JP7005113B2 - 同軸避雷器 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナと無線機との間などに挿入される同軸避雷器に関する。

雷害対策のためにアンテナと無線機間に避雷器が挿入されるが、この避雷器として、雷サージ保護素子を用いた避雷器は、無線機の高い出力電力に耐えることが困難なことから、避雷器として採用するには問題が多い。これに対して、同軸線路を基本とした避雷器は、無線機の高い出力電力に耐えられると共に、大きな雷サージ電流にも適していることから、避雷器として用いることが多く、同軸線路を基本とした避雷器は、一般的に同軸避雷器と呼ばれている。
従来の基本的な同軸避雷器１００の構成を図１６に示す。同軸避雷器１００は、図１６に示すようにアンテナからの同軸線路が接続される第１端子１１０と、無線機への同軸線路が接続される第２端子１１１とを接続する同軸の線路１１２の中途の接続点に、使用周波数における１／４波長の電気長を持つショートスタブ１１５が接続されて構成されている。ショートスタブ１１５は同軸線路からなり、この同軸線路の先端において、外部導体が接続される地中のアースに中心導体が短絡されている。そして、ショートスタブ１１５の電気長が１／４波長であることから、線路１１２の接続点から見たショートスタブ１１５のインピーダンスは使用周波数において高いインピーダンスとなることから、線路１１２への影響がなく電気特性は良好となる。一方、誘導雷等の周波数成分は直流若しくは直流に近い低域周波数に集中しているので、直流的にショートされているショートスタブ１１５を介して誘導雷等のエネルギーの大半は地中のアースに誘導されて、雷電流の無線機側への流入が大幅に軽減される。

同軸避雷器１００の使用周波数を１６０ＭＨｚとし、ショートスタブの特性インピーダンスを５０Ω、１６０ＭＨｚにおける１／４波長相当の電気長とした同軸避雷器１００の挿入損失および反射減衰量の周波数特性を図１７に示す。
図１７において、実線が挿入損失で点線が反射減衰量であり、１６０ＭＨｚにおいて挿入損失がほぼ０ｄＢで、反射減衰量が約６０ｄＢの良好な特性となっている。使用可能周波数帯域をＶＳＷＲ１．１相当の反射減衰量２６．４ｄＢ以上とすると、１６０ＭＨｚ帯の帯域幅は約１９ＭＨｚとなり、使用可能周波数帯域が狭くなっている。
図１６に示す従来の同軸避雷器１００は、ガス入り放電管や半導体などからなる雪サージ保護素子を用いていないことから、高出力の送信通過電力と大きな雷サージ電流に耐えられる利点がある一方で、使用可能な通過周波数帯域幅が狭いという問題点があった。

ここで、同軸避雷器１００の通過周波数特性について詳しく分析してみると、次のような特徴を持つことが分かる。
ショートスタブ１１５は、１／４波長相当の周波数以外に奇数倍の周波数において同様の電気特性を繰り返す。図１７を参照すると、基本通過周波数が１６０ＭＨｚであるが、３倍の４８０ＭＨｚでも使用可能な電気特性になっている。この原理により、条件が揃えば複数の周波数帯域でも同軸避雷器は使用できる場合がある。但し、使用可能周波数は該当周波数の関係が前述の１６０ＨＨｚと４８０ＨＨｚが３倍であるように奇数倍の関係になっている場合であって、図１７に示すように、基本通過周波数の２倍の３２０ＭＨｚを含む大凡１８０ＭＨｚ～４６０ＭＨｚの周波数帯域では、反射特性や挿入損失損失が劣化して実用上使用できないことが分かる。

近年の通信システムにおいては多周波運用が頻繁に行われており、１６０ＭＨｚ帯と３５０ＭＨｚ帯の２波を共用アンテナと共用フィルタを用いて同時運用するなどの例がある。この場合は３５０ＨＨｚは１６０ＭＨｚに対して約２．２倍の偶数倍に近い関係なので、２波共用アンテナの給電系統に図１６に示す従来の同軸避雷器１００を挿入することができない。従って、奇数倍以外の周波数関係にある複数の周波数帯域で使用するには、新たな構成の同軸避雷器が必要となる。

次に、１６０ＭＨｚ帯と３５０ＭＨｚ帯の２波において使用可能な特許文献１に示す従来の同軸避雷器２００が提案されており、この同軸避雷器２００の回路構成を図１８に示す。
この従来の同軸避雷器２００は、１６０ＭＨｚと３５０ＨＨｚの周波数で使用可能な同軸避雷器であり、図１８に示すように、アンテナからの線路が接続される第１端子２１０を有し、第１端子２１０と第１線路２１２ａとの間に第１スタブ２１３ａが接続されている。また、無線機への線路が接続される第２端子２１１を有し、第２端子２１１と第２線路２１２ｂとの間に第２スタブ２１３ｂが接続されている。第１スタブ２１３ａ、第１線路２１２ａ、第２線路２１２ｂ、第２スタブ２１３ｂは同軸線路から構成されている。そして、第１線路２１２ａと第２線路２１２ｂとの中心導体同士の接続点に、同軸線路からなるショートスタブ２１５の中心導体が接続されている。ショートスタブ２１５の外部導体はアースされており、先端において、中心導体がアースに短絡されている。また、第１スタブ２１３ａ、第１線路２１２ａ、第２線路２１２ｂ、第２スタブ２１３ｂの外部導体はアースに接続されている。

図１８に示す従来の同軸避雷器２００における個々の電気定数は、第１端子２１０および第２端子２１１の入出力インピーダンスが５０Ωとされ、第１スタブ２１３ａおよび第２スタブ２１３ｂの特性インピーダンスが１８．６２Ωで１６０ＭＨｚに対して８．３°の位相に相当する長さとされ、第１線路２１２ａと第２線路２１２ｂとされる同軸線路の特性インダーダンスが５０Ωで、第１線路２１２ａと第２線路２１２ｂの長さは、１６０ＭＨｚに対して１９．６°の位相に相当する長さとされている。ショートスタブ２１５とされる同軸線路の特性インピーダンスは５０Ωで１６０ＭＨｚに対して６２．１°の位相に相当する長さとされており、先端は内部導体が外部導体に短絡する構造となっている。

