設して、所定の通信周波数の信号は遮断し、雷サージ等の周波数成分の信号は通過させ接地するようにしたものであり、第２には、通信線路の使用波長の４分の１波長開放回路は、前記中心導体線路間及び前記外部導体線路間に、使用波長の４分の１波長の長さの絶縁体を介在させることにより構成したものである。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明の趣旨を越えない限り何ら、本実施例に限定されるものではない。
【０００８】
１は、通信線路の中心導体線路であり、中心導体線路１は、円柱状の第１分割中心導体線路１ａと、第１分割中心導体線路１ａと同心的に配置される先端部に円筒部１ｂ１を有する第２分割中心導体線路１ｂと、第２分割中心導体線路１ｂに穿設された透孔１ｂ２に螺合され、且つ、第１分割中心導体線路１ａ及び第２分割中心導体線路１ｂに対して垂直な第３分割中心導体線路１ｃとから構成されている。
【０００９】
２は、通信線路の外部導体線路であり、外部導体線路２は、筒状の第１分割外部導体線路２ａと、第１分割外部導体線路２ａより小径の筒状の第２分割外部導体線路２ｂと、筒状の第３分割外部導体線路２ｃと、筒状の第４分割外部導体線路２ｄとを有しており、第１分割外部導体線路２ａ、第２分割外部導体線路２ｂ、第３分割外部導体線路２ｃ及び第４分割外部導体線路２ｄとは同心的に配置されている。また、外部導体線路２は、第３分割外部導体線路２ｃの周壁に穿設された透孔２ｃ１に螺合されているとともに、第１分割外部導体線路２ａ、第２分割外部導体線路２ｂ、第３分割外部導体線路２ｃ及び第４分割外部導体線路２ｄと直交する第５分割外部導体線路２ｅを有している。更に、第３分割外部導体線路２ｃの端部と第４分割外部導体線路２ｄの端部とは螺合部ｓ１において螺合されているとともに、第２分割外部導体線路２ｂの端部と第３分割外部導体線路２ｃのもう一方の端部とも螺合部ｓ２において螺合されている。
【００１０】
３は、誘電体等からなる中心絶縁体であり、中心絶縁体３は、一端に側壁３ａを有する円筒体３ｂと、円筒体３ｂの開口部３ｃに形成された鍔部３ｄとを有している。
【００１１】
中心絶縁体３の円筒体３ｂに、中心導体線路１の円柱状の第１分割中心導体線路１ａを、第１分割中心導体線路１ａの端面が、中心絶縁体３の側壁３ａに当接するように嵌入する．また、中心絶縁体３の円筒体３ｂは、中心導体線路１を構成する第２分割中心導体線路１ｂの円筒部１ｂ１に嵌入されるように構成されている。
【００１２】
４は、誘電体等からなる外部絶縁体であり、外部絶縁体４は、一端に、透孔４ａ１が穿設された側壁４ａを有する円筒体４ｂと、円筒体４ｂのもう一方の端部に形成された開口部４ｃ付近に形成された、円筒体４ｂの外径より大きい大径部４ｄとを有している。
【００１３】
外部導体線路２を構成する筒状の第１分割外部導体線路２ａの内周面に形成された螺子部と外部絶縁体４の円筒体４ｂの外周面に形成された螺子部とからなる螺合部ｓ３において、外部導体線路２の筒状の第１分割外部導体線路２ａと外部絶縁体４とが結合されており、また、外部絶縁体４の円筒体４ｂ内には、外部導体線路２の筒状の第２分割外部導体線路２ｂが嵌入されている。なお、外部絶縁体４の大径部４ｄは、外部導体線路２を構成する第１分割外部導体線路２ａの外周面を越えて位置するように構成されている。なお、中心絶縁体３の鍔部３ｄは、外部絶縁体４の側壁４ａに穿設された透孔４ａ１に入り込むように設置されている。
【００１４】
５ａは、中心導体線路１を構成する第１分割中心導体線路１ａと外部導体線路２を構成する第１分割外部導体線路２ａとの間に配置されたリング状の絶縁支持部材であり、５ｂ、５ｃは、中心導体線路１を構成する第３分割中心導体線路１ｃを挟んで、中心導体線路１を構成する第２分割中心導体線路１ｂと外部導体線路２を構成する第３分割外部導体線路２ｃとの間に配置されたリング状の絶縁支持部材である。
【００１５】
