KR19980041956A - 복합 동축서지어레스터/전력추출기 - Google Patents

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KR19980041956A
KR19980041956A KR1019970054504A KR19970054504A KR19980041956A KR 19980041956 A KR19980041956 A KR 19980041956A KR 1019970054504 A KR1019970054504 A KR 1019970054504A KR 19970054504 A KR19970054504 A KR 19970054504A KR 19980041956 A KR19980041956 A KR 19980041956A
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초드리니사에이
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티아이아이인더스트리스인코포레이티드
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Abstract

RF시그널과 AC전력을 전송하는 동축전송라인용 과전압보호기를 제공하며, 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 복합 동축서지어레스터/전력추출기를 제공한다. 상기 서지어레스터는 중앙도체와 전도성 몸체를 갖는 동축가스토출관을 구비하고 있다. 상기 장치는 AC전력을 추출하기 위한 유도자를 포함하며, 상기 유도자는, RF시그널 주파수에서 높은 리액턴스를 갖고, AC전력 주파수에서는 낮은 리액턴스를 가지며, 상기 콘덴서는 RF시그널 주파수에서 낮은 리액턴스를 갖고, AC전력 주파수에서는 높은 리액턴스를 갖는다.

Description

복합 동축서지어레스터/전력추출기
본 발명은 RF시그널 및 AC전력을 이송하는 동축전송라인을 보호하고, 상기 동축전송라인으로부터 AC전력을 끌어내기 위한 장치에 관한 것이다.
가와나미 미국특허 제4,544,984호(1985년 10월 1일 등록 : 이하 가와나미특허 '984호라 한다)에 동축전송라인용 가스토출관의 서지어레스터가 개시되어 있다. 상기 가와나미특허 '984호에 의하면, 종래의 가스토출관은 전화선용 서지어레스터로는 바람직한 반면, 고주파 동축전송라인에는 사용할 수 없었다. 그 이유로, 첫째 가스토출관은 상당량의 정전용량을 가지고 있으며, 둘째 그 접속특성으로 인해 동축전송라인의 임피던스가 상당히 변하여 전송라인에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 가와나미특허 '984호에 의하면, 지금까지 고주파 동축전송라인에서 사용할 수 있는 서지어레스터는 없었던 것으로 기재되어 있다(제1절 57째줄∼제2절 4째줄).
가와나미특허 '984호에는, 동축전송라인의 내부 및 외부도체 사이에 시그널 전송방향과 직각방향으로 가스토출관이 접속되는 서지어레스터에 대해 개시되어 있다. 동축전송라인에 가스토출관을 사용함에 따라 정전용량이 바람직하지 않게 증가하는 것은, 중앙도체의 일부분을 제거하여 가스관이 내부도체와 접촉하는 부분에서 내부도체의 실제 단면적을 줄임에 따라 가스관이 놓일 부분을 편평하게 만들어 줌으로써 극복될 수 있다.
또한, 가와나미 미국특허 제4,509,090호(1985년 4월 2일 등록: 이하 가와나미특허 '090호라 한다)에는, 종래의 가스토출관이 동축전송라인에서 서지어레스터로 사용할 수 없는 이유에 대해 설명되어 있으며, 가와나미특허 '984호에 개시된 동형의 구조, 즉 동축전송라인의 내부 및 외부도체 사이에서 시그널전송방향과 직각방향으로 가스토출관이 접속되는 장치에 대해 개시되어 있다. 가와나미특허 '090호의 도 7에, 가스토출관과 접촉되어 있는 중앙도체의 실질 단면적을 축소함에 따른 영향에 대해 기재되어 있으며, 1 또는 2mm 정도의 작은 치수변화에도 전압정상파율(Voltage Standing Wave Ratio : VSWR)에 커다란 영향을 미친다는 것을 보여주고 있다.
또한, 미켈슨 미국특허 제4,633,359호(1986년 12월 30일 등록)에는 동축전송라인용 서지어레스터가 개시되어 있으며, 가스토출관은 전송라인의 내부 및 외부도체 사이에서 시그널전송방향과 직각방향으로 접속되어 있다고 개시되어 있다. 미켈슨 장치의 이점은 그 제조가 간단하고 저렴하다는 데 있다. 가와나미특허 '090호 및 '984호와 같이, 미켈슨은 가스관이 중앙도체와 접촉하는 부분을 편평하게 한 중앙도체를 사용하였다. 이러한 편평한 부분은 가스관이 놓여질 자리로서의 역활 뿐만아니라, 가스관의 분포정전용량을 보상할 수 있도록 중앙도체의 인덕턴스를 조정한다. 상기 편평한 부분의 인접한 곳에 챔퍼를 장치하여 서지어레스터의 임피던스와 전송라인의 임피던스를 매칭시킬 수 있도록 하고 있다. 매칭된 임피던스를 이용하는 경우 전력수송이 최대가 된다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다.
쿡 영국특허공개공보 제2,083,945A호에 중앙전극(7), 원통형 외부전극(1) 및 전연단부(3),(5)가 구비된 동축전송라인용 가스토출관의 서지어레스터가 기재되어 있다. 중앙도체는 도 2에 도시된 바와 같이, 굴곡 될 수 있다. 독일특허공개공보 3,212,684A1호에 유사한 동축전송라인용 서지어레스터가 기재되어 있다.
PCT 출원 WO 95/21481호(1995년 8월 10일 공개)에 본 발명의 복합 동축서지어레스터/전력추출기에 사용하기 적합한 동축서지어레스터가 기재되어 있다. 상기 공개된 PCT출원은 미국특허출원번호 제08/192,343호(1994년 2월 7일 출원)와 미국특허출원번호 제08/351,667호(1994년 12월 8일 출원)를 기초로 한 것이고, 미국특허번호 제5,566,056호는 본 출원의 모출원이다. 여기에서는 상기 두 특허출원의 출원일의 혜택을 주장하지 않으며, 공개된 PCT출원은 본 출원에서 주장하는 주제의 선행기술이다.
본 발명은 동축전송라인이 RF시그널을 전송하고, AC전력을 예를 들어, 빌딩측면에 장착된 고객 인터페이스 유니트(customer interface unit)의 전자회로에 공급하도록 의도된 것이다. 이 동축전송라인은 케이블TV, 비디오텔레폰, 디지탈 데이타등의 주파수 5MHz∼1GHz인 RF시그널을 전송한다. AC전력을 고객 인터페이스 유니트의 전자회로에 공급할 수 있는 방법은 동축케이블과 한 쌍의 꼬여진 와이어를 포함하는 하이브리드 케이블을 사용하는 것이고, RF시그널은 동축케이블에 의해 전송되고, AC전력은 와이어 쌍에 의해 전송된다. 이것은 종종 사어미즈(siamese) 케이블로 칭해진다. 안전을 위해 동축케이블과 꼬여진 와이어 쌍은 서지어레스터에 의해 보호되어야 하는데, 이것은 두개의 서지어레스터가 필요하다는 것을 의미한다. 또한 사어미즈형 동축케이블은 설치비가 비싸다. 현재, 고객 인터페이스 유니트만이 사어미즈 케이블에 가깝다.