このような電気定数とされた従来の同軸避雷器２００の挿入損失および反射減衰量の周波数特性を図１９に示す。
図１９を参照すると、１６０ＭＨｚにおいて挿入損失がほぼ０ｄＢで、反射減衰量が約６０ｄＢとなり、３５０ＭＨｚにおいて挿入損失がほぼ０ｄＢで、反射減衰量が約４１ｄＢの良好な特性が得られている。このように、従来の同軸避雷器２００は１６０ＭＨｚと３５０ＨＨｚの周波数で使用可能となる。

次に、図１８に示す回路構成の従来の同軸避雷器２００を具現化した構成を図２０（ａ）（ｂ）に示す。図２０（ａ）は従来の同軸避雷器２００の構成を示す正面図、図２０（ｂ）は従来の同軸避雷器２００の構成を示す平面図である。
これらの図に示す同軸避雷器２００は、第１端子２１０である第１接栓２２０ａを有する第１同軸線路２２０と、第２端子２１１である第２接栓２２１ａを有する第２同軸線路２２１と、同軸線路からなるショートスタブ２１５とから構成されている。ショートスタブ２１５は、第１同軸線路２２０と第２同軸線路２２１との接続部から、第１同軸線路２２０と第２同軸線路２２１とに直交して配置されており、同軸避雷器２００はＴ字状とされている。ショートスタブ２１５の先端に設けられたアース部２１５ａにおいて、中心導体が外部導体であるアースに短絡されている。

特開２０１７－１９１９７０号公報

従来の同軸避雷器２００は図１８に示すように、第１端子２１０と第２端子２１１との間に第１スタブ２１３ａ、第１線路２１２ａ、第２線路２１２ｂ、第２スタブ２１３ｂとを接続する複雑な構成になるという問題点があった。また、図２０（ａ）（ｂ）に示すように、第１接栓２２０ａから第２接栓２２１ａまでの長さＬ１００は５５０ｍｍとされ、第１同軸線路２２０と第２同軸線路２２１との中心線からショートスタブ２１５の先端までの長さＬ１０１は３３０ｍｍの大きな形状になってしまうという問題点があった。さらに、従来の同軸避雷器２００は、製造時に電気特性のバラ付きがあっても組み立て後の調整作業が行える構造とされおらず、組み立て後に電気特性の改善を行うことができないという問題点もあった。

そこで、本発明は、小型にできると共に組み立て後に調整作業を行うことが可能な簡易な構成とすることができる同軸避雷器を提供することを目的としている。

本発明の同軸避雷器は、第１端子と第２端子との間を接続する同軸線路と、該同軸線路の中途の接続点に接続されたＬＣ分岐部と、該ＬＣ分岐部に接続され、一端が短絡されているショートスタブとを備え、前記ＬＣ分岐部は、容量を可変可能なキャパシタと、インダクタンスを調整可能なインダクタとの並列回路からなり、前記キャパシタおよび前記インダクタの一端が、前記接続点とされる前記同軸線路の中心導体に接続され、前記キャパシタの他端がアースに、前記インダクタの他端が前記ショートスタブの他端に接続されており、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとが通過域とされていることを最も主要な特徴としている。

また、上記本発明の同軸避雷器において、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとが、通過域となるように前記キャパシタの容量値および前記インダクタのインダクタンス値が設定され、低域通過周波数ＦＬにおける自由空間の波長をλとした際に、前記ショートスタブの長さが０．１６λ～０．２４λとされていてもよい。
さらに、上記本発明の同軸避雷器において、前記インダクタと前記ショートスタブとの直列回路の直列共振周波数が、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとの中央付近に設定されていてもよい。
さらにまた、上記本発明の同軸避雷器において、前記同軸線路は、前記第１端子に一端が接続された第１同軸線路と、前記第２端子に一端が接続された第２同軸線路の２本からなり、前記ＬＣ分岐部は筒状の分岐部外部導体を備え、前記第１同軸線路および前記第２同軸線路の外部導体が該分岐部外部導体の対面する側面にそれぞれ接続され、該分岐部外部導体の内部において、前記第１同軸線路および前記第２同軸線路の他端における中心導体が接続されて前記接続点が構成され、前記分岐部外部導体における上部の内部にアース板、ロータおよびステータが配置されて、該ロータは中心軸が前記アース板に回転可能に支持され、前記ロータに対面して配置された前記ステータが前記接続点に接続され、前記分岐部外部導体の下部の内部に前記インダクタを構成する空芯コイルが配置され、該空芯コイルの他端に前記ショートスタブを構成する同軸線路の中心導体が接続されており、前記キャパシタが前記ロータおよび前記ステータとにより構成されていてもよい。
さらにまた、本発明の同軸避雷器において、前記分岐部外部導体の側面に、前記空芯コイルのインダクタンスを調整するための窓が形成されていてもよい。

本発明の同軸避雷器は、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとが通過域とされ、同軸線路の中途の接続点に接続されたＬＣ分岐部が、容量を可変可能なキャパシタと、インダクタンスを調整可能なインダクタとの並列回路からなることから、組み立て後に調整作業を行うことが可能になると共に、小型で簡易な構成とすることができる。

本発明の実施例である同軸避雷器の回路構成を示す図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の構成を示す正面図および平面図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の寸法の一例を示す平面図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の中央部の構成を拡大した断面図で示す図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の電気特性を説明する回路図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の計算した電気特性を示す図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の実測した電気特性を示す図である。 本発明の実施例である同軸避雷器において、電気定数を変えた際の解析結果を示す図表である。 本発明の実施例である同軸避雷器の電気定数を変えた際の電気特性を示す図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の電気定数を変えた際の他の電気特性を示す図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の電気定数を変えた際のさらに他の電気特性を示す図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の電気定数を変えた際のさらに他の電気特性を示す図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の電気定数を変えた際のさらに他の電気特性を示す図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の電気定数を変えた際のさらに他の電気特性を示す図である。 本発明の実施例である同軸避雷器の電気定数を変えた際のさらに他の電気特性を示す図である。 従来の基本的な同軸避雷器の回路構成を示す図である。 従来の基本的な同軸避雷器の電気特性を示す図である。 従来の他の同軸避雷器の回路構成を示す図である。 従来の他の同軸避雷器の電気特性を示す図である。 従来の他の同軸避雷器の構成を示す正面図および平面図である。

