JP3960970B2 - 広帯域落雷保護デバイス - Google Patents

Description

本発明は、高周波ライン用の広帯域落雷保護デバイスに関する。

高周波ライン用の落雷保護デバイスは、例えば、送信電柱への落雷時においてテレビジョン及び無線送信装置のダメージを防止するために必要とされている。従来の落雷保護デバイスについては、例えば、ベルナー・ギールラッヒ（Werner Gierlach）著「アンテナ・ブック（Das DARC Antennen Buch）」第９．１章「落雷保護（Lightning Protection）」DARC出版、1991年、ISBM 3-88692-28-3から知ることができる。

これに関連して言えば、当該落雷保護が、周波数の変更があった場合に適応できないか、或いは、落雷保護デバイスに対応するチャンネル同調を実装しなければならないという問題がある。

本発明は、低く、広帯域、スループット減衰及び高周波信号に関する最小反射係数を提供する落雷保護デバイスを作り出すという目的を基礎とする。

本発明によれば、この目的が、請求項１による落雷保護デバイスによって達成される。

本発明による解決策の利点は、落雷保護に導波路部分を含んでいることにある。高周波ラインより低いサージ・インピーダンスを提供する導波路が、高周波ライン用の落雷保護デバイスの到来ラインの接続の間に配置される。これに対して、スプール導体として設計された短絡ラインは、より高いサージ・インピーダンスを提供する。この比較的低いサージ・インピーダンスを伴う導波路の部分と、比較的高いサージ・インピーダンスを伴う短絡接続の組み合わせが、全体として落雷保護デバイスに求められる広帯域特性を達成する。同時に、低いスループット低下も達成される。

本発明による広帯域落雷保護デバイスに関するそのほかの有利な実施の形態は、従属請求項にリストされている手段を用いて達成することができる。

特に、落雷保護デバイスの導体部分のサージ・インピーダンスを、高周波ラインのサージ・インピーダンスと同一となる全体的なサージ・インピーダンスが高周波ラインに対する落雷保護デバイスの接続の間にもたらされるように設計すると有利である。

本発明による落雷保護デバイスを図面に示し、以下の記述においてそれを説明する。図面の簡単な説明については末尾にまとめて記載する。
図１は、本発明による落雷保護デバイス１の第１の実施の形態を例示した斜視図である。これに関して、落雷保護デバイス１の外部的な幾何学的形状は、基本的形状が平行六面体の落雷保護サポート２によって画定され、２つの対向する側面上に入力及び出力接続３ａ及び３ｂが配置されている。高周波ライン、例えば、同軸ラインは、ここに図示されていないが、入力及び出力接続３ａ及び３ｂに接続することができる。落雷保護サポート２は、ハウジング・カバー４によって閉じられる。ハウジング・カバー４の固定用に、いくつかのねじが備えられる。これらのねじは、落雷保護サポート２上のハウジング・カバー４の全サポート表面にわたって概略一様に分布されている。

高周波ラインとして同軸ケーブルを使用する場合には、入力及び出力接続３ａ及び３ｂが心線コンタクトを提供するが、この図には示されていない。入力及び出力接続３ａ及び３ｂの２つの心線コンタクトは、導波路５を介して接続される。導波路５は、落雷保護サポート２内に加工された２つの互いに平行な中継チャンネル６ａ及び６ｂ内を走り、ソルダ接続７によって入力及び出力接続３ａ及び３ｂの心線コンタクトに接続されている。

スプール導体８は、２つの接続３ａ及び３ｂの間の中心において導波路５に接続されている。導波路５及びスプール導体８は、好ましくは一体形成される。接続ポイント９の領域においては、導波路５内に、絶縁スペーサ１１のピンに適合されたボアホール１０が備わっている。スペーサ１１は、導波路５と分割ウェブ１２の間に備わり、例えば、テフロン（登録商標）から作ることができる。分割ウェブ１２は、２つの中継チャンネル６ａ及び６ｂを互いに分離し、落雷保護サポート２内に中継チャンネル６ａ及び６ｂを加工する間に形成される。