본 발명에 따라, AC전력을 동축케이블로부터 끌어내고, 단일 동축서지어레스터를 사용하여 과전압을 보호하는 복합 동축서지어레스터/전력추출기가 제공된다. 이것으로 사어미즈 동축케이블을 사용하지 않고, 두개의 서지프로텍터, 하나의 동축케이블 및 한쌍의 꼬여진 와이어가 필요하게 된다. 본 발명은, 종래의 동축케이블이 사이미즈 케이블 보다 저렴하고, 단일 서지어레스터만 필요하기 때문에 비용이 절감된다. 보호 및 전력추출이라는 두가지 기능을 단일 장치로 성취할 수 있다. 필요한 경우 동축서지어레스터를 제외할 수 있으며, 이 경우 상기 장치는 동축전송라인에 의해 전송되는 혼합된 RF시그널 및 AC전력으로부터 AC전력을 추출하는 기능만을 행할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 가스토출관의 일예를 나타낸 종축 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 단면을 나타낸 도면.
도 3은 커버를 제거한 상태에서, 한쌍의 동축커넥터를 갖는 하우징내에 삽설된 가스토출관을 나타낸 부분 절단 평면도.
도 4는 내부에 배치된 가스토출관과 함께 도시된 하우징의 부분 절단 측면도.
도 5는 접지클립의 사시도.
도 6은 하우징내의 가스토출관을 지지하기 위한 장착클립의 사시도.
도 7은 가스토출관과 장착클립 사이에 장치된 감열절연체의 개략도.
도 8은 본 발명에 의한 가스토출관의 다른 예를 나타낸 단면도.
도 9는 도 8에 도시된 장치의 단면을 나타낸 도면.
도 10은 커버를 제거한 상태에서, 하우징에 장착된 도 8에 도시된 바와같은 가스토출관을 나타낸 부분 절단 평면도.
도 11은 도 10에 도시된 장치의 부분 절단 개략도.
도 12는 커버를 제거한 상태에서 하우징의 다른 면에 나타나 있는 커넥터를 갖는 다른 하우징장치를 나타낸 평면도.
도 13은 도 12에 도시된 하우징장치의 단면을 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 가스토출관의 또 다른예를 나타낸 단면도.
도 15(가)는 본 발명의 가스토출관을 구체화한 인쇄회로기판의 동축커넥터의 단면을 나타낸 도면.
도 15(나) 및 (다)는 도 15(가)의 동축커넥터의 두 변형예를 나타낸 단면도.
도 16(가)는 본 발명의 가스토출관을 구체화한 직렬 동축커넥터의 단면을 나타낸 도면.
도 16(나)는 도 16(가)의 동축커넥터의 단면도.
도 17(가)는 본 발명의 가스토출관을 구체화한 직각 동축커넥터의 단면을 나타낸 도면.
도 17(나)는 도 17(가)의 동축커넥터의 단면도.
도 18은 전류제한 및 저전압 보호를 포함하는 본 발명에 의한 동축서지어레스터의 개략도.
도 19는 본 발명의 가스토출관을 결합하는 수(male) 동축커넥터를 갖는 동축게이블의 단면도.
도 20은 일체형 서지어레스터를 갖는 암-암(female-female) 동축커넥터의 단면도.
도 21은 착신(terminating) 동축전송라인용 장치와 종래의 착신 전화선용 장치를 포함하며, 양 장치에 대한 과전압기를 제공하는 본 발명에 따른 네트워크 인터페이스장치의 평면도.
도 22는 네트워크 인터페이스 장치에 사용되는 동축전송라인용 서지어레스터를 갖는 동축전송라인의 스프리터를 나타낸 부분 개략도.
도 23은 인쇄회로기판에 장착된 동축전송라인용 서지어레스터와 동축커넥터를 사용하는 네트워크 인터페이스 장치내의 착신 동축전송라인용 장치를 나타낸 측면도.
도 24는 페일쇼트보호기(fail short protection)를 갖는 본 발명의 가스토출관의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 25는 도 24에 도시된 실시예의 일단부를 나타낸 도면.
도 26은 페일쇼트보호기와 백업 에어갭(backup airgap)을 갖는 본 발명의 가스토출관의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 27은 도 26의 실시예의 일단부를 나타낸 도면.
도 28은 페일쇼트보호기와 백업 에어갭을 갖는 본 발명의 가스토출관의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 29는 도 28의 실시예의 일단부를 나타낸 도면.
도 30은 페일쇼트보호기를 갖는 본 발명의 가스토출관을 구체화한 동축커넥터의 단면도.
도 31은 동축서지어레스터와 가용링크를 나타내는 커버가 제거된 상태의 밀폐체의 평면도.
도 32는 커버가 있는 상태의 밀폐체를 나타낸 측면도.
도 33은 본 발명에 의한 복합 동축서지어레스터/전력추출기를 나타낸 단면도.
본 발명은, RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 끌어내고, 동시에 과전압상태로부터 동축전송라인을 보호하기 위한 복합 동축서지어레스터/전력추출기가 구비되어 있다. 복합 서지어레스터/전력추출기는 각 단부에 동축커넥터를 갖는 전도성 하우징을 구비할 수도 있으며, 상기 하우징은 동축전송라인과 직렬로 연결된다. 전도성 하우징은 전력추출회로와 직렬로 연결되는 동축서지어레스터가 구비되어 있다.
동축전송라인용 서지어레스터는 전연단부를 갖는 중공의 전도성 하우징이 구비되고, 상기 전연단부는 상기 하우징을 봉지하여 그 내부에 비활성가스가 보지된다. 중앙도체는 시그널 전송방향으로 전도성 하우징을 따라 연장된다. 절연단부는 세라믹재로 할 수 있으며, 전도성 하우징과 접촉되어 있는 세라믹 단부중 일부와 중앙도체를 금속으로 할 수도 있다. 전기장을 집중시키고 가스토출관이 정확하게 작동될 수 있도록, 전도성 하우징 내면중 적어도 일부 이상과 중앙도체 외면중 적어도 일부 이상을 거칠고 넓게 할 수 있다. 중앙도체의 길이에 따라 중앙도체의 외경에 대한 전도성 하우징의 내경 비율을 비꾸고, 당해 장치의 활성가스 토출지역의 길이를 변경함으로써, 동축서지어레스터의 임피던스를 동축전송라인의 임피던스와 효과적으로 매칭시킬 수 있다. 가스토출관은 감열성 전기절연체를 사용하는 페일세이프(fail safe) 메카니즘을 장치할 수 있기 때문에, 보호작동시 가스토출관이 과열되는 경우에 동축전송라인을 접지하게 된다. 또한 본 발명의 동축서지어레스터는 전류제한 및/또는 저전압보호를 할 수 있다. 동축서지어레스터의 전도성 하우징은 보호기/전력추출기의 전도성 하우징에 전기 접속된다.
전력추출기의 회로는 AC전력을 추출하기 위해 동축서지어레스터의 출력에 연결된 유도자(inductor)가 구비되어 있다. 저항은 유도자에 병렬로 연결될 수 있다. 콘덴서도 RF시그널을 통과시키기 위해 서지어레스터의 출력에 연결된다. 유도자는 AC전력을 통전시키나 RF시그널은 통과시키지 않고, 콘덴서는 RF시그널을 통과시키나 AC전력은 통전시키지 않도록 인덕턴스, 레지스턴스 및 정전용량 값을 바꿀 수 있다.
본 발명으로 간주되는 주제가 본 명세서 뒤에 첨부된 청구범위에 상세히 기재되어 있다. 본 발명은 작동방법을 포함하고 여러 가지 장점을 가지고 있으며, 첨부된 도면과 관련하여 하기의 상세한 설명을 참조하면 보다 이해되기 쉬울 것이다. 동일한 요소는 동일한 참조번호를 사용하였다.