組み立て後に調整作業を行うことが可能になると共に、小型で簡易な構成とするという目的を、同軸線路の中途の接続点に接続されたＬＣ分岐部が、容量を可変可能なキャパシタと、インダクタンスを調整可能なインダクタとから構成することで実現した。

本発明の実施例の同軸避雷器１の回路構成を図１に示す。
図１に示す本発明の実施例の同軸避雷器１は、例えば１６０ＭＨｚと３５０ＨＨｚの２波の周波数で使用可能な同軸避雷器であり、アンテナからの線路が接続される第１端子１０と無線機への線路が接続される第２端子１１とを有している。第１端子１０と第２端子１１との間は同軸線路１６により接続されており、この同軸線路１６の中途の接続点１６ａにＬＣ分岐部１２が接続されている。ＬＣ分岐部１２は、一端が同軸線路１６の中途の接続点１６ａに接続され他端がアースされた容量を可変可能なキャパシタ１３と、一端が同軸線路１６の中途の接続点１６ａに接続され他端がショートスタブ１５の一端に接続されているインダクタンスを調整可能なインダクタ１４とから構成されている。ショートスタブ１５は、所定長の同軸線路から構成され、この同軸線路の外部導体はアースされており、同軸線路の内部導体の一端にインダクタ１４が接続され、該内部導体の他端は外部導体に短絡されてアースされている。
本発明の実施例の同軸避雷器１は、２つの指定通過周波数、例えば１６０ＭＨｚと３５０ＨＨｚにおいては、ＬＣ分岐部１２およびショートスタブ１５の影響を受けることなく良好な通過特性が得られる。一方、誘導雷等の周波数成分は直流若しくは直流に近い低域周波数に集中しているので、直流的にショートされているインダクタ１４とショートスタブ１５の直列回路を介して誘導雷等のエネルギーの大半はアースとされる地中に誘導されて、雷電流の無線機側への流入が大幅に軽減される。

[具現化した実施例]
次に、図１に示す回路構成の本発明の実施例の同軸避雷器１を具現化した構成を図２（ａ）（ｂ）、図３および図４に示す。図２（ａ）は本発明の実施例の同軸避雷器１の構成を示す正面図、図２（ｂ）は本発明の実施例の同軸避雷器１の構成を示す平面図であり、図３は本発明の実施例である同軸避雷器１の寸法例を示す平面図であり、図４は本発明の実施例である同軸避雷器の中央部の構成を拡大した断面図で示す図である。
これらの図に示す本発明の実施例の同軸避雷器１では、同軸線路１６が第１同軸線路２０と第２同軸線路２１とで構成される。第１同軸線路２０は、第１端子１０である第１接栓２０ａを端部に備え断面が円形とされ、第２同軸線路２１は、第２端子１１である第２接栓２１ａを端部に備え断面が円形とされる。第１同軸線路２０と第２同軸線路２１との間にＬＣ分岐部１２が設けられており、ＬＣ分岐部１２の端部に、断面が円形のリジッドな同軸線路からなるショートスタブ１５が設けられている。第１同軸線路２０は、円筒状の金属製とされたリジッドな第１給電線外部導体２０ｂと、第１給電線外部導体２０ｂのほぼ中心軸状に配置された内部が空洞とされたパイプ状の第１給電線内部導体２０ｃとから構成されている。この場合、中央に第１給電線内部導体２０ｃが挿通される挿通孔が形成された絶縁性とされた円板状の第３支持体２０ｅが、第１給電線外部導体２０ｂ内に所定間隔で配置され、第３支持体２０ｅにより第１給電線内部導体２０ｃが第１給電線外部導体２０ｂのほぼ中心軸状に配置されている。また、第２同軸線路２１は、円筒状の金属製とされたリジッドな第２給電線外部導体２１ｂと、第２給電線外部導体２１ｂのほぼ中心軸状に配置された内部が空洞とされたパイプ状の第２給電線内部導体２１ｃとから構成されている。この場合、中央に第２給電線内部導体２１ｃが挿通される挿通孔が形成された絶縁性とされた円板状の第４支持体２１ｅが、第２給電線外部導体２１ｂ内に所定間隔で配置され、第４支持体２１ｅにより第２給電線内部導体２１ｃが第２給電線外部導体２１ｂのほぼ中心軸状に配置されている。

ＬＣ分岐部１２は、金属製とされた第１外部導体３２ａと第２外部導体３２ｂとを備え、上部に形成された第１外部導体３２ａは円筒状に形成されており、第１外部導体３２ａの下方に一体に形成された第２外部導体３２ｂは、内部に断面円形の貫通孔が十字状に形成された直方体状とされている。第１外部導体３２ａの断面円形の内部には中央にネジ穴が形成された金属製とされた円板状のアース板３５が配置されている。この場合、第１外部導体３２ａの上部の内面に段差が形成されて、この段差までネジ部が内面に形成されており、このネジ部にアース板３５の外周面に形成されたネジが螺合されて固着され、段差にアース板３５の下面が当接している。アース板３５のネジ穴には、金属製とされた円板状の対向円板ロータ３６の上面の中央から上方へ延伸するよう形成された回転用ネジ３４が螺合している。回転用ネジ３４を回転させることにより、対向円板ロータ３６の位置を上下に調整することができる。対向円板ロータ３６の位置を調整した後は、回転用ネジ３４にロックナット３４ａを螺着してロックできる。アース板３５の上面および回転用ネジ３４とロックナット３４ａを覆うように、防水キャップ３１が第１外部導体３２ａの上端から嵌着されて、その内面に圧接されている。防水キャップ３１の第１外部導体３２ａの内面に圧接される側周面に柔軟な材質からなるＯリング３１ａがはめ込まれており、Ｏリング３１ａの機能により確実に防水されるようになる。

