JP4219692B2 - Catv保安器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーブルテレビジョン・システム(以下、CATVという。)で加入者への引込み口に用いられる保安器に係り、とくにインターネット利用等のために双方向デジタル通信を行う際の流合ノイズ対策を施したものに関する。
【0002】
【従来の技術】
CATV保安器は、図13に示すように、誘導雷等によりケーブルに重畳するサージ電圧を吸収するために設けられるもので、ガスチューブ・アレスタAR、チョークコイルCH等を有し、同軸ケーブルの芯線とアースとの間のサージ電圧を抑制している。
【0003】
また、サージ電圧が同軸ケーブルに沿って加入者の機器に侵入することを防止するために、直流カット用の高耐圧コンデンサC1,C2を挿入して直流分を遮断している。
【0004】
この保安器に接続される同軸ケーブルは、それ自体の構成は図14に示すように、芯線Wをアース接続されたシールドSで覆っているため、通常、芯線Wには外来ノイズが乗らない。
【0005】
この同軸ケーブルCCを保安器に接続する際には、図15に示すように、同軸ケーブルCC1とCC2は保安器内部の2つのコンデンサC1,C2を介して接続される。
【0006】
一般的な保安器は、図15に示すように、加入者側の同軸ケーブルの芯線、アース側ともに高耐圧コンデンサで絶縁され、CATV側のシールドS1はアースされているが、加入者側のシールドS2はコンデンサC2によってアースから浮いた状態にある。この結果、高耐圧コンデンサC2の高周波インピーダンスが無視できない条件の場合、外来ノイズが芯線Wに乗ってしまう。
【0007】
この対策として、従来のインターネット対応CATVでは、インターネット用上り周波数である10−50MHzのノイズを除去すべく、フィルタを用いた対策を施している。つまり、加入者宅の保安器および2分配型保安器のTV側に、70MHz以下をカットするハイパスフィルタを設けて、テレビジョン受像機等からの流合ノイズを低減させている。
【0008】
しかしながら、CATVケーブルモデムに接続する保安器は、10MHz以上の全周波数帯を通過させる。すなわち図16に概念的に示すように、TV側ノイズN1は保安器Pで阻止されるが、ケーブルモデム側のノイズN2は同軸ケーブルCCに向かう。このため、ケーブルモデムの上り信号に加入者宅内の外来ノイズが混入し、CATVシステムの上り流合ノイズとしてケーブルを伝送されていく。
【0009】
ここで、流合ノイズの大きさは、アース側コンデンサC2(図15)の高周波インピーダンスによって決まる。そのため、保安器のアース側コンデンサは、リード線のインピーダンスを排除するように、特許文献1に示すように、リング状のコンデンサを出力側に取付け、特性改善を図っている。
【0010】
図17は静電容量と10MHzのインピーダンスとの関係を示し、図18は抵抗(75オーム)を直列接続したコンデンサの静電容量とコンデンサの両端間に発生するノイズ電力との関係を示している。この図18から分かるように、コンデンサの静電容量を10倍に増してもノイズレベルは10dBしか減少しない。
【0011】
そして、ノイズの発生の様子をさらに詳しく調べてみると、次の通りである。図19は、ノイズ測定回路であり、入力端子INのホット側と出力端子OUTのホット側との間がコンデンサC1(1,000pF)により接続され、出力端子OUTのアース側とアースとの間がコンデンサC2(10,000pF)により接続されて、出力端子OUTは75オームの抵抗で終端されているとする。
【0012】
流合ノイズを測定するには、入力端子INに発生するノイズを測定する方法もあるが、パッシブ回路では入力−出力の向きを変えても伝送特性は変わらない。よって、ここでは入力端子から0dBの信号を入力してノイズ電力を測定している。
【0013】
このとき、コンデンサC2の両端間に生じるノイズの周波数特性は、図20に示すように、低い周波数が大きな影響を受けるものとなり、10MHzで−36dBと大きなノイズが発生するものとなる。
【0014】
ここで、ノイズの大きさは、コンデンサの静電容量を増せば改善できると考えられるが、これはコンデンサ寸法の増加、リードインダクタンスの影響により、高域でのインピーダンスが増加して回路の広帯域化を阻害する。