(실시예)
도 1 및 도 2에 본 발명에 의한 가스토출관(10)이 도시되어 있으며, 이 가스토출관은 원통형의 전기 전도성재로 만들어진 중공의 긴 밀폐체(12)를 가지고 있다. 그 내주벽(14)은, 전기장이 토출갭에 집중되도록, 도 1에 도시된 바와 같이, 나사산과 같은 세레이션으로 울퉁불퉁하게 하는 것이 바람직하다. 기다란 전기 전도성 전극(16)은 밀폐체(12)의 일단부(18)로 부터 타단부(20)까지 연장되어 있다.
전극(16)은, 밀폐체(12)의 단부(18),(20) 밖으로 나와있는 외부연장부(22),(24)가 있으며, 그 외부연장부(22),(24)는 밀폐체(12)의 단부(18),(20)에 삽설되어 있는 세라믹(비전도성) 밀봉부재(28),(30)의 개구(26)내 중앙에 놓여있다. 단턱(32),(34)은 밀봉부재(28),(30)가 밀폐체(12)에 정확하게 밀봉될 수 있도록 밀폐체내의 단부(18),(20) 가까이에 있다. 전극(16)은 가스토출관의 점화가 바람직하게 이루어지도록, 도 1에 세레이션으로 도시된 바와같이 그 외주가 울퉁불퉁하게 되어 있다. 상기 가스토출관의 부품들이 조립되면, 이것을 종래의 방식으로 점화하여 밀폐체(12)내의 가스(36)가 완전히 밀봉되게 한다. 사용되는 가스(36)는 비활성가스로, 통상적으로 종래의 과전압 브레이크오버(breakover)관에서 사용되는 가스를 사용한다.
도 3에, 이하에 설명될 방식에 의해 그 내부에 가스토출관(10)이 설치된 전도성 하우징(38)이 도시되어 있다. 하우징(38)은 나사형의 입력 및 출력커넥터(40),(42)를 포함하며, 이들 커넥터는 BNC커넥터와 같은 또다른 종래의 동축커넥터를 사용할 수도 있지만, 종래의 나사형 F타입의 동축커넥터(44),(46)을 수용하는데 사용된다. 동축커넥터들은 전송방향으로 정렬되며, 각각의 수(male)커넥터는 나사형 외부쉘(48)과, 중앙에 배치된 도체(51)을 갖는 절연부(50)와를 포함하고 있으며, 상기 도체(51)는 도 6에 상세히 도시된 클립(54)의 소켓부(52)에 삽설된다.
클립(54)는 가스토출관(10)의 연장부(22),(24)내로 수용 및 착탈자재하게 유지되도록 사용되는 제2 소켓부(56)를 갖는다. 또한 클립(54)은 다수의 핑거(58),(60),(62),(64)를 가지고 있으며, 이들은 만곡되어 있어 가스토출관(10)을 수용할 수 있도록 되어있다. 가스토출관(10)의 전도성 전극(16)을 클립(54)과 전기접촉이 되지 않도록 절연하기 위하여, FEP로 알려져 있는 감열재(66)가 핑거(58),(60),(62),(64) 위에 걸쳐지도록 감열재를 클립(54)의 기저부(68) 사이에 두어 가스토출관(10)의 금속밀폐체(12)와 전기 접촉되지 않도록 한다.
도 7은 FEP절연체(66)의 구성을 나타낸 도면이다. 절연체(66)에는 접지클립(78: 도 5에 도시됨)의 핑거(74),(76)가 밀폐체(12)의 전기전도성 금속면과 전기접촉될 수 있도록 두개의 개구(70),(72)가 구비되어 있다. 접지클립(78)은 종래의 방식대로 전도성 하우징(38)에 부착되어 있어 하우징과 전기 접촉하에 있으며, 커넥터(40),(42)의 접지부 및 이 시스템의 접지조립체를 이루는 커넥터(44),(46)와 접촉되어 있다.
도 8 및 도 9는 가스토출관(80)의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 기다란 중공의 밀폐체(82)를 포함하며, 3개의 분리된 부분으로 조립되는 것이 바람직하다. 밀폐체(82)는 절연재(세라믹)로 제조되는 제1 부분(84), 통상 접지단자로 불려지는 제2의 중앙 전기전도부(86) 및 제1 부분(84)와 동일한 제3 부분(88)을 포함하고 있다. 이들 각 부분은 속이 빈 관모양을 하고 있다. 전도부(86)의 내부면(90)은, 가스토출관이 보다 확실한 작동될 수 있도록, 도 1에 대해 설명한 것과 같은 방식으로 울퉁불퉁하게 되어있다.
전기 전도성 전극(94)는 밀폐체(82)의 중공의 개구부(92) 중앙에 위치하며, 3개의 섹션으로 조립된다. 제1 및 제3 섹션(96),(98)은 구조가 같고, 전기전도성 브리지핀(100)에 의해 접속되어 제3 섹션을 형성한다. 따라서, 브리지핀(100)을 경유하여 일단부(102)로 부터 타단부(104)로 전기적 전도가 이루어진다. 단부캡(106),(108)은 가스(106)가 전기전도성 전극(94)과 밀폐체(82) 사이에 있는 공간에 보유되도록 밀봉한다. 단부캡(106),(108)은, 일측으로 부터 타측으로 전도성 중간개재물을 통하여 연속적인 경로를 유지함에 따라, 전도성 전극(94)과 전기접촉된다.
도 10은 다른 예의 가스토출관(80)을 갖는 하우징(38)과, 하우징(38)의 커넥터(42)로 부터 분리된 1개의 동축커넥터(46)와를 나타낸 평면도로, 가스토출관은 하우징내에 삽설되어 있다. 다른 커넥터(44)는 하우징(38)의 암(female) 커넥터(40)에 연결되어 있다. 도 6에 도시된 클립(54)는, 가스토출관(80)의 단부캡(106),(108)을 용이히게 파지하기 위하여 소켓부(56)을 1쌍의 핑거(110),(112)로 대체함으로써 어느정도 변형될 수 있다. 클립(54)의 나머지 부분은 그대로 이다. FEP와 같은 감열재로 되어있는 절연체(66)는 단부캡(106),(108)을 전기전도재로 부터 전기절연하기 위해 사용되며, 이것으로 클립(54)이 조립된다.
도 11은 하우징(38)을 완전 밀폐하기 위해 적소에 커버(114)를 갖는 하우징(38)의 부분 측단면도이다. 도 11의 접지클립(78)은 도 5의 접지클립(78)과 동일하다.
도 12 및 도 13에 도시되어 있는 서지어레스터는, 클립(54)의 소켓부(52)가 하우징(38)과 동일면상에 있고 암커넥터(40),(42)를 수용할 수 있도록 직각으로 구부러져 있기 때문에, 도 6에 도시된 것과 약간 다른 클립(54)을 갖는 가스토출관(10) 또는 (80) 어느것이나 사용할 수 있다. 한편, 필요에 따라 점선으로 표시된 다른 클립(54)으로 하우징(38)의 다른 벽에 커넥터(116)을 배치시킬 수도 있다. 하우징(38)에 개구(122),(124)와 함께 장착이어(118,120: mounting ears)을 설치하여 하우징(38)을 여러위치에 장착할 수 있다. 작업중, 가스토출관의 일부를 조립할 수 있고, 가스를 밀폐체내에 밀봉하는데 종래의 방식으로 불을 붙일 수 있다. 이후, FEP절연체, 장착클립 및 접지클립을 사용하는 하우징에 이 조립체를 배치하여 이 장치를 사용할 수 있도록 한다.