第１外部導体３２ａの内部には、対向円板ロータ３６に対面して金属製とされた円板状の対向円板ステータ３７が配置されており、対向円板ステータ３７の下面の中央から下方へ延伸して細い円柱状のＬＣ分岐部内部導体１２ｂが形成されている。ＬＣ分岐部内部導体１２ｂの下端は断面円形の接続内部導体３８の側周面に接続されている。第２外部導体３２ｂの内部には断面円形の貫通孔が十字状に形成されており、第１外部導体３２ａの内部に連通する一方の第１貫通孔の上部にＬＣ分岐部内部導体１２ｂが挿通される挿通孔が形成された円板状の第１支持体３３が配置され、ＬＣ分岐部内部導体１２ｂは、第１支持体３３により第２外部導体３２ｂの該貫通孔内のほぼ中心軸状に配置されている。上述した対向円板ロータ３６と対向円板ステータ３７とにより容量を可変可能なキャパシタ１３が構成される。

ＬＣ分岐部内部導体１２ｂの下端が固着された接続内部導体３８の反対側の側周面にはインダクタ１４を構成する空芯コイル１２ｄの一端が固着されて接続されている。空芯コイル１２ｄは、上記第１貫通孔の下部に収納されており、空芯コイル１２ｄの他端は、ショートスタブ１５を構成している同軸線路のショートスタブ内部導体１５ａの一端に接続されている。また、ショートスタブ１５を構成している同軸線路のショートスタブ外部導体１５ｂの上端が、第２外部導体３２ｂの下端において断面円形の上記第１貫通孔内に嵌入されて固着され、両者がハンダ付けあるいはロウ付けにより固着されて接続されている。ショートスタブ外部導体１５ｂの内部に、中央にショートスタブ内部導体１５ａが挿通される挿通孔が形成された円板状の第２支持体１５ｃが所定間隔で配置され、ショートスタブ内部導体１５ａは、第２支持体１５ｃによりショートスタブ外部導体１５ｂのほぼ中心軸状に配置されている。ショートスタブ内部導体１５ａは、先端に設けられたアース部２５ａおいてショートスタブ外部導体１５ｂに接続されて短絡されている。また、空芯コイル１２ｄが配置された位置に相当する第２外部導体３２ｂの側周面には円形の調整窓１２ｅが形成されており、この調整窓１２ｅを通して工具を挿入して空芯コイル１２ｄのピッチ等を変えて、空芯コイル１２ｄのインダクタンスを調整することができる。調整窓１２ｅには開閉可能な金属製の蓋がはめられている。なお、ショートスタブ１５の下部に設けられている端子台２５ｂは、地中に埋設されたアース線が接続される端子台とされている。

第１給電線外部導体２０ｂの第２外部導体３２ｂ側には鍔部が形成されており、この鍔部が複数の第１取付ネジ２３ａにより第２外部導体３２ｂの平面状とされた４側面の内の一つである第１側面に固着されている。第２外部導体３２ｂの内部において、第１側面から対面する第２側面まで、前記した十字状の貫通孔の他方の第２貫通孔が形成されており、第２貫通孔は、第１給電線外部導体２０ｂの内周面の形状とほぼ同形状とされて、第１給電線外部導体２０ｂの内周面は第２貫通孔に連通される。また、第２給電線外部導体２１ｂの第２外部導体３２ｂ側にも鍔部が形成されており、この鍔部が複数の第２取付ネジ２３ｂにより第２外部導体３２ｂの第２側面に固着されている。そして、第２給電線外部導体２１ｂの内周面は第２貫通孔に連通される。第１給電線外部導体２０ｂに形成された鍔部内にはＯリング２０ｆが嵌着され、第２給電線外部導体２１ｂに形成された鍔部内にはＯリング２１ｆが嵌着されて、第１給電線外部導体２０ｂおよび第２給電線外部導体２１ｂは、水密に第２外部導体３２ｂの両側面にそれぞれ固着される。
さらに、パイプ状とされた第１給電線内部導体２０ｃ内に配置された固定ネジ２０ｄにより、第１給電線内部導体２０ｃは接続内部導体３８の一端面に固着されて接続され、パイプ状とされた第２給電線内部導体２１ｃ内に配置された固定ネジ２１ｄにより、第２給電線内部導体２１ｃは接続内部導体３８の他端面に固着されて接続されている。接続内部導体３８と第１給電線内部導体２０ｃおよび第２給電線内部導体２１ｃとの境界部分はハンダ付けされる。ハンダ付けするための窓が、第２外部導体３２ｂの第１側面および第２側面を除く１つの側面に形成されている。この窓にも開閉可能な金属製の蓋がはめられている。

このように構成された本発明の実施例にかかる同軸避雷器１は、図２（ａ）（ｂ）および図３に示すようにＴ型形状とされ、通過周波数を１６０ＭＨｚと３５０ＭＨｚの２波としたときの同軸避雷器１の寸法の一例を示す。図３においては、ショートスタブ１５の長さがＬ１、第１端子１０とされる第１接栓２０ａから第２端子１１とされる第２接栓２１ａまでの長さがＬ２、ＬＣ分岐部１２の上端からショートスタブ１５の上端までの長さがＬ３、ショートスタブ１５の下端からアース部２５ａの下端までの長さがＬ４と表されている。ここで、低域通過周波数における自由空間の波長をλとすると、長さＬ１が約０．２λの長さとされ、長さＬ３が約１１０ｍｍとされ、長さＬ４が約２０ｍｍとされ、長さＬ２が約１４０ｍｍとされて、同軸避雷器１は小型とされている。なお、ショートスタブ１５の長さＬ１は、低域通過周波数を１６０ＭＨｚとすると、約３７５ｍｍとなる。また、長さＬ２は、所望に応じて１４０ｍｍより長くしてもよいし短くしてもよい。なお、第１接栓２０ａおよび第２接栓２１ａはフランジ付同軸管型としているが、同軸型のコネクタ形状であっても良い。