図２に示した落雷保護デバイス１の側面図を参照すると、導波路５が２つの導波路部分１３ａ及び１３ｂを提供し、それらが落雷保護サポート２内において互いに対称に配置され、Ｕ字形の幾何学的形状を形成していることがわかる。２つの中継チャンネル６ａ及び６ｂは、落雷保護サポート２の第１の端面１４において閉じられている。これら２つの中継チャンネル６ａ及び６ｂは、反対側の第２の端面１５に向かって開いている。第２の端面１５に向いている分割ウェブ１２の端部は、第２の端面１５から距離を有し、その結果、ハウジング・カバー４が取り付けられたとき、分割ウェブ１２の端面とハウジング・カバー４の間に接続チャンネルが形成され、当該チャンネルの幅は、２つの中継チャンネル６ａ及び６ｂの幅に一致する。

導波路５は、対称に構成されて、２つの平行な中継チャンネル６ａ及び６ｂ並びにそれらの接続チャンネルからなるＵ字に似た形状の中継チャンネルをもたらす。落雷保護サポート２の導体材料からなる境界面は、アース電位に接続され、また接続３ａ及び３ｂを介して同軸ケーブルとして具現される高周波ラインのシールドに接続される。導波路５は、したがって中継チャンネル６ａ及び６ｂの境界面とともに、一方の側においては分割ウェブ１２の端面を伴って、他方の側においてはハウジング・カバー４を伴ってトリプレート導体を形成する。導波路５は、材料の厚さ（ｄ）を提供し、この厚さは長さ全体にわたって一定であり、したがって対応する厚さの金属プレートから、押し抜き又は打ち抜き及びそれに続く曲げによって製造することができる。

図３は、本発明による落雷保護デバイス１の端面を示している。この図に凹部１６が観察されるが、落雷保護サポート２に導入されている追加の中継チャンネル１７、即ち、平行中継チャンネル６ａ及び６ｂと逆側を向いて開くチャンネルがそこを通っている。この追加の中継チャンネル１７内に走るスプール導体８は、導波路部分１３ａ及び１３ｂに平行であり、接続ポイント９から開始して追加の中継チャンネル１７の中心まで、落雷保護デバイス１の中心軸１８に沿って延び、そこから、図４に示されるようにその端部まで延びている。ハウジング・カバー４が装着されると、このスプール導体８もまたトリプレート導体を形成する。

もう１つのウェブ１９が平行中継チャンネル６ａ及び６ｂと追加の中継チャンネル１７の間に形成されており、後者と平行に長さ方向に延びている。

図４は、別の側面図であり、図２の第１の側面図を、落雷保護デバイス１の長さ方向の軸に関して１８０°回転したものである。スプール導体８は、落雷保護デバイス１の中心軸２３に沿って追加の中継チャンネル１７内に走っている。追加の中継チャンネル１７は、接続ポイント９から離れる側の端部において落雷保護デバイス１の端面１４に対して閉じている。追加の中継チャンネル１７内には、その閉じられた端部に平らな表面２０が加工されており、その中に、スプール導体８の幅に対応するグルーブ２１が導入されている。平らな表面２０の高さは、この場合においては、平らな表面２０内に加工されたねじ溝付きボアホール２２を介して固定される図示していないクランピング・ウェブを用いてスプール導体８を落雷保護サポート２に接続することが可能になる形に寸法設定される。

スプール導体８の厚さは、導波路５の材料の厚さ（ｄ）と同じであり、従って、導波路５及びスプール導体８は、単一のプロセスにおいて製造することが可能である。詳細に述べれば、ワンピース導体、即ち、導波路５及びスプール導体８の利点は、接続ポイント９において遷移性抵抗が生じないことである。

一定の材料の厚さ（ｄ）を前提とすると、導波路５及びスプール導体８の幅及び長さは、導波路部分１３ａのサージ・インピーダンスと導波路部分１３ｂのサージ・インピーダンスが等しくなるように選択される。その場合においては、導波路部分１３ａ及び１３ｂの２つのサージ・インピーダンスが、接続される高周波ラインのサージ・インピーダンスより低くなる。５０Ωのサージ・インピーダンスを有する同軸ケーブルが高周波ラインとして使用される場合には、導波路部分１３ａ及び１３ｂのサージ・インピーダンスが、例えば、４５Ωとなる。