【0015】
一方、加入者側の同軸ケーブルがアースに対して直流電位を持たないように、図21に示すように、2次結合トランスTによって入力端子INと出力端子OUTとを直流的に切り離すことが考えられる(特許文献2参照)。
【0016】
【特許文献1】
登録実用新案第3073455号明細書
【特許文献2】
特開2001−103447号公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トランスTを挿入すると、低い周波数での結合が弱い上に、図22に示すように、全周波数帯域にわたって挿入損失が多い。また、結合度を上げるためにコアの寸法を大きくし、巻線の巻数を増す方法もあるが、高周波特性が大幅に悪化する。
【0018】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、CATVを用いた双方向デジタル通信システム用保安器における流合ノイズを低減することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明では、
CATVの加入者への引込み口に配されて前記加入者における機器をサージから保護するためのCATV保安器において、不平衡−平衡トランスの不平衡側にある入力ホット側端子を前記保安器の入力端子とすると共に、入力アース側端子を接地し、平衡側にある一対の出力端子をそれぞれコンデンサを介して前記保安器の出力端子のホット側およびアース側に接続したことを特徴とするCATV保安器、
を提供するものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明における不平衡−平衡トランスを用いてノイズ低減した、保安器用の流合ノイズ除去回路を示す。この不平衡−平衡トランスは、一般にバランと呼ばれ、テレビジョン・アンテナ平衡回路と75Ωの同軸ケーブルによる不平衡回路とを結合するために用いられるもので、2対の電磁結合巻線が1次巻線同士、2次巻線同士で並列接続されており、1次巻線の一端が不平衡入力端子で、2次巻線の一端が不平衡アース端子であり、1次巻線および2次巻線の各他端が平衡出力端子である。ここでは、各巻線とも2.5ターンで、コアに巻装されて2組のトランスを構成している。
【0021】
そして、バランBの入力端子を保安器の入力端子INに接続し、バランBのアース端子を接地し、バランBの2つの出力端子を保安器の出力端子OUTのホット側およびアース側に接続している。バランの巻数比は1対1となっているので、保安器の出力端子は75Ωの特性インピーダンスとなっている。
【0022】
図2は、図1に示した保安器におけるバランBの挿入損失特性を示したものである。CATVで使用する10MHzないし1000MHzの周波数範囲を見ると、入力端子IN−出力端子OUT間は高周波側に向かって損失が増す傾向にあり、10MHzではほぼ0dBであり、1,000MHzでは約1.0dBである。
【0023】
図3(a),(b)および(c)は、保安器の出力側に取付けたトランスの効果を比較測定するための回路構成を示したものである。図3(a)は、入力端子INと出力端子OUTとをコンデンサC11と75Ωの抵抗とを直列接続したもので接続し、出力端子OUTをコンデンサC12で接地した構成である。ただし、アレスタ等の本発明ととくに関係しない要素は図示省略している。図3(b)は、図3(a)におけるコンデンサC11と75Ωの抵抗との間に2次トランスTを挿入した構成である。そして、図3(c)は、図3(b)の2次トランスTに替えてバランBを挿入したものである。
【0024】
図4は、これら3つの回路構成について、流合ノイズのレベルを測定したものである。周波数10MHzで見ると、(a)トランス無しの場合が−36dBであるが、(b)2次トランスTを挿入した場合、および(c)バランBを挿入した場合、はともに−70dB以下となっている。
【0025】
そして、回路の挿入損失および広帯域化を考慮に入れると、(c)バランBを挿入する構成が最も良好な特性を示すことが分かる。
【0026】
図5(a),(b)は、図3(c)の回路に直流遮断用のコンデンサを組み合わせたとき、流合ノイズにどのような効果が現れるかを調べたものである。
【0027】