中心導体線路１を構成する第３分割中心導体線路１ｃと外部導体線路２を構成する第５分割外部導体線路２ｅとの間には、誘電体等からなる絶縁体６が配置されている。そして、中心導体線路１を構成する第３分割中心導体線路１ｃの上端部１ｃ１は、外部導体線路２を構成する第５分割外部導体線路２ｅの上部開口部付近に形成された天部２ｅ１に穿設された透孔に挿入されるとともに、第３分割中心導体線路１ｃの上端部１ｃ１に形成された螺子部に、ナット７を螺合させることにより、中心導体線路１を構成する第３分割中心導体線路１ｃと外部導体線路２を構成する第５分割外部導体線路２ｅとは接続され、接地部８を構成している。なお、９は、外部導体線路２を構成する第５分割外部導体線路２ｅの上部開口部を被蓋する蓋体である。上記のように、中心導体線路１には、中心導体線路１を接地するための第３分割中心導体線路１ｃが設けられており、また、第３分割中心導体線路１ｃを囲むように外部導体線路２を構成する第５分割外部導体線路２ｅが、第３分割外部導体線路２ｃから分岐するように設けられており、更に、第３分割中心導体線路１ｃと第５分割外部導体線路２ｅとは、接地部８を介して、電気的に接続されるように構成されている。
【００１６】
１０、１１は、中心導体線路１及び外部導体線路２と、外部の他の導体線路とを接続するための接合部であり、適当な取付フランジ１２を用いて、外部の他の導体線路と接続される。１３は、外部導体線路２を構成する第２分割外部導体線路２ｂと中心導体線路１を構成する第２分割中心導体線路１ｂとの間に形成された空気部である。
【００１７】
中心導体線路１を構成する第１分割中心導体線路１ａと第２分割中心導体線路１ｂとで挟持されている中心絶縁体３と、外部導体線路２を構成する第１分割外部導体線路２ａと第２分割外部導体線路２ｂとで挟持されている外部絶縁体４の絶縁体長は、使用波長の４分の１の長さになるように構成されている。
【００１８】
使用波長（λ）の４分の１波長開放回路は、通信線路の一部を遮断した絶縁構造とするが、絶縁体の長さ、即ち、開放線路長Ｌａは、次式で求められる。
４分の１波長開放回路の入力インピーダンスＺｉｎは、
Ｚｉｎ＝−ｊＺｏ×ｃｏｔ（２πＬａ／λ）
但し、λ＝使用波長
Ｌａ＝開放絶縁長（絶縁体の長さ）
Ｚｏ＝特性インピーダンス
【００１９】
いま、Ｌａ＝λ／４ Ｚｏ＝５０Ωとすると、上式から、Ｚｉｎ＝０（Ω）となる。故に、開放線路長Ｌａを、使用波長（λ）の４分の１の長さにした場合、４分の１波長開放回路は、所定の周波数ｆの信号に対しては、無損失で信号を通過することができる。
【００２０】
また、所定の周波数ｆの信号以外の２倍の周波数の信号が、通信回路に侵入した場合、周波数の２ｆの波長はλ／２となり、４分の１波長開放回路の入力インピーダンスＺｉｎは、次式で与えられる。
Ｚｉｎ＝−ｊＺｏ×ｃｏｔ（（２π（λ／４））／（λ／２））
Ｚｉｎ＝∞（Ω）
よって、４分の１波長開放回路は、所定の周波数ｆ以外の信号、即ち、雷サージ等の周波数信号以外の信号は、高インピーダンスとなり、極めて高い絶縁特性を示し、所定の周波数の信号ｆ以外は通過を阻止する。即ち、所定の周波数ｆ以外の信号の雷サージ等は、４分の１波長開放回路の接地部８で大地に放流されることになる。
【００２１】
具体的に説明すると、通信回路の信号周波数ｆが３ＧＨｚであるとすると、この信号周波数ｆの波長λは、下記式の通り、１０ｃｍで、４分の１波長開放回路の絶縁体の長さは、２．５ｃｍである。
λ＝ｃ／ｆ＝３×１０ ⁸ ／３×１０ ⁹ ＝０．１（ｍ）
λ／４＝０．１／４＝０．０２５（ｍ）
但し、λ＝使用波長
ｃ＝光速（≒３×１０ ⁸ ）（ｍ／秒）
ｆ＝信号周波数
即ち、通信周波数３ＧＨｚの信号は、４分の１波長開放回路において、無損失で通過する。
【００２２】
次に、４分の１波長短絡回路について説明すると、４分の１波長短絡回路の入力インピーダンスＺｉｎは、次式にて与えられる。
Ｚｉｎ＝＋ｊＺｏ×ｔａｎ（２πＬｂ／λ）
但し、λ＝使用波長
Ｌｂ＝短絡線路長
Ｚｏ＝特性インピーダンス
ここで、Ｌｂ＝λ／４、Ｚｏ＝５０Ωとすると、
Ｚｉｎ＝＋ｊＺｏ×ｔａｎ（（２π（λ／４））／λ）＝∞（Ω）
故に、絶縁体の長さ（短絡線路長）Ｌｂは、使用波長の４分の１波長の長さの場合、４分の１波長短絡回路は、信号周波数ｆに対しては、入力インピーダンスは無限大の抵抗となり、この信号周波数ｆの通過は阻止されることになる。一方、信号周波数ｆと異なる雷サージ等の信号に対しては、低インピーダンスとなり、この周波数成分の信号は通過し、中心導体線路１から接地部８を経由して、大地に流れる。よって、通信線路に接続された接続機器等を雷サージ等から保護することができる
【００２３】
次に、４分の１波長開放回路は、通信線路を遮断した絶縁構造であるが、本発明の４分の１波長開放回路における雷サージ等から保護する絶縁距離は、実験によれば、電流の大きさや気温及び湿度等にて相違するが、インパルス制限電圧で１００ｖ程度を考慮すればよく、絶縁破壊は回避できるので、空間距離で０．５ｍｍ、プリント基板等表面距離で１ｍｍ程度、確保すればよい。