これと対照的に、スプール導体８のサージ・インピーダンスは、高周波ラインのサージ・インピーダンスに比較してより高いものとなる。引用している数値例を示せば、約９５Ωになる。４７０ＭＨｚ〜８６２ＭＨｚの周波数レンジにこの組み合わせを用いると、この落雷保護デバイスの全体的なサージ・インピーダンスは、５０Ωになる。従って、高周波ラインを介して伝達される高周波信号にとっては、落雷保護デバイス１が、５０オームのサージ・インピーダンスを伴う連続した高周波導体エレメントとして『見える』。

導波路５及びスプール導体８の構成に関して図１〜４に例示したソリューションと並んで、サージ・インピーダンスに関する条件を保持しつつ、別の幾何学的形状の設計も可能である。その種の例を２つ、図５及び６に示す。

図５において導波路５’は、２つの導波路部分１３ａ’及び１３ｂ’からなり、それらが２つの中継チャンネル６ａ’及び６ｂ’内に配置されている。スプール導体８’は、接続ポイント９’において分岐している。２つの導波路部分１３ａ’及び１３ｂ’並びにスプール導体８’は、領域（ａ）内において互いに平行に配置される。

必要な構造空間を縮小するために、スプール導体８’が、接続ポイントから離れる端部において曲げられる設計となっている。この端部は、グルーブ２１’に留められている。スプール導体８’は、追加の中継チャンネル１７’内に配置されている。中継チャンネル６ａ’と１７’の間及び中継チャンネル１７’と６ｂ’の間には、ウェブ１９が形成され、そこには、図示していないハウジング・カバーの取り付け用のねじを受け入れるねじ溝付きボアホールが備わっている。中継チャンネル６ａ’及び６ｂ’の幾何学的形状は、導波路５’をその中に配置し、導波路５’と中継チャンネルの壁の間に一定の距離が提供されるように選択される。ねじ溝付きボアホールの領域を例外とすれば、スプール導体８’の両サイドから、追加の中継チャンネル１７’の中継チャンネル壁１６’までの距離もまた一定であり、両側において大きさが等しくなる。

導波路部分１３ａ’及び１３ｂ’の、領域（ａ）内において平行となる２つの部分の間は、２つの導波路部分１３ａ’及び１３ｂ’がそれぞれ円弧に沿って走り、それにおいて２つの円弧の中心点Ｍａ及びＭｂは、中心線２３’に対してオフセットされている。そのため接続ポイント９’の領域において、２つの導波路部分１３ａ’及び１３ｂ’が、導波路５’の短い直線部分によって互いに接続されている。接続サイド２４ａ及び２４ｂから領域（ａ）までの経路もまた、それぞれにおいて円弧に従っている。

図６はさらに別の実施の形態を示しており、それにおいて導波路５’は、図５に示されている導波路５’に同一となる。しかしながら、この場合においては、スプール導体８”が中心線２３”に沿って走り、それに対して導波路が対称となっている。

本発明による落雷保護デバイスの第１の実施の形態を例示した斜視図である。 本発明による落雷保護デバイスの第１の実施の形態を示したハウジング・カバーを外した状態の第１の側面図である。 本発明による落雷保護デバイスの第１の実施の形態を９０°回転して示したハウジング・カバーを外した状態の第２の側面図である。 本発明による落雷保護デバイスの第１の実施の形態の端面を示したハウジング・カバーを外した状態の呈示である。 １つの平面内に配置される導波路及びスプール導体を伴う第２の実施の形態を示した説明図である。 １つの平面内に配置される導波路及びスプール導体を伴う第３の実施の形態を示した説明図である。