도 14에는 동축전송라인용 서지어레스터에 사용하기 적합한 본 발명의 가스토출관의 또다른 예가 도시되어 있다. 가스토출관(200)은 전도성 하우징(202), 절연단부(204) 및 하우징(202)을 통해 연장되어 있는 중앙도체(206)을 포함하고 있으며, RF시그널은 가스토출관(200)의 축방향으로 흐른다. 중앙도체(206)은 단부(204) 밖으로 돌출되어 있지만, 단부(204)에서 그칠수 있으며, 그곳에 외부도체를 부착할 수 있다. 도 14에 도시된 실시예에 있어서, 절연단부(204)는 세라믹재로 형성하는 것이 바람직하며, 하우징 및 그 내부의 비활성가스를 밀봉한다. 종래의 가스토출관에서는, 비활성가스로 수소와 아르곤의 혼합가스를 사용하여 직류 250∼350V의 항복전압을 얻었다. 본 발명의 바람직한 실시예로, 직류 약 100V의 항복전압을 얻을 수 있는 네온과 아르곤의 혼합가스가 바람직하다.
절연단부(204)에 있어서, 그 단부가 전도성 하우징(202)과 접촉되는 지역(208)에 금속을 입히는 것이 바람직하며, 또한 그 단부가 중앙도체(206)와 접촉되는 지역(210)에 금속을 입히는 것이 바람직하다. 절연단부는, 도체(206)가 단부(204)로부터 돌출되는 부분에서, 절연단부의 외면(205)에 환형 리세스(212)를 갖는 것이 바람직하다. 이들 환형 리세스 또한 금속을 입히는게 좋다. 환형 리세스는 제조작업시 금속화 단계를 용이하게 한다. 따라서, 환형 리세스를 포함하는 절연단부(204)의 외면 전체를 금속으로 입히고, 절연단부의 외면을 연삭함으로써 환형 리세스의 바깥부분의 금속막을 제거할 수 있다.
도 14에 도시된 바와같이, 전도성 하우징(202)의 내면(214)중 일부와 중앙도체(206)의 외면(216)중 일부를 예를들어, 나사산 또는 세레이션과 같이 울퉁불퉁하게 하여 전기장을 집중시키고, 가스토출관이 확실하게 작동될 수 있게 한다. 또한, 종래의 가스토출관과 같이, 그 표면(214),(216)은, 가스토출관의 항복전압을 줄이고 점화특성을 배가하기 위하여 저가공성 기능재료로 코팅되는 것이 바람직하다. 가스는 표면(214) 및 (216)사이의 G 지역에서 토출되며, 이 G 지역은 활성토출지역이다.
코팅면(214),(216)과 더불어, 활성토출지역 G 부근의 절연단부(204) 내면에 있는 방사상 또는 환형의 흑연라인으로 스트리핑(striping)을 사용하는 것이 바람직하다. 이 스트리핑은 갑작스럽게 상승하는 서지의 항복전압을 초기화하는데 도움이 된다.
또한, 도 14에 도시된 바와같이, 원통형 전도성 하우징(202)의 내면과 중앙도체(206)의 외면과의 거리는 중앙도체의 길이에 따라 변경된다. 한편, 하우징(202)의 내경 D와 중앙도체(206)의 외경 d와의 비율도 중앙도체의 길이에 따라 변경된다. 비율 D/d는 절연단부(204) 내에서 2:1, 2.5:1, 3:1, 3.5:1, 4:1, 4.5:1, 5:1, 5.5:1, 6:1 등으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 비율 D/d가 절연단부(204) 내에서 7:1/2:1 또는 3.5:1로 바뀌도록 G 지역에서는 2:1로, I 지역에서는 7:1로 할 수 있다. 이러한 비율 D/d의 변이로 서지어레스터의 임피던스를 보다 잘 매치시킬 수 있도록 가스토출관의 임피던스를 조정할 수 있으며, 가스토출관은 동축전송라인용 서지어레스터에 장치되어 있다.
동축전송라인의 임피던스는 (D/K)/d에 비례하는데, 여기에서 D는 외부도체의 내경, d는 내부도체의 외경, K는 내부 및 외부도체 사이의 매개물의 유전율이다. 도 14에 도시된 가스토출관인 경우의 매개물은 그 유전율이 거의 제로인 비활성가스이다. 따라서, 가스토출관의 임피던스는 D/d의 비율로 절연단부 사이에서 변한다. 전술한 바와같이, 절연단부(204)는 유전율이 약 8인 세라믹이 바람직하다. 중앙도체(206)의 길이에 따라 비율 D/d가 변함으로써, 특히 절연단부(204)의 유전율에 의해 야기되는 임피던스의 변화를 보상할 수 있다. 활성토출지역 G와 구분될 수 있도록, 임피던스의 매칭을 위해 사용되는 가스토출관(200)의 일부를 문자 I로 표시한다.
가스토출관내에서 비율 D/d를 조정함과 동시에, 임피던스매칭 지역 I의 길이에 대한 활성 가스토출지역 G의 길이를 조절하여 가스토출관의 임피던스와 동축전송라인의 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 따라서, 동축전송라인이 50Ω인 경우는 지역 G와 지역 I의 비율이 1 : 1일 수 있으나, 동축전송라인이 75Ω인 경우에는 지역 G와 지역 I의 비율이 1 : 2일 수 있다.
도 14에 도시된 소형 동축전송라인의 가스토출관(200)의 치수는, (1)중앙도체(206)의 총 길이가 약 2.54cm, (2)전도성 하우징(202)의 길이가 약 0.81cm, (3)가스토출관(200)의 외경이 약 0.84cm, (4)I지역의 중앙도체(206)의 외경이 약 0.089cm, (5)G지역의 중앙도체(206)의 외경이 약 0.284cm, (6)I지역의 전도성 하우징(202)의 내경은 약 0.58cm, (7)G'지역의 전도성 하우징(202)의 내경은 약 0.472cm이다.
상기 치수에 대해 G지역에서의 D/d는 0.186/0.112 또는 1.66:1이고, I지역에서의 D/d는 0.23/0.035 또는 6.57:1이다. 절연단부(204)내에서의 D/d는 6.57/1.66 또는 3.95:1로 된다.
도 15(가)∼15(다)에, 도 14의 가스토출관(200)을 결합한 동축서지어레스터(220)가 도시되어 있다. 서지어레스터(220)는 F형 동축커넥터를 사용하는 동축전송라인과 인쇄회로기판과의 사이를 연결하도록 고안되어 있다. 따라서, 서지어레스터(220)의 일측(222)는 종래의 수 F형 동축커넥터를 수용하도록 고안되어 있고, 타측은 서지어레스터에서 돌출되어 있는 도체를 가지며 인쇄회로기판 또는 유사한 기재(substrate)상에 장착되도록 고안되어 있다.
도 15(나)에 있어서, 가스토출관(200)의 임피던스매칭부 I는 가스토출갭 G의 좌측에 있으나, 도 15(다)에서의 임피던스매칭부 I는 가스토출갭 G의 우측에 있다. 도 15(다)에 있어서, 중앙도체(206)가 가스토출관(200)의 절연단부 밖으로 돌출되는 길이가, 서지어레스터가 인쇄회로기판에 접속될 수 있을 정도가 아닌 경우에, 중앙도체(206)와 전기접속되는 부가도체(224)를 사용한다.