そして図5(a)は、図3(c)に示した回路に、直流遮断用コンデンサC13を組み合わせた回路構成を示したものである。すなわち、図3(c)の回路におけるバランBのアース側にある出力端子と、75Ωの抵抗がコンデンサC12に接続される点との間に、直流遮断コンデンサC13を挿入した回路構成を示している。ただし、コンデンサC13は、1,000pFおよび10,000pFの2種類を各別に接続してみた。
【0028】
この回路構成につき、流合ノイズのレベルを測定したところ、図5(b)に示すように、1,000pFではまだ不十分であり、コンデンサが無い(直結)場合に近付けるには最低限でも10,000pFは必要であることが分かった。
【0029】
図6は、図5(a)に示したノイズ低減回路のノイズ低減効果を調べるために、信号を2分配する分配器に保安器を組み合わせた2分配型保安器を対象とし、この2分配型保安器に図5(a)に示したノイズ低減回路を接続して流合ノイズの測定をしたときの接続図である。
【0030】
この2分配型保安器は、入力端子INならびに2つの出力端子DATAおよびTVを有し、入力端子INからのテレビジョン信号をテレビジョン用出力端子TVに供給するとともに、入力端子INとデータ端子DATAとの間でインターネット信号を双方向伝送するものである。
【0031】
テレビジョン用出力端子TVには、テレビジョン受像機側で発生する70MHz以下のノイズ成分を遮断するハイパスフィルタHPFが組み込まれている。
【0032】
図7は、図6に示した方法で、入力端子INとテレビジョン用出力端子TVおよびデータ端子DATAとの間の流合ノイズのレベルを測定した結果を示すものである。
【0033】
入力端子INとテレビジョン用出力端子TVとの間のノイズレベルを実線で示すIN−TV曲線で表し、また、入力端子INとデータ端子DATAとの間のノイズレベルを一点鎖線で示すIN−DATA曲線で表している。
【0034】
そして、これら両曲線から分かるように、周波数10MHzについてみると、IN−TV間の流合ノイズは−80ないし−90dBであるのに対し、全周波数帯域を通過させるIN−DATA間は−40dBである。
【0035】
図8(a),(b)は、ノイズ低減回路に組み合わせる直流遮断コンデンサの容量を決定するための、ノイズレベル測定回路およびその測定結果を示したものである。この測定は、図7に示した測定範囲における最も低周波数の範囲を含んだ周波数範囲(1−100MHz)について行った。
【0036】
ここで、図8(a)に示した回路は、基本的に図5(a)に示した回路と同様の構成であり、図5(a)におけるバランBと入力端子INとの間に挿入されたコンデンサC11に替えて、バランBとデータ端子DATAとの間にコンデンサC11’を挿入した。
【0037】
そして、測定結果は、図8(b)に示すように、周波数10MHzについてみると、C13=1,000pFではノイズレベルが−55dBで不十分であり、10,000pFでは−77dBと満足できる値となった。
【0038】
図9は、図8(a)に示した回路構成で、直流遮断コンデンサC13として10,000pFを用いた場合の、流合ノイズのレベルを測定した結果を示している。この測定結果から明らかなように、インターネットで使用する10−50MHzの周波数範囲をみると、流合ノイズのレベルは−80dB以下となっており、実用上十分なノイズ低減効果を挙げていることが分かる。
【0039】
図10は、上述の経緯を経て得られた本発明に係るノイズ低減回路の構成を示している。この回路では、入力端子INと出力端子OUTとの間に、不平衡−平衡トランスとしてのバランBおよびこのバランBの2つの平衡側出力端に直列に、直流遮断用のコンデンサC11’およびC12を挿入した構成となっている。
【0040】
図11は、本発明に係る第1の実施例を示したもので、図10に示したノイズ低減回路を基にした、流合ノイズ低減回路を使用して構成したCATV保安器の例である。
【0041】
この第1の実施例では、入力端子INが、アレスタAR、チョークコイルCHで接地され、かつ高耐圧コンデンサC1を介してバランBの入力端子に接続されている。また、出力端子OUTのホット側は高耐圧コンデンサC2を介してバランBの出力端子の一方に接続され、アース側は高耐圧コンデンサC3を介してバランBの出力端子の他方に接続されている。
【0042】
図12は、本発明の第2の実施例を示したもので、第1の実施例と同様に、流合ノイズ低減回路を使用したCATV保安器の例である。