符号の説明

１ 落雷保護デバイス
２ 落雷保護サポート
３ａ 入力接続
３ｂ 出力接続
４ ハウジング・カバー
５ 導波路
５’ 導波路
６ａ 中継チャンネル
６ａ’ 中継チャンネル
６ｂ 中継チャンネル
６ｂ’ 中継チャンネル
８ スプール導体
８’ スプール導体
８” スプール導体
９ 接続ポイント
９’ 接続ポイント
１０ ボアホール
１１ 絶縁スペーサ
１２ 分割ウェブ
１３ａ 導波路部分
１３ａ’ 導波路部分
１３ｂ 導波路部分
１３ｂ’ 導波路部分
１４ 第１の端面
１５ 第２の端面
１６ 凹部
１６’ 中継チャンネル壁
１７ 中継チャンネル
１７’ 中継チャンネル
１８ 中心軸
１９ ウェブ
２０ 表面
２１ グルーブ
２１’ グルーブ
２２ ボアホール
２３ 中心軸
２３’ 中心線
２３” 中心線
２４ａ 接続サイド
２４ｂ 接続サイド
ａ 平行になる領域
ｄ 材料の厚さ
Ｍａ 中心点
Ｍｂ 中心点

Claims (11)

1. 接続される高周波ラインにサージ・インピーダンスを伴う高周波ライン用の広帯域落雷保護デバイスであって、前記落雷保護デバイス（１）は、導波路（５）及びそれから分岐する、前記導波路（５）との接続ポイント（９）から離れる方向に向かう端部がアース電位に接続されているスプール導体（８）を備え、前記落雷保護デバイス（１）の導波路（５）は、前記接続ポイント（９）を介して２つの導波路部分（１３ａ、１３ｂ）に分割され、前記スプール導体（８）のサージ・インピーダンスは、接続される高周波ラインのサージ・インピーダンスと比べて大きくされた落雷保護デバイスにおいて、
   導波路部分（１３ａ，１３ｂ）のサージインピーダンスは、接続される高周波ラインのサージインピーダンスと比べて小さくされ、
   導波路部分（１３ａ、１３ｂ）及びスプール導体（８）はそれぞれの場合に従って前記落雷保護サポート（２）内の専用の中継チャンネル（６ａ，６ｂ，１７）内に配置され、
   中継チャンネルの壁が、前記導波路部分（１３ａ，１３ｂ）及び前記スプール導体（８）から一様な距離に配置され、その結果、前記導波路（５）及び前記スプール導体（８）がトリプレート導体を形成することを特徴とする落雷保護デバイス。
2. 前記２つの導波路部分（１３ａ、１３ｂ）のサージ・インピーダンスが、同一であることを特徴とする請求項１に記載の落雷保護デバイス。
3. 前記スプール導体（８）と前記導波路部分（１３ａ、１３ｂ）のサージ・インピーダンスの比が、結果としてもたらされる全体的な落雷保護デバイス（１）の有効サージ・インピーダンスが、前記接続される高周波ラインのサージ・インピーダンスと同一になる方法に従って選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の落雷保護デバイス。
4. 前記導波路部分（１３ａ、１３ｂ）の長さ方向の延び及び前記スプール導体（８）の長さ方向の延びが、概略で等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の落雷保護デバイス。
5. 前記２つの導波路部分（１３ａ、１３ｂ）が結合されてＵ字形の幾何学的形状を形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の落雷保護デバイス。
6. 前記スプール導体（８）と前記導波路部分（１３ａ、１３ｂ）の前記接続ポイント（９）の領域において、前記導波路（５）と落雷保護サポート（２）の間に電気的絶縁スペーサ（１１）が備えられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の落雷保護デバイス。
7. 前記スプール導体（８）及び前記導波路部分（１３ａ、１３ｂ）は、少なくとも部分的にそれらの長さ方向にわたって平行となる態様で延びることを特徴とする請求項６に記載の落雷保護デバイス。
8. 前記スプール導体（８）の前記導波路（５）から離れる方向に向かう前記端部が、クランピング・ウェブによって前記落雷保護サポート（２）に固定されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の落雷保護デバイス。
9. 前記導波路（５）の材料の厚さ（ｄ）及び前記スプール導体（８）のそれが同一であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の落雷保護デバイス。
10. 前記導波路部分（１３ａ、１３ｂ）及び前記スプール導体（８）が、押し抜き及び曲げが行われる部品として製造されることを特徴とする請求項９に記載の落雷保護デバイス。
11. 前記中継チャンネルの壁が、前記導波路部分（１３ａ、１３ｂ）及び前記スプール導体（８）から一様な距離に配置され、その結果、前記導波路（５）及び前記スプール導体（８）がトリプレート導体を形成することを特徴とする請求項１０に記載の落雷保護デバイス。

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