또한, 도 15(나) 및 15(다)에 도시된 바와같이, 서지어레스터(220)는 가스토출관(200) 뒤에 위치한 캐버티(226)를 가지고 있다. 이 캐버티(226) 또한 캐버티의 적당한 치수조정 및/또는 캐버티를 적절한 유전율을 갖는 물질로 충진함으로써, 서지어레스터의 임피던스를 동축전송라인의 임피던스와 매칭시키는데 사용할 수 있다.
도 16(가) 및 16(나)에, 도 14의 가스토출관(200)을 결합한 또다른 동축전송라인용 서지어레스터(230)가 도시되어 있다. 도 16(가) 및 16(나)의 서지어레스터는 수 F형 동축커넥터를 갖는 두개의 동축전송라인 사이가 접속되도록 고안된 직렬형 장치이다. 가스토출관(200)은 나사(232)에 의해 서지어레스터(230)에 고착된다.
도 17(가) 및 17(나)에, 도 14에 도시된 가스토출관(200)을 결합한 또다른 동축전송라인의 서지어레스터(240)가 도시되어 있다. 도 17(가) 및 17(나)의 서지어레스터는 수 F형 동축커넥터를 갖는 두개의 동축전송라인 사이가 접속되도록 고안된 직각형 장치이다. 도 17(나)에 도시된 바와같이, 가스토출관(200)에서 돌출되어 있는 중앙도체(206)의 길이는 충분하지 않기 때문에, 그곳에 제2의 중앙도체(242)가 전기접속되도록 나와있다. 서지어레스터(240) 또한 캐버티(244)를 가지고 있어 적당한 치수조정을 할 수 있으며, 유전물질을 충전하여 서지어레스터(240)의 임피던스를 동축전송라인의 임피던스와 매칭시킬 수 있다.
도 18는 본 발명에 의한 동축전송라인용 서지어레스터의 개략도이다. 도 18에, 입력(250), 출력(252) 및 접지(254)를 갖는 RF전송라인이 도시되어 있다. 본 발명에 의한 가스토출관(256)은 RF전송라인에 직렬로 연결된다. 도 18로부터 알수 있는 바와같이, RF시그널은 가스토출관(256)을 통하여 이송된다. 상기 가스토출관은 도 1, 도 8 및 도 14 각각에 도시된 실시예(10),(80) 및 (200)를 포함하는 본 발명의 어떠한 실시예일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 18은 전술한 바와같은 접지클립 및 FEP필름을 이용할 수 있는 페일쇼트보호기(258)가 장치된 상태를 나타낸 도면이다. 또한, 서지어레스터의 출력(254)으로 흐르는 전류를 제한하기 위한 유도자(260)와 저항(262)이 도시되어 있다. 페라이트 비드(264)와 애벌랜치 다이오드(266)가 중앙도체와 저전압보호용 접지와의 사이에 접속되어 있다. 페라이트 비드(264)는 저주파(예를들어, 10MHz 이하) 시그널을 접지로 가도록 하지만, 고주파(예를들어, 50MHz∼1GHz) 시그널은 접지로 가지못하게 한다. 애벌랜치 다이오드(266)는 예를들어, 5∼10V의 전압에서 저주파수 시그널을 클램프한다.
도 19는 수 동축커넥터(272)를 갖는 동축케이블(270)을 포함하는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 것이다. 커넥터(272)는 가스토출관(200)을 내포하고 있다. 가스토출관의 중앙도체(206)은 수 커넥터(272)의 단부로부터 돌출되어 있다. 가스토출관(200)의 여러 부분은 도 14에 도시되어 있으며 전술한 바와같다.
도 20는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 것으로, 배면(back-to-back) 암 동축커넥터(282),(284)를 갖는 서지어레스터(280)를 포함하고 있다. 가스토출관(200)은 동축커넥터(282)와 (284) 사이에 위치되어 있다. 도 20에 도시된 실시예는 도 15(나), 15(다), 도 16(나), 도 17(나) 및 도 19에 도시된 실시예와 다르며, 그 전도성 하우징(202)은 동축서지어레스터의 전도성 외부체와 일체형으로 되어 있다. 도 20에 도시된 바와같이, 암 동축커넥터(282),(284)는 가스토출관(200)의 양쪽에 고형의 유전물질(286),(288)을 가지고 있으며, 상기 가스토출관은 동축서지어레스터(280)의 중앙에 위치한다.
도 21은 하우징(302)를 구비한 네트워크 인터페이스장치(300)를 나타낸 것으로, 상기 하우징(302)은 소자로부터 하우징내의 내용물을 보호하기 위한 커버(도시되지 않음)가 있다. 여기에, 두개의 입중계(incoming) 동축전송라인(304),(306)과 세개의 가입자(subscriber) 동축전송라인(308),(310),(312)이 있다. 다섯개의 동축전송라인은 동축커넥터(314),(316),(318),(320) 및 (322)를 갖는다. 동축전송라인(314)와 (318) 사이에 동축전송라인용 서지어레스터가 있으며, 도 14에 도시된 형태가 바람직하다. 동축전송라인영 서지어레스터는 입중계와 가입자 동축전송라인의 중앙도체 사이에 직렬로 연결된다. 동축커넥터(316)와 동축커넥터(320),(322) 사이에는 스프리터모듈(324)이 있으며, 이 스프리터모듈은 입중계 동축전송라인을 두개의 가입자 동축전송라인으로 분리된다. 모듈(324)내에는 동축전송라인용 서지어레스터가 있으며, 이 동축전송라인용 서지어레스터는 도 14에 도시된 형태가 바람직하다. 도 22는 도 14의 동축전송라인용 서지어레스터(200)를 나타내는 스프리터의 개략도이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 하우징(302)에는 전화회사 라인과 가입자 라인을 연결하기 위한 모듈(330),(332)이 구비된다. 전화회사 라인과 가입자 라인은 동축전송라인 보다 구리선이 더 낫다. 미국특허출원 제08/245,974호(출원일 1994년 5월 19일, 출원인 Carl H. Meyerhoefer외, TII인더스트리스사로 양도) 및 미국특허번호 제4,979,209호(특허일 1990년 12월 8일, 특허권자 Thomas J. Collins)에 바람직한 모듈이 기재되어 있으며, 참고로 그 내용을 설명한다.
또한 하우징(302)에 장착된 과전압보호장치(334)는 미국특허 제4,212,047호(특허일 1980년 7월 8일, 특허권자 Napiorkowski)에 도시된 형태의 가스토출관을 구비할 수 있다. 장치(334)는 전화회사 라인과 접지터미널(340)을 접속하기 위한 스크류터미널(336),(338)을 갖는다. 과전압보호장치는 전화회사 라인이 과전압 상태가 된 경우 가입자 라인을 보호한다.
네트워크 인터페이스장치(300)의 접지에 대해 이하에 설명한다. 어스접지(301)는 설치시에 밀폐체에 내설한다. 어스접지는 바인드 포스트(307)에서 동축접지(coax ground; 303)와 보이스접지(voice ground; 305)에 연결된다. 또한 어스접지는 금속플랜지(309)에 장착된 동축커넥터(314),(318)용 접지가 있다. 동축접지(303)은 동축스프리터모듈(324)에 연결되고, 보이스접지(305)는 보이스접지스트랩(311)에 연결되며, 보이스접지스트랩에는 과전압보호기(334)의 접지터미널(340)이 연결된다. 도 21에 도시된 바와 같이, 동축접지(303)은 설치시에 어스접지(301)에 직접연결되어 미국특허 제5,394,466호(Schneider외)의 도 1에 도시된 접지버스(71)와 같은 분리접지버스가 필요없게 된다. 동축모듈(324)을 접지하기 위한 접지버스가 필요없게 됨에 따라 밀폐체(300)의 구조가 단순하게 되고, 단가가 절약되며 밀폐체(300)내의 구성성분을 보다 융통성있게 배열할 수 있게 된다.