[同軸避雷器の解析]
図５に本発明の実施例である同軸避雷器１の解析を行うための等価回路図を示す。図５において、キャパシタ１３の容量値をＣ、インダクタ１４のインダクタンス値をＬ、ショートスタブ１５の長さを角度θで特性インピーダンスをＺｄ、第１端子１０および第２端子１１のインピーダンスをＺｏと表す。なお、角度θは１６０ＭＨｚにおける角度とされている。
図５において、分岐点Ｐから見たショートスタブ１５側のインピーダンスＺ_１はリアクタンス成分だけとなり、なので、ｊＸ_１とすると
Ｚ_１＝ｊＸ_１＝ｊ（ωＬ／Ｚｏ）＋ｊ｛（Ｚｄ／Ｚｏ）・ｔａｎ（θ）｝
＝ｊ（１／Ｚｏ）｛ωＬ＋Ｚｄ・ｔａｎ（θ）｝ （１）
となる。また、分岐点Ｐから見たキャパシタ１３側のインピーダンスＺ_２もリアクタンス成分だけとなる。
Ｚ_２＝ｊＸ_２＝１／（ｊωＣ・Ｚｏ）＝－ｊ｛（１／（ωＣ・Ｚｏ）｝
＝－ｊ｛（１／Ｚｏ）・（１／ωＣ）｝ （２）
となる。分岐点ＰではＺ_１とＺ_２とが並列接続されていることから、そのサセプタンスｊＢを（１）（２）式を用いて求めると、
ｊＢ＝ｊＺｏ｛ωＣ（ωＬ＋Ｚｄ・ｔａｎθ）－１｝／（ωＬ＋Ｚｄ・ｔａｎθ）
（３）
となる。
よって、図５に示す同軸避雷器１の四端子定数（ Ａ , Ｂ , Ｃ , Ｄ ）は、次の様になる。

四端子定数から伝送量ＳＢを求める公式は、
ＳＢ＝２０ｌｏｇ_１０（１／２）｜Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ｜ （５）
である。図５に示す同軸避雷器１は、無損失回路として定義されることから、通過域ではＳＢ＝０ｄＢとなるので、Ａ＝Ｄ＝１かつＢ＝Ｃ＝０が成立すれば、（５）式から、伝送量ＳＢは、
ＳＢ＝２０ｌｏｇ_１０（１／２）｜１＋１｜＝２０ｌｏｇ_１０（１）＝０ｄＢ
となる。
してみれば、（４）式においてＣ項が０、すなわちＣ項の分子が０になればＳＢ＝０ｄＢとなることから、
ωＣ（ωＬ＋Ｚｄ・ｔａｎθ）－１＝０ （６）
が成立すれば良い。ここで、高域通過周波数をＦＨ、低域通過周波数をＦＬとして表し、高域通過周波数ＦＨと低域通過周波数ＦＬの比率Ｎは、ＦＨ／ＦＬとなり、
ＦＨ＝Ｎ・ＦＬ （７）
が成立する。そして、高域通過周波数ＦＨでは、位相量はＮθ，角周波数はＮωとなるから、高域通過周波数ＦＨにおけるＣ項の分子が０になる条件は（６）式から
ＮωＣ｛ＮωＬ＋Ｚｄ・ｔａｎ（Ｎθ）｝－１＝０ （８）
となる。（６）式と（８）式からキャパシタ１３の容量値Ｃとインダクタ１４のインダクタンス値Ｌを求めると、
Ｃ＝（Ｎ ^２ －１）／［ＮωＺｄ｛Ｎ・ｔａｎθ－ｔａｎ（Ｎθ）｝］ （９）
Ｌ＝Ｚｄ｛ｔａｎθ－Ｎ・ｔａｎ（Ｎθ）｝／ω（Ｎ ^２ －１） （１０）
となる。ただし、Ｚｄ＞０でありＣ≧０，Ｌ≧０である。

本発明の実施例にかかる同軸避雷器１において、低域通過周波数ＦＬを１６０ＭＨｚ、高域通過周波数ＦＨを３５０ＭＨｚの２波とした際に、第１端子１０および第２端子１１の入出力インピーダンスおよび第１同軸線路２０と第２同軸線路２１の特性インピーダンスを５０Ωとし、ショートスタブ１５を構成する同軸線路の特性インピーダンスを７０Ωとし、低域通過周波数ＦＬの波長をλとした際に、長さＬ１が約０．２λの長さとされた時のキャパシタ１３の容量値Ｃとインダクタ１４のインダクタンス値Ｌを（９）（１０）式から求める。なお、θは０．２×３６０＝７２°となり、比率Ｎは３５０／１６０となる。
Ｃ＝（Ｎ ^２ －１）／［ＮωＺｄ｛Ｎ・ｔａｎθ－ｔａｎ（Ｎθ）｝］
＝３．４４０６１０９７６×１０^－１２≒３．４４０６［ｐＦ］
Ｌ＝Ｚｄ｛ｔａｎθ－Ｎ・ｔａｎ（Ｎθ）｝／ω（Ｎ ^２ －１）
＝７３．２８４０１５×１０^－９≒７３．２８４［ｎＨ］
が得られる。