【0043】
この第2の実施例では、図11の実施例における高耐圧コンデンサC1とバランBの非接地側巻線との間に2分配器DIVが介挿され、その一方の分配出力はデータ端子DATAに連なるバランBに供給し、他方の分配出力はハイパスフィルタHPFおよび高耐圧コンデンサC6を介して高耐圧コンデンサC7で接地されたテレビジョン出力端子TVに供給している。
【0044】
2分配器DIVは、インピーダンス調整トランスT1、分配トランスT2およびこれらトランスT1,T2の接続点を接地するインピーダンス補整用コンデンサC5、ならびに分配トランスT2の出力端間抵抗Rによって構成され、入力端子INとデータ端子DATAとの間の信号授受および入力端子INから端子TVへのテレビジョン信号の伝送を行う。
【0045】
【発明の効果】
本発明は上述のように、 不平衡−平衡トランスの不平衡側にある入力ホット側端子を前記保安器の入力端子とすると共に、入力アース側端子を接地し、平衡側にある一対の出力端子をそれぞれコンデンサを介して前記保安器の出力端子のホット側およびアース側に接続してCATV保安器を構成したため、インターネットから流合するノイズを充分に抑制することができ、CATVシステムをインターネットに適合したものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高周波トランスとしてバランを用いた不平衡−平衡変換回路の構成を示す回路図。
【図2】図1の回路におけるバランBの挿入損失を示す実測特性図。
【図3】図3(a)ないし(c)は、保安器の出力側にトランスを追加したときの構成例を示したもので、図3(a)は抵抗、コンデンサのみにより構成した回路を、図3(b)は2次トランスを用いた構成を、そして図3(c)は不平衡−平衡トランスを用いた構成をそれぞれ示す回路図。
【図4】図3(a)ないし(c)の回路における流合ノイズの実測特性図。
【図5】図5(a)は、図3(c)の回路に直流遮断用コンデンサを追加した回路の構成を示す図、図5(b)は図5(a)の回路についての流合ノイズの実測特性図。
【図6】2分配型保安器についての流合ノイズ測定のための結線図。
【図7】図6の結線により測定した流合ノイズレベルの実測特性図。
【図8】図8(a)は、図5(a)に示したと同様のノイズ低減回路を保安器に取付けた場合についての、ノイズ測定のための結線図、図8(b)はその低周波数部分についての流合ノイズ実測特性図。
【図9】図8(b)に示した部分を含む2分配型ノイズ低減保安器の全周波数範囲についての流合ノイズ実測特性図。
【図10】本発明に係る流合ノイズ低減回路を示す図。
【図11】本発明の第1の実施例を示す回路図。
【図12】本発明の第2の実施例を示す回路図。
【図13】一般的な保安器の回路構成を示す回路図。
【図14】同軸ケーブルへのノイズの影響の仕方を示す図。
【図15】保安器を設けた場合の同軸ケーブルへのノイズの影響の仕方を示す図。
【図16】CATVにおける流合ノイズの流れを示す説明図。
【図17】直流遮断要素として保安器に用いられるコンデンサの容量とその10MHzのインピーダンスとの関係を示す特性図。
【図18】同コンデンサの静電容量と両端間に発生するノイズ電力との関係を示す特性図。
【図19】直流遮断要素としてのコンデンサに生じるノイズ電力を測定する回路を示す回路図。
【図20】図19の回路により測定された周波数対ノイズ特性図。
【図21】保安器の入力端子と出力端子とを直流的に切り離すために用いられる2次トランスの説明図。
【図22】図21に示した2次トランスの挿入損失を示す特性図。
【符号の説明】
IN 入力端子
OUT 出力端子
B バラン
DATA データ端子
TV テレビジョン用端子
Claims (1)
- CATVの加入者への引込み口に配されて前記加入者における機器をサージから保護するためのCATV保安器において、
不平衡−平衡トランスの不平衡側にある入力ホット側端子を前記保安器の入力端子とすると共に、入力アース側端子を接地し、平衡側にある一対の出力端子をそれぞれコンデンサを介して前記保安器の出力端子のホット側およびアース側に接続したことを特徴とするCATV保安器。
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