도 23은 입중계 및 가입자 동축전송라인을 접속하기 위한 또 다른 장치를 나타낸 것이다. 입중계 동축전송라인(350)은 인쇄회로기판(354)에 장착된 직각 동축커넥터(352)에 접속된다. 가입자 동축전송라인(356)은 인쇄회로기판(354)에 장착된 또 다른 직각 동축커넥터(358)에 접속된다. 입중계 및 가입자 동축전송라인의 중앙도체 사이에 동축전송라인용 서지어레스터(360)가 직렬로 접속되어 있으며, 도 14에 도시된 형태가 바람직하다. 동축커넥터와 동축전송라인용 서지어레스터가 있는 인쇄회로기판은 하우징(302)에 장착된다. 동축커넥터와 동축전송라인용 서지어레스터는 접지버스(303)에 접속된다.
도 24 및 도 25는 페일쇼트보호기를 포함하는 본 발명의 동축전송라인용 가스토출관의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 가스토출관(400)에는 하우징(402)의 안쪽에 축방향으로 연장되어 있는 전도성 하우징(402), 절연단부(404) 및 중앙도체(406)가 구비되어 있다. RF시그널은 가스토출관(400)을 통해 이송된다. 절연단부(404)는 세라믹재로 만드는 것이 바람직하고, 하우징을 봉지하여 하우징내에 비활성가스를 보지한다. 절연단부(404)에서 단부(404)가 하우징(402)과 접촉되는 지역(408)을 금속으로 하는 것이 바람직하다. 또한 절연단부(204)에서는 단부(404)가 중앙도체(406)와 접촉되는 지역(410)과 (412)은 금속으로 하는 것이 바람직하다. 단부의 지역(408)과 (412)는 금속처리를 용이하게 하기 위하여 그 단부의 나머지 부분 보다 상승시키는 것이 바람직하다.
도 24에 도시된 바와 같이, 전도성 하우징(402)의 내면중 일부와 중앙도체(406)의 외면중 일부를 예를 들어, 나사산이나 세레이션과 같이 울퉁불퉁하게 하여 전기장이 집중될 수 있게 하고 가스토출관 작동의 신뢰도를 높일 수 있게 하는 것이 바람직하다. 또 종래의 가스토출관과 같은 울퉁불퉁한 표면은 가스토출관의 항복전압을 줄이고 점화특성을 증대시키기 위하여 저가공성 기능재료로 코팅하는 것이 바람직하다. 가스는 울퉁불퉁한 표면 사이의 G 지역에서 토출되며, 이 G 지역은 활성 토출지역이다.
저가공성 기능재료로 울퉁불퉁한 표면을 코팅하고, 활성토출 지역 G 부근의 절연단부(404)의 내면에 방사상의 흑연라인 형태로 스트리핑(striping)하는 것이 바람직하다. 이 스트리핑은 항복전압을 초기화하는 데 도움이 된다.
도 24에 도시된 바와 같이, 원통형 전도성 하우징(402)의 내면과 중앙도체(406)의 외면과의 거리는 절연단부 사이에서 중앙도체의 거리에 따라 변한다. 그 변이는 도 14와 관련하여 이미 설명한 바와 같다.
도 24 및 25에 도시된 바와 같이, 가스토출관(400)은 도체(414)와 절연쳬(416)를 포함하는 페일쇼트 메카니즘을 가지며, 상기 절연체는 도체(414)중 적어도 일부를 덮는다. 도체(414)는 전도성 하우징(402)과 전기접촉되어 있는 반면, 절연체(416)는 중앙도체(406)에 접촉되어 있고, 도체(414)와 (406) 사이의 전기접촉을 방지한다. 반면 절연체(416)는 중앙도체(406)에 장착될 수 있다. 또 도체(414)는 중앙도체(406)와 전기접촉 상태에 있고, 하우징(402)과 절연될 수 있다. 또한 절연체(416)는 모든 도체(414)를 덮을 수 있다. 절연체(416)는 열가소성재와 같은 감열성재, 바람직하게는 마일러(mylar)와 같은 폴리에스테르재 또는 FRP로 만들어 진다. 가스토출관이 과열되면 절연체(416)는 용융되고 도체(406)는 하우징(402)에서 단락된다. 작동중 하우징(402)은 땅에 접지된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 도체(414)는 아치형이 바람직하고, 하우징(402)의 고리형 리세스(418)의 안쪽에 두는 것이 바람직하다.
도 26은 도 24에 도시된 것과 유사한 가스토출관을 나타낸 것이다. 도 26에 도시된 장치는 도 24에 도시된 것과 다르고, 도 26의 장치는 도체(414)와 접촉되어 있는 중앙도체(406)의 일부를 감싸는 다공성 감열 절연슬리브(430) 형태로 페일쇼트 메카니즘과 백업에어갭과를 포함한다. 도체(406)와 하우징(402) 사이의 전압이 소정의 값을 초과하는 경우, 절연슬리브(430)에 구멍나 있는 에어갭을 통해 도체(414)와 도체(406) 사이에서 방전된다. 다공성 슬리브(430)는 열가소성재와 같은 감열재로 만들어 질 수 있으며, 마일러와 같은 폴리에스테르재 또는 FEP로 만들어 지는 것이 바람직하다. 도 27은 도 26에 도시된 장치의 단면을 나타낸 도면으로 하우징(402), 도체(414), 도체(406) 및 다공성 절연슬리브(430)의 관계를 나타낸 것이다.
도 28은 도 26에 도시된 것과 유사한 가스토출관을 나타낸 것으로, 페일쇼트 메카니즘과 백업에어갭을 포함하고 있다. 도 28에, 고리형으로 되어 있으며, 하우징(402)의 안쪽에 위치하는 다공성 절연재(430)가 도시되어 있다. 이것은 도체(414)를 하우징(402)과 절연시킨다. 도체(414)는 도체(406)과 전기접속되어 있다. 과전압상테인 경우에 도체(414)와 하우징(422) 사이에서 다공성 절연체(430)의 구멍을 통해 방전된다. 도 29는 도 28에 도시된 장치의 단면을 나타낸 도면으로 하우징(402), 다공성 절연체(430), 도체(414) 및 도체(406) 사이의 관계를 나타낸 것이다.
도 30에 도 14에 도시된 형태의 가스토출관(450)이 도시되어 있다. 관(450)은 그 축방향으로 연장되어 있는 중앙전극(452)를 가지고 있다. 중앙전극은 그 일단이 암 동축커넥터(454)와 체결되고, 타단은 수 동축커넥터(456)와 체결되어 있다. 가스토출관의 전도성 하우징과 접촉되어 있는 전도성 슬리브(458)는 가스토출관(450) 주변을 싸고 있다. 동축커넥터(454)와 (456)은 슬리브(458)에 장착된다. 또한 페일쇼트장치(460)도 슬리브(450)에 장착되며, 도 25에 도시된 도체(414)와 감열성 절연체(416)와를 구비하는 페일쇼트장치(460)와 같은 구조를 갖는 것이 바람직하다. 도 25에 도시된 페일쇼트장치와 같이, 도 26에 도시된 페일쇼트장치는 (1)중앙도체에 감열성 절연체를 가질 수 있으며, (2)아치형 도체의 전체 길이 이상의 감열성 절연체를 가질 수 있고, (3)중앙도체와 전기접속되고 슬리브(458)와는 절연되는 아치형 도체를 가질 수 있다. 도 30에 도시된 바와 같이, 페일쇼트장치(460)는 슬리브(458)의 고리형 리세스에 장착되는 것이 바람직하다.