[電気特性]
本発明の実施例にかかる同軸避雷器１において、上記した電気定数とした際の計算した挿入損失の周波数特性および反射減衰量の周波数特性を図６に、実測した挿入損失の周波数特性および反射減衰量の周波数特性を図７に示す。
図６および図７において実線が挿入損失で点線が反射減衰量であり、図６を参照すると、１６０ＭＨｚ（ＦＬ）において挿入損失がほぼ０ｄＢで、反射減衰量が約６０ｄＢとなり、３５０ＭＨｚ（ＦＨ）において挿入損失がほぼ０ｄＢで、反射減衰量が約６０ｄＢの良好な特性が得られている。使用可能周波数帯域をＶＳＷＲ１．１相当の反射減衰量２６．４ｄＢ以上とすると、低域通過周波数ＦＬの通過帯域が、（ＦＬ－１９．８）～（ＦＬ＋１９．３）の３９．１ＭＨｚとなり、高域通過周波数ＦＨの通過帯域が、（ＦＨ－１９．０）～（ＦＨ＋２６．６）の４５．６ＭＨｚの広帯域な周波数特性が得られている。また、インダクタ１４とショートスタブ１５からなる直列共振回路の直列共振周波数（インピーダンスＺ_１が０になる周波数）は、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとの中央付近の約２６６．０９０ＭＨｚとなっている。
また、図７を参照すると、１６０ＭＨｚ（ＦＬ）において挿入損失がほぼ０ｄＢで、反射減衰量が約３７ｄＢとなり、３５０ＭＨｚ（ＦＨ）において挿入損失がほぼ０ｄＢで、反射減衰量が約４０ｄＢの良好な特性が得られている。使用可能周波数帯域をＶＳＷＲ１．１相当の反射減衰量２６．４ｄＢ以上とすると、低域通過周波数ＦＬの通過帯域が約３５ＭＨｚ、高域通過周波数ＦＨの通過帯域が約４８ＭＨｚの広帯域な周波数特性が得られている。
このように、本発明の実施例にかかる同軸避雷器１は、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨで広帯域とすることができると共に、低損失で反射減衰量も良好とすることができる。

上記説明した本発明の実施例にかかる同軸避雷器１においては、インダクタ１４を構成する空芯コイル１２ｄのインダクタンスを、空芯コイル１２ｄのピッチ等を変更することで調整することができる。また、対向円板ロータ３６と対向円板ステータ３７とから構成されるキャパシタ１３のキャパシタンスを、回転用ネジ３４を回転させて対向円板ロータ３６の対向円板ステータ３７に対する間隔を変更することにより調整することができる。インダクタ１４のインダクタンス値とキャパシタ１３のキャパシタンス値を調整することにより、本発明の実施例にかかる同軸避雷器１においては、組み立て後に電気特性のバラ付きがあっても、調整作業を施すことで電気特性の改善を図れるようになる。
なお、以上の電気定数は一例であって、２つの指定通過周波数や入出力インピーダンスあるいは低域周波数と高域周波数の使用可能通過帯域幅の比率等の条件が異なれば、設定される電気定数が異なることは言うまでもない。

次に、本発明の実施例にかかる同軸避雷器１において、低域通過周波数ＦＬの波長をλとした際のショートスタブ１５の長さＬ１を０．１６λ～０．２４λとした際、および、他の電気定数を変えた際の解析結果を図８の図表に示す。
図８の図表において、Ｎｏ．１の解析結果は、Ｚｏ＝５０［Ω］、ＦＬ＝１６０［ＭＨｚ］、ＦＨ＝３５０［ＭＨｚ］、Ｚｄ＝７０［Ω］、ショートスタブの電気長Ｌ１＝０．２λとした時であり、上述した通りの解析結果とされ、その挿入損失の周波数特性および反射減衰量の周波数特性が図６に示されている。
Ｎ０．２の解析結果は、Ｚｏ＝５０［Ω］、ＦＬ＝１６０［ＭＨｚ］、ＦＨ＝３５０［ＭＨｚ］、Ｚｄ＝７０［Ω］とし、ショートスタブの電気長Ｌ１＝０．２４λに変えた時であり、キャパシタ１３の容量値Ｃとインダクタ１４のインダクタンス値Ｌを（９）（１０）式から求めている。容量値Ｃは、約０．７１０４［ｐＦ］、インダクタンス値Ｌは約２８６．０１７［ｎＨ］となり、この時の本発明の実施例にかかる同軸避雷器１の挿入損失の周波数特性および反射減衰量の周波数特性が図９に示されている。図９に示すように、低域通過周波数ＦＬの通過帯域が、（ＦＬ－３３．３）～（ＦＬ＋１２．９）の４６．２ＭＨｚとなり、高域通過周波数ＦＨの通過帯域が、（ＦＨ－１１２．７）～（ＦＨ＋１４６．８）の２５９．５ＭＨｚの広帯域な周波数特性が得られている。上記直列共振回路の直列共振周波数は、低域通過周波数ＦＬ側に近く高域通過周波数ＦＨ側から離れた１８８．３０９ＭＨｚとなっている。

Ｎ０．３の解析結果は、Ｚｏ＝５０［Ω］、ＦＬ＝１６０［ＭＨｚ］、ＦＨ＝３５０［ＭＨｚ］、Ｚｄ＝７０［Ω］とし、ショートスタブの電気長Ｌ１＝０．１６λに変えた時であり、キャパシタ１３の容量値Ｃとインダクタ１４のインダクタンス値Ｌを（９）（１０）式から求めている。容量値Ｃは、約５．０９７９［ｐＦ］、インダクタンス値Ｌは約８４．３７３［ｎＨ］となり、この時の本発明の実施例にかかる同軸避雷器１の挿入損失の周波数特性および反射減衰量の周波数特性が図１０に示されている。図１０に示すように、低域通過周波数ＦＬの通過帯域が、（ＦＬ－２１．０）～（ＦＬ＋２２．９）の４３．９ＭＨｚとなり、高域通過周波数ＦＨの通過帯域が、（ＦＨ－６．３）～（ＦＨ＋８．８）の１５．１ＭＨｚの広帯域な周波数特性が得られている。上記直列共振回路の直列共振周波数は、低域通過周波数ＦＬ側から離れ高域通過周波数ＦＨ側に近い３１３．４５４ＭＨｚとなっている。

Ｎ０．４の解析結果は、Ｚｏ＝５０［Ω］、ＦＬ＝１６０［ＭＨｚ］、ＦＨ＝３５０［ＭＨｚ］、ショートスタブの電気長Ｌ１＝０．２λとし、Ｚｄ＝５０［Ω］に変えた時であり、キャパシタ１３の容量値Ｃとインダクタ１４のインダクタンス値Ｌを（９）（１０）式から求めている。容量値Ｃは、約４．８１６９［ｐＦ］、インダクタンス値Ｌは約５２．３４６［ｎＨ］となり、この時の本発明の実施例にかかる同軸避雷器１の挿入損失の周波数特性および反射減衰量の周波数特性が図１１に示されている。図１１に示すように、低域通過周波数ＦＬの通過帯域が、（ＦＬ－１４．３）～（ＦＬ＋１４．０）の２８．３ＭＨｚとなり、高域通過周波数ＦＨの通過帯域が、（ＦＨ－１４．３）～（ＦＨ＋１８．２）の３２．５ＭＨｚの広帯域な周波数特性が得られている。上記直列共振回路の直列共振周波数は、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとの中央付近の２６６．０９０ＭＨｚとなっている。