【００２４】
負極性雷サージ等の場合は、大地−外部導体線路−接続機器−中心導体線路に、雷サージ等が流れ込むが、外部導体線路の使用波長の４分の１波長開放回路によって、高インピーダンスとなり、接続機器の雷サージ等の侵入を防止することができる。
【００２５】
本発明のシステムを、同軸ケーブル接続機器に接続した実験において、中心導体線路と外部導体線路間に、インパルス波形１０／２００μｓで、電圧１０ＫＶを印加したところ、接続機器にかかる電圧は、最大電圧２．２Ｖ程度で、最小電圧は１．６Ｖ程度であった。また、反射特性ＶＳＷＲは、１．１以下に、更に、挿入損失は０．１ｄＢ以下であった。この実験からも判るように、十分使用に満足するものである。
【００２６】
本発明は、上述したように構成されているので、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２７】
【発明の効果】
所定の使用波長の信号は、線路を通過するとともに大地とは絶縁され、また、所定の周波数以外の雷サージ等の信号は、線路の通過を阻止するとともに、大地とは接続されて、雷サージは放流されるので、従って、接続機器を雷サージから安全に確実に保護することができるとともに、損失の少ない良質な高信頼性の通信信号が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施例としての通信線路サージ保護システムの垂直断面図である。
【符号の説明】
１・・・・中心導体線路
２・・・・外部導体線路
３・・・・中心絶縁体
４・・・・外部絶縁体
８・・・・接地部

Claims (2)

1. 円柱状の第１分割中心導体線路と該第１分割中心導体線路と同心的に配置された先端部に円筒部を有する第２分割中心導体線路と第２分割中心導体線路に螺合されているとともに前記第１分割中心導体線路及び第２分割中心導体線路に対して垂直な第３分割中心導体線路とからなる中心導体線路と、筒状の第１分割外部導体線路と該第１分割外部導体線路より小径の筒状の第２分割外部導体線路と筒状の第３分割外部導体線路と筒状の第４分割外部導体線路と前記第３分割外部導体線路に螺合されているとともに前記各分割外部導体線路に対して垂直な第５分割外部導体線路とを有しているとともに前記第１〜４分割外部導体線路が同心的に配置された外部導体線路と、前記第２分割中心導体線路の円筒部に挿入された前記円柱状の第１分割中心導体線路と前記第２分割中心導体線路との間に形成された間隙に配設された中心絶縁体と、前記第１分割外部導体線路と前記第２分割外部導体線路との間に形成された間隙に配設されているとともに前記第１分割外部導体線路の外周面を越えて位置する大径部を有する外部絶縁体と、前記第３分割中心導体線路と前記第５分割外部導体線路との間に形成された間隙に配設された絶縁体と、前記第１分割中心導体線路と前記第１分割外部導体線路との間に配設されたリング状絶縁支持部材と、前記第３分割中心導体線路を挟んで位置する前記第２分割中心導体線路と前記第３分割外部導体線路との間に形成された間隙に配設された一対のリング状絶縁支持部材とを有し、且つ、前記第３分割外部導体線路と前記第４分割外部導体線路、前記第２分割外部導体線路と前記第３分割外部導体線路及び前記第１分割外部導体線路と前記外部絶縁体とをそれぞれ螺合することにより、前記中心導体線路及び前記外部導体線路に、使用波長の４分の１波長開放回路を配設して、所定の通信周波数の信号は通過させ、雷サージ等の周波数成分の信号は遮断し、更に、前記中心導体線路に接地線路を設け、該接地線路と前記外部導体線路に、使用波長の4 分の１波長短絡回路を配設して、所定の通信周波数の信号は遮断し、雷サージ等の周波数成分の信号は通過させ接地するようにしたことを特徴とする通信線路サージ保護システム。
2. 通信線路の使用波長の４分の１波長開放回路は、前記中心導体線路間及び前記外部導体線路間に、使用波長の４分の１波長の長さの絶縁体を介在させることにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の通信線路サージ保護システム。

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