도 31 및 도 32는 본 발명의 동축서지어레스터와 가용링크를 도시한 것이다. 힌지되어 있는 상부(500) 및 하부(502)를 갖는 밀폐체는 동축서지어레스터(506)와 직렬로 전기접속되는 가용링크(504)를 구비하고 있다. 동축서지어레스터는 전기한 형태일 수 있고, TII인더스트리사가 제조한 모델명 E1105-1이 바람직하다. 가용링크는 고형의 중앙도체를 갖는 동축전송라인의 일부이다. 동축전송라인은 RG59/U가 바람직하고, 중앙도체는 직경이 약 0.064cm인 22 AWG 카퍼(copper)가 바람직하다. 등가반송전류 용량(equivalent current carrying capacity)을 갖는 재료로 만들어진 고형의 중앙도체를 사용할 수도 있다. 또 22 AWG 고형의 카퍼 중앙도체가 바람직하지만, 24 AWG 고형의 카퍼 중앙도체 또는 등가반송전류 용량을 갖는 물질을 사용할 수 있다. 또한 가용링크는 RG59/U 동축케이블이 바람직하지만, 다른 동축케이블을 사용할 수 도 있다. 가용링크를 형성하는 동축전송라인은 길이가 약 15∼60cm, 바람직하게는 약 25∼45cm, 보다 바람직하게는 약 30cm이다.
가용링크는 각 단면에 장착된 동축커넥터(508)과 (510)으로 연결되어 있다. 이들 커넥터는 F형 동축커넥터가 바람직하고 삽입손실(0.1dB 이하)이 작고, 시그널전송의 스펙트럼 이상의 높은 반사(-30dB 이상)를 갖는 것이 바람직하다. F형 커넥터가 바람직하지만, 다른 형의 동축커넥터를 사용할 수도 있다.
접지브래킷(512)은 밀폐함에 장착되어 있고, 접지와이어는 그 밀폐함으로 안내되는 것 처럼 보인다. 입중계 동축전송라인(516)은 RG11/U형 또는 RG6/U형일 수 있다. 동축커넥터(518)는 입중계 동축전송라인(516)을 가용성링크(504)와 접속시키는데 사용된다. 출중계(outgoing) 동축전송라인(520)도 RG6/U형 또는 RG11/U형일 수 있으며, 동축커넥터(522)를 사용하여 동축서지어레스터에 접속시킨다.
도 33은 본 발명의 복합 동축서지어레스터/전력추출기(600)의 일예를 나타낸 도면이다. 동축전송라인(도시되지 않음)에 의해 전송되는 복합된 RF시그널과 AC전력은 암 F형 동축커넥터(602)를 통해 들어간다. RF시그널은 수 F형 동축커넥터(604)를 통해 배출되고, AC전력은 도체(622)를 통해 배출된다. 도 33에 F형 동축커넥터가 도시되어 있지만, 다른 형의 동축커넥터를 사용할 수도 있다.
서지어레스터/전력추출기(600)은 전도성 하우징(606)을 구비하며, 이 전도성 하우징은 서지어레스터에서 돌출되어 있는 도체(610),(612)에 의해 전도성 하우징(606)과 전기접속된다. 서지어레스터(608)는 전기한 바와 같이, 페일쇼트 메카니즘과 백업에어갭과를 갖는 도 14 및 도 24∼30에 도시된 형태의 동축서지어레스터가 바람직하다. 동축서지어레스터는, RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인에서의 과전압상태를 보호한다.
서지어레스터/전력추출기(600) 또한 AC전력으로부터 RF시그널을 분리하고, 전도성 하우징(606) 내에 구비된 유도자(614), 저항(615) 및 콘덴서(616)를 포함하기 위한 회로를 구비하고 있다. 유도자(614), 저항(615) 및 콘덴서(616)는 동축서지어레스터(608)의 출력에 접속된다. 유도자(614)와 병렬저항(615)은 동축전송라인에 의해 전송되는 AC전력을 추출한다. AC전력은 도체(622)상의 전도성 하우징(622) 외측으로 안내된다. 도체(622)는 절연체와 RF실드(shield)로서의 역활을 하는 페라이트 유도자(620)를 통과한다. 콘덴서(616)는 동축전송라인에 의해 전송되는 RF시그널을 추출한다. 콘덴서(616)는 동축서지어레스터(608)의 출력과 동축커넥터(604)의 중앙도체를 전기접속시킨다. 콘덴서(616)는 절연체(618)에 장착하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 콘덴서(616)가 RF시그널을 통과시키고, 유전자(614)와 저항(615)이 동축전송라인을 따라 전송되는 복합 RF시그널/AC전력으로부터 AC전력을 추출할 수 있도록, 유도자(614), 저항(615) 및 콘덴서(616)의 값을 선택한다. 예를 들어, RF주파수 5MHz, 용량성 리액턴스 3.0Ω을 가지고, 식 Xc = 1/2πfC를 이용하여 콘덴서(616) 용량을 구한다. 따라서 3.0 = 1/2π x 5 x 106C이고, C = 1.061 x 10-8또는 약 0.01μF이다. 더 높은 주파수에서, 용량성 리액턴스는 더욱 낮을 것이다. 5MHz에서 용량성 리액턴스는 60Ω이고, 식 XL= 2πfL을 사용하면 L의 값은 60/2π x 5 x 106또는 대략 2.0μH가 된다.
실시예에서, 5MHz에서의 용량성 리액턴스는 3.0Ω, 유도성 리액턴스는 60Ω이다. 5MHz에서 용량성 리액턴스대 유도성 리액턴스의 비율은 적어도 20 : 1이다. 본 발명에 따라 5MHz에서 용량성 리액턴스대 유도성 리액턴스의 비율은 적어도 20 : 1, 바람직하게는 40 : 1, 보다 바람직하게는 60 : 1, 보다 바람직하게는 80 : 1이여야 한다. 인덕턴스의 값은 추출된 AC전력의 RF시그널이 -40dB, 바람직하게는 -60dB, 보다 바람직하게는 -80dB 이하가 되도록 선택되어야 한다.
실제로 정전용량과 인덕턴스의 값은 최적의 결과를 얻을 수 있도록 조정될 필요가 있다. 또 동축 서지어레스터의 임피던스도 상술한 바와 같이, 복합 서지어레스터/전력추출기의 임피던스가 동축전송라인의 임피던스와 매칭이 되도록 조정될 필요가 있다. 정전용량 값은 0.005∼0.1μF, 바람직하게는 0.005∼0.05μF, 보다 바람직하게는 0.005∼0.01μF이다. 인덕턴스 값은 0.5∼50μH, 바람직하게는 1.0∼10μH이다. 저항값은 100∼1000Ω, 바람직하게는 200∼500Ω이다. 인덕턴스 4.7μH, 저항 360Ω, 정전용량 0.01μF에서 바람직한 결과를 얻을 수 있었다.
도 33에 도시된 바와 같이, 페일세이프(fail safe) 메카니즘(624)은 동축서지어레스터의 입력쪽에 장치된다. 이 페일세이프 메카니즘은 도 24∼도 27에 대한 명세서상의 관련 부분에서 언급된 대체물뿐만 아니라, 도 24∼도 27에 도시된 형태일 수 있다. 또한 동축서지어레스터는 도 26, 도 27 및 상술한 바와 같이, 백업에어갭을 포함한다.