Ｎ０．５の解析結果は、Ｚｏ＝５０［Ω］、ＦＬ＝１６０［ＭＨｚ］、ＦＨ＝３５０［ＭＨｚ］、ショートスタブの電気長Ｌ１＝０．２λとし、Ｚｄ＝１００［Ω］に変えた時であり、キャパシタ１３の容量値Ｃとインダクタ１４のインダクタンス値Ｌを（９）（１０）式から求めている。容量値Ｃは、約２．４０８４［ｐＦ］、インダクタンス値Ｌは約１０４．６９２［ｎＨ］となり、この時の本発明の実施例にかかる同軸避雷器１の挿入損失の周波数特性および反射減衰量の周波数特性が図１２に示されている。図１２に示すように、低域通過周波数ＦＬの通過帯域が、（ＦＬ－２８．０）～（ＦＬ＋２６．９）の５４．９ＭＨｚとなり、高域通過周波数ＦＨの通過帯域が、（ＦＨ－２５．３）～（ＦＨ＋４０．７）の６６．０ＭＨｚの広帯域な周波数特性が得られている。上記直列共振回路の直列共振周波数は、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとの中央付近の２６６．０９０ＭＨｚとなっている。

Ｎ０．６の解析結果は、Ｚｏ＝５０［Ω］、ＦＬ＝１６０［ＭＨｚ］、Ｚｄ＝７０［Ω］、ショートスタブの電気長Ｌ１＝０．２λとし、ＦＨ＝３００［ＭＨｚ］に変えた時であり、キャパシタ１３の容量値Ｃとインダクタ１４のインダクタンス値Ｌを（９）（１０）式から求めている。容量値Ｃは、約２．８１５９［ｐＦ］、インダクタンス値Ｌは約１３７．０８６［ｎＨ］となり、この時の本発明の実施例にかかる同軸避雷器１の挿入損失の周波数特性および反射減衰量の周波数特性が図１３に示されている。図１３に示すように、低域通過周波数ＦＬの通過帯域が、（ＦＬ－２７．１）～（ＦＬ＋２４．７）の５１．８ＭＨｚとなり、高域通過周波数ＦＨの通過帯域が、（ＦＨ－１９．７）～（ＦＨ＋３４．８）の５４．５ＭＨｚの広帯域な周波数特性が得られている。上記直列共振回路の直列共振周波数は、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとの中央付近の２４１．３５４ＭＨｚとなっている。

Ｎ０．７の解析結果は、Ｚｏ＝５０［Ω］、ＦＨ＝３５０［ＭＨｚ］、Ｚｄ＝７０［Ω］、ショートスタブの電気長Ｌ１＝０．２λとし、ＦＬ＝１４０［ＭＨｚ］に変えた時であり、キャパシタ１３の容量値Ｃとインダクタ１４のインダクタンス値Ｌを（９）（１０）式から求めている。容量値Ｃは、約４．４３２５［ｐＦ］、インダクタンス値Ｌは約４６．６５０［ｎＨ］となり、この時の本発明の実施例にかかる同軸避雷器１の挿入損失の周波数特性および反射減衰量の周波数特性が図１４に示されている。図１４に示すように、低域通過周波数ＦＬの通過帯域が、（ＦＬ－１４．３）～（ＦＬ＋１４．４）の２８．７ＭＨｚとなり、高域通過周波数ＦＨの通過帯域が、（ＦＨ－１４．８）～（ＦＨ＋１８．５）の３３．３ＭＨｚの広帯域な周波数特性が得られている。上記直列共振回路の直列共振周波数は、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとの中央付近の２５８．１６５ＭＨｚとなっている。

Ｎ０．８の解析結果は、Ｚｏ＝５０［Ω］、ＦＨ＝３５０［ＭＨｚ］、Ｚｄ＝７０［Ω］、ショートスタブの電気長Ｌ１＝０．２λとし、ＦＬ＝１９０［ＭＨｚ］に変えた時であり、キャパシタ１３の容量値Ｃとインダクタ１４のインダクタンス値Ｌを（９）（１０）式から求めている。容量値Ｃは、約２．３０１４［ｐＦ］、インダクタンス値Ｌは約１２４．４２７［ｎＨ］となり、この時の本発明の実施例にかかる同軸避雷器１の挿入損失の周波数特性および反射減衰量の周波数特性が図１５に示されている。図１５に示すように、低域通過周波数ＦＬの通過帯域が、（ＦＬ－３３．７）～（ＦＬ＋３０．３）の６４．０ＭＨｚとなり、高域通過周波数ＦＨの通過帯域が、（ＦＨ－２３．４）～（ＦＨ＋４３．０）の６６．４ＭＨｚの広帯域な周波数特性が得られている。上記直列共振回路の直列共振周波数は、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとの中央付近の２８３．７２０ＭＨｚとなっている。

ショートスタブの電気長は理論的に（９）式および（１０）式が成立する範囲で設定可能である。しかし、図６、図９ないし図１５を参照すると、低域通過周波数ＦＬの通過帯域と高域通過周波数ＦＨの通過帯域が程良い比率を保つためには、ショートスタブ１５とインダクタ１４からなる直列共振回路の直列共振周波数が、概ね低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨの中央付近の周波数となる場合とされる。そして、直列共振周波数に近い側の通過周波数の通過帯域は狭くなり、直列共振周波数から離れた側の通過周波数の通過帯域は広くなってアンバランスの傾向が強まるようになる。このため、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨの中央付近に直列共振周波数を設定することが好適となる。但し、一方の通過周波数の通過帯域を極端に広くしたい場合などは、目的に合わせて直列共振周波数を意図的にずらせば、所望の幅の通過帯域に設定することができる。