본 발명의 특징을 설명하기 위하여 기술해 놓은 재료, 부품의 배열 및 작동조건등은 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 실시예와 변화가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (39)

  1. (a) RF시그널이 아닌 AC전력을 전송하기 위한 동축전송라인의 중앙도체에 접속되는 것인 유도자, 및
    (b) AC전력이 아닌 RF시그널을 전송하기 위한 동축전송라인의 중앙도체에 접속되는 것인 콘덴서와를 구비하는 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 5MHz에서 유도성 리액턴스대 용량성 리액턴스의 비율이 20 : 1이상인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 5MHz에서 유도성 리액턴스대 용량성 리액턴스의 비율이 40 : 1이상인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 5MHz에서 유도성 리액턴스대 용량성 리액턴스의 비율이 60 : 1이상인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 5MHz에서 유도성 리액턴스대 용량성 리액턴스의 비율이 80 : 1이상인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 콘덴서의 용량이 약 0.005∼0.01μF인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 유도자의 용량이 약 1.0∼10μH인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 유도자와 병렬로 접속되며, 약 200∼500Ω의 값을 갖는 저항을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 추출된 AC전력의 RF용량은 -40dB 이하인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 추출된 AC전력의 RF용량은 -60dB 이하인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  11. (a) 동축전송라인에 접속되는 전도성 하우징;
    (b) 하우징내에 장착되며, RF시그널이 아닌 AC전력을 전송하기 위한 동축전송라인의 중앙도체에 접속되는 것인 유도자; 및
    (c) AC전력이 아닌 RF시그널을 전송하기 위한 동축전송라인의 중앙도체에 접속되는 것인 콘덴서와를 구비하는 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 전도성 하우징에 장착되며, 동축전송라인에 접속되는 것인 1이상의 동축커넥터를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 전도성 하우징에 장착되는 2이상의 동축커넥터를 또한 포함함에 따라 동축전송라인과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 유도자는 두개의 도체를 가지며, 한 도체는 동축전송라인의 중앙도체에 접속되도록 조절된 것이고, 다른 도체는 전도성 하우징의 개구에 페라이트 유도자를 관통하는 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 유도자와 병렬로 접속되는 저항을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  16. 청구항 11, 12, 14 또는 15항에 있어서, 5MHz에서 상기 유도성 리액턴스대 상기 용량성 리액턴스의 비율이 20 : 1 이상인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  17. 청구항 11, 12, 14 또는 15항에 있어서, 5MHz에서 상기 유도성 리액턴스대 상기 용량성 리액턴스의 비율이 40 : 1 이상인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  18. 청구항 11, 12, 14 또는 15항에 있어서, 5MHz에서 상기 유도성 리액턴스대 상기 용량성 리액턴스의 비율이 60 : 1 이상인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  19. 청구항 11, 12, 14 또는 15항에 있어서, 상기 추출된 AC전력의 RF용량이 -40dB 이하인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  20. 청구항 11, 12, 14 또는 15항에 있어서, 상기 추출된 AC전력의 RF용량이 -60dB 이하인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  21. 청구항 11, 12, 14 또는 15항에 있어서, 상기 콘덴서의 용량이 약 0.005∼0.01μF인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  22. 청구항 11, 12, 14 또는 15항에 있어서, 상기 유도자의 용량이 약 1∼10μH인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  23. 청구항 15에 있어서, 상기 저항값이 200∼500Ω인 것을 특징으로 하는 RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 장치.
  24. RF시그널 및 AC전력을 전송하는 동축전송라인용 과전압보호기를 제공하며, 상기 동축전송라인으로부터 AC전력을 추출하기 위한 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치에 있어서, 상기 장치는
    (a) 입력부 및 출력부를 갖는 가스토출관을 구비하며, 상기 가스토출관의 입력부는 상기 동축전송라인의 중앙도체에 접속되도록 조절된 동축서지어레스터;
    (b) RF시그널이 아닌 AC전력을 전송하기 위해 가스토출관의 출력부에 접속되는 유도자; 및
    (c) AC전력이 아닌 RF시그널을 전송하기 위해 가스토출관의 출력부에 접속되는 콘덴서와를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 서지어레스터는, 서지어레스터가 과열되는 경우 동축전송라인의 중앙도체를 접지하기 위한 페일쇼트 메카니즘을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  26. 청구항 24에 있어서, 상기 서지어레스터는, 상기 가스토출관이 구부러져 과전압상태로 되는 경우 동축전송라인의 중앙도체와 접지 사이에서 전기방전되게 하는 백업에어갭을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  27. 청구항 24에 있어서, 상기 서지어레스터, 유도자 및 콘덴서가 구비되는 전도성 하우징을 또한 포함하며, 상기 가스토출관는 상기 전도성 하우징과 전기접속되는 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  28. 청구항 24에 있어서, 상기 전도성 하우징에 장착되며, 상기 동축전송라인에 접속되도록 조절된 적어도 1이상의 동축커넥터를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  29. 청구항 24에 있어서, 상기 가스토출관은
    (a) 중공의 전도성 몸체,
    (b) 상기 몸체를 봉지하기 위해 조절된 절연단부,
    (c) 상기 몸체에 봉지된 비활성가스
    (d) 상기 몸체를 통해 연장되며, 시그널 전송방향과 병렬방향인 종축을 갖는 중앙도체, 및
    (e) 상기 서지어레스터의 임피던스를 동축전송라인의 임피던스를 매칭하기 위한 절연단부들 사이에서 그 길이의 적어도 일부에 따라 변하는 상기 중앙도체의 직경과를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  30. 청구항 29에 있어서, 상기 중앙도체의 외면과 상기 중공의 몸체의 내면은 상기 중앙도체의 종축과 대칭인 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  31. 청구항 30에 있어서, 상기 전도성 하우징의 내경 D대 상기 중앙도체의 외경 d의 비율은 상기 서지어레스터의 임피던스를 상기 전송라인에 매칭시키기 위한 상기 절연단부들 사이에서 상기 중앙도체중 적어도 일부에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  32. 청구항 24 내지 29항중 어느 한 항에 있어서, 5MHz에서 상기 유도성 리액턴스대 상기 용량성 리액턴스의 비율이 20 : 1 이상인 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  33. 청구항 24 내지 29항중 어느 한 항에 있어서, 5MHz에서 상기 유도성 리액턴스대 상기 용량성 리액턴스의 비율이 40 : 1 이상인 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  34. 청구항 24 내지 29항중 어느 한 항에 있어서, 5MHz에서 상기 유도성 리액턴스대 상기 용량성 리액턴스의 비율이 60 : 1 이상인 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  35. 청구항 24내지 29항중 어느 한 항에 있어서, 상기 추출된 AC전력의 RF시그널 용량 -40dB 이하인 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  36. 청구항 24 내지 29항중 어느 한 항에 있어서, 상기 추출된 AC전력의 RF시그널 용량이 -60dB 이하인 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  37. 청구항 24 내지 29항중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘덴서의 용량이 약 0.005∼0.01μF인 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  38. 청구항 24 내지 29항중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도자의 용량이 약 1∼10μH인 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
  39. 청구항 24 내지 29항중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도자와 병렬로 접속되며, 저항값이 약 200∼500Ω인 저항을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 동축서지어레스터 및 전력추출장치.
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