以上説明した本発明にかかる実施例の同軸避雷器は、アンテナと無線機との間に設けられ、直流的にはほぼアースに短絡されているが、２つの指定通過周波数においては、良好な通過特性が得られる。本発明にかかる同軸避雷器は、アンテナと無線機との間に設けられることに限らず、大電力が通過する同軸線路に設けることができる。
以上説明した本発明にかかる同軸避雷器の通過周波数は１６０ＭＨｚ及び３５０ＭＨｚに設定したが、２つの指定通過周波数はこれに限ることはない。そして、２つの指定通過周波数や入出力インピーダンスあるいは低域通過周波数と高域通過周波数の通過帯域幅の比率等の条件が異なる場合は、それに合わせるよう異なる電気定数が設定される。また、インダクタのインダクタンス値とキャパシタのキャパシタンス値を調整することにより、本発明の実施例にかかる同軸避雷器１においては、組み立て後に電気特性のバラ付きがあっても、調整作業を施すことで電気特性の改善を図れるようになる。
また、本発明にかかる同軸避雷器においては、高域通過周波数ＦＨと低域通過周波数ＦＬの比率Ｎは、３．０未満であっても実現可能となる。ただし、比率Ｎが１．５以下位になると高域通過周波数ＦＨと低域通過周波数ＦＬとが近接して挿入損失の増加やＶＳＷＲの劣化が顕著になることから、比率Ｎは約１．５～約２．５とするのが好適である。さらに、ショートスタブの特性インピーダンスＺｄは高いほど通過帯域の幅が広帯域化されるが、製作上の都合や機械的な安定性等を総合的に勘案すると、特性インピーダンスＺｄは７０［Ω］とするのが好適である。

１ 同軸避雷器、１０ 第１端子、１１ 第２端子、１２ ＬＣ分岐部、１２ｂ ＬＣ分岐部内部導体、１２ｄ 空芯コイル、１２ｅ 調整窓、１３ キャパシタ、１４ インダクタ、１５ ショートスタブ、１５ａ ショートスタブ内部導体、１５ｂ ショートスタブ外部導体、１５ｃ 第２支持体、１６ 同軸線路、１６ａ 接続点、２０ 第１同軸線路、２０ａ 第１接栓、２０ｂ 第１給電線外部導体、２０ｃ 第１給電線内部導体、２０ｄ 固定ネジ、２０ｅ 第３支持体、２０ｆ Ｏリング、２１ 第２同軸線路、２１ａ 第２接栓、２１ｂ 第２給電線外部導体、２１ｃ 第２給電線内部導体、２１ｄ 固定ネジ、２１ｅ 第４支持体、２１ｆ Ｏリング、２３ａ 第１取付ネジ、２３ｂ 第２取付ネジ、２５ａ アース部、２５ｂ 端子台、３１ 防水キャップ、３１ａ Ｏリング、３２ａ 第１外部導体、３２ｂ 第２外部導体、３３ 第１支持体、３４ 回転用ネジ、３４ａ ロックナット、３５ アース板、３６ 対向円板ロータ、３７ 対向円板ステータ、３８ 接続内部導体、１００ 同軸避雷器、１１０ 第１端子、１１１ 第２端子、１１２ 線路、１１５ ショートスタブ、２００ 同軸避雷器、２１０ 第１端子、２１１ 第２端子、２１２ａ 第１線路、２１２ｂ 第２線路、２１３ａ 第１スタブ、２１３ｂ 第２スタブ、２１５ ショートスタブ、２１５ａ アース部、２２０ 第１同軸線路、２２０ａ 第１接栓、２２１ 第２同軸線路、２２１ａ 第２接栓

Claims (5)

1. 第１端子と第２端子との間を接続する同軸線路と、
   該同軸線路の中途の接続点に接続されたＬＣ分岐部と、
   該ＬＣ分岐部に接続され、一端が短絡されているショートスタブとを備え、
   前記ＬＣ分岐部は、容量を可変可能なキャパシタと、インダクタンスを調整可能なインダクタとの並列回路からなり、前記キャパシタおよび前記インダクタの一端が、前記接続点とされる前記同軸線路の中心導体に接続され、前記キャパシタの他端がアースに、前記インダクタの他端が前記ショートスタブの他端に接続されており、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとが通過域とされていることを特徴とする同軸避雷器。
2. 低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとが、通過域となるように前記キャパシタの容量値および前記インダクタのインダクタンス値が設定され、低域通過周波数ＦＬにおける自由空間の波長をλとした際に、前記ショートスタブの長さが０．１６λ～０．２４λとされていることを特徴とする請求項１に記載の同軸避雷器。
3. 前記インダクタと前記ショートスタブとの直列回路の直列共振周波数が、低域通過周波数ＦＬと高域通過周波数ＦＨとの中央付近に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の同軸避雷器。
4. 前記同軸線路は、前記第１端子に一端が接続された第１同軸線路と、前記第２端子に一端が接続された第２同軸線路の２本からなり、前記ＬＣ分岐部は筒状の分岐部外部導体を備え、前記第１同軸線路および前記第２同軸線路の外部導体が該分岐部外部導体の対面する側面にそれぞれ接続され、該分岐部外部導体の内部において、前記第１同軸線路および前記第２同軸線路の他端における中心導体が接続されて前記接続点が構成され、
   前記分岐部外部導体における上部の内部にアース板、ロータおよびステータが配置されて、該ロータは中心軸が前記アース板に回転可能に支持され、前記ロータに対面して配置された前記ステータが前記接続点に接続され、
   前記分岐部外部導体の下部の内部に前記インダクタを構成する空芯コイルが配置され、該空芯コイルの他端に前記ショートスタブを構成する同軸線路の中心導体が接続されており、
   前記キャパシタが前記ロータおよび前記ステータとにより構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の同軸避雷器。
5. 前記分岐部外部導体の側面に、前記空芯コイルのインダクタンスを調整するための窓が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の同軸避雷器。

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