JP2017098885A

JP2017098885A - 同軸避雷器

Info

Publication number: JP2017098885A
Application number: JP2015231862A
Authority: JP
Inventors: 知央駒井; Tomoo Komai; 尚達石丸; Naotatsu Ishimaru; 充伸塩崎; Mitsunobu Shiozaki
Original assignee: Otowa Electric Co Ltd
Current assignee: Otowa Electric Co Ltd
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-06-01

Abstract

【課題】無線通信での同軸ケーブルにおける瞬間的なサージ電圧を瞬時に低電圧へ抑制すると共に、電源電圧を供給するための内部導体・外部導体間の絶縁性を確保して全体構成の小型化を容易に実現する。
【解決手段】電子回路を含む無線装置での低電圧の電源電圧を供給する同軸ケーブル系において、３分岐型同軸コネクタ構造を有し、その分岐側同軸線路は一端が短絡構造の１／４波長同軸線路で、過渡電圧抑制ダイオード２１を分岐側同軸線路の内部導体１４とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信における受信系での電源給電を行う同軸ケーブル系で、電子回路を含む無線装置を雷サージから保護する耐雷機能を有する同軸避雷器に関する。

例えば、無線通信におけるアンテナと無線装置とは、従来、アンテナを塔体の上部に設置すると共に、電子回路を含む無線装置を塔体の下部に設置することが一般的であった。

しかしながら、近年の無線装置の小型化や、使用周波数が高くなったこと等から、アンテナの直下に低雑音増幅器などの前置増幅器を設置し、その前置増幅器から離隔した箇所に無線制御器を設置し、前置増幅器と無線制御器とを繋ぐ同軸ケーブルを介して、無線制御器から前置増幅器へ電源電圧を供給するようにしている。

そのため、同軸ケーブルに雷サージが侵入する危険性が高くなることから、同軸ケーブルに対する避雷器が必要になる。この場合、前置増幅器に供給する電源電圧が低い上、前置増幅器の許容電圧も低い。このことから、低電圧に対応できる特性を持つ避雷器が求められている。

一方、同軸ケーブル用の避雷器として使用されているものに１／４波長短絡型の同軸避雷器がある。この同軸避雷器は、一端を短絡させた１／４波長の長さを有する同軸線路を付加するもので、直流的に短絡させているので、雷サージによる過電流に耐えられる構成を具備する点で有効である。しかしながら、外部導体と内部導体とを短絡させた構造であるため、同軸ケーブルで電源電圧を供給する必要がある場合には使用不可である。

これに対して、放電ギャップ型の耐雷素子を内蔵させた同軸コネクタ構造の同軸避雷器が先に提案されている（例えば、特許文献１参照）。この同軸避雷器は、内部導体と外部導体とが放電状態になるまで両導体間が絶縁状態であることから、同軸ケーブルで電源電圧を供給する必要がある場合に使用可能である。

特開２００２−２５７４５号公報

ところで、特許文献１で開示された従来の同軸避雷器では、放電ギャップ型の耐雷素子を使用していることから、電圧制限特性として放電ギャップ型耐雷素子における放電開始までの時間遅れがあり、その間に高電圧に達してしまう。そのため、数ボルト程度の低電圧の電源電圧で駆動する電子回路を含む無線装置に対して瞬間的なサージ電圧を抑制することが困難である。

また、特許文献１の同軸避雷器では、１／４波長短絡同軸線路での主同軸線路への影響を抑制するため、１／４波長短絡同軸線路の長さを１／４波長としているが、電源電圧を供給するために同軸ケーブルの内部導体と外部導体との間を絶縁させる必要がある。そのため、この同軸避雷器では、１／４波長短絡同軸線路での外部導体を３層の絶縁構造としている。

この構造は、１／４波長短絡同軸線路での主同軸線路への影響を抑制するためには有効な手段であるが、同軸コネクタ構造を有する同軸避雷器の製造面では、高精度の加工や絶縁物の装着など、絶縁性を確保するための複雑な工程が必要となる。そのため、同軸避雷器を製造する上でコスト低減が困難となる。また、１／４波長短絡同軸線路の外側に放電ギャップ型の耐雷素子を設ける構造を採用しているため、同軸避雷器の全体構成が複雑で大型化してしまう。

そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、瞬間的なサージ電圧を速やかに抑制すると共に、電源電圧を供給するための絶縁構造が簡易で、全体構成の小型化を容易に実現し得る同軸避雷器を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、電子回路を含む無線装置での低電圧の電源電圧を供給する同軸ケーブル系において、３分岐型同軸コネクタ構造を有し、その分岐側同軸線路は一端が短絡構造の１／４波長同軸線路で、過渡電圧抑制ダイオードを分岐側同軸線路の内部導体としたことを特徴とする。

本発明における同軸避雷器では、過渡電圧抑制ダイオードを１／４波長の分岐側同軸線路の内部導体としたことにより、その過渡電圧抑制ダイオードが耐雷素子としての電圧制限機能を果たすことから、低電圧の電源電圧で駆動する電子回路を含む無線装置に対して瞬間的なサージ電圧を速やかに抑制することができる。

また、前述の過渡電圧抑制ダイオードは、電子回路を含む無線装置での低電圧の電源電圧を供給する同軸ケーブル系としては絶縁物となることから、絶縁構造の簡素化を図ることができる。

さらに、１／４波長の分岐側同軸線路の内部導体に過渡電圧抑制ダイオードを使用したことにより、その過渡電圧抑制ダイオードの樹脂外被部による波長短縮効果でもって、分岐側内部導体の同軸長を短くすることができるので、全体構成の小型化が図れる。

本発明によれば、過渡電圧抑制ダイオードを１／４波長の分岐側同軸線路の内部導体としたことにより、低電圧の電源電圧で駆動する電子回路を含む無線装置に対して瞬間的なサージ電圧を速やかに抑制することができる。また、電子回路を含む無線装置での低電圧の電源電圧を供給するための絶縁構造の簡素化を図ることができる。さらに、過渡電圧抑制ダイオードの樹脂外被部による波長短縮効果でもって、分岐側同軸線路長を短くして全体構成の小型化が図れる。

その結果、耐雷性能に優れ、簡易な絶縁構造を持ち、全体構成の小型化および簡素化を図った同軸避雷器を提供することができる。

本発明の実施形態で、同軸避雷器の概略構成を示す断面図である。図１の同軸避雷器の使用状態を示す構成図である。分岐側同軸長と通過中心周波数との関係を示す特性図である。同軸避雷器の損失特性を示す特性図である。

本発明に係る同軸避雷器の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。図１は、この実施形態における同軸避雷器の構造例を示し、図２は、図１の同軸避雷器の使用例を示す。

例えば、無線通信においては、図２に示すように、アンテナ１の直下に低雑音増幅器などの前置増幅器２を設置し、その前置増幅器２から離隔した箇所に無線制御器３を設置し、前置増幅器２と無線制御器３とを繋ぐ同軸ケーブル４を介して、無線制御器３から前置増幅器２へ低電圧の電源電圧を供給するようにしている。この前置増幅器２と無線制御器３との間の同軸ケーブル４に実施形態の同軸避雷器１１を介挿する。なお、前述の前置増幅器２と無線制御器３とで無線装置を構成している。

この実施形態の同軸避雷器１１は、図１に示すように３分岐型同軸コネクタ構造で、無線制御器３から前置増幅器２（図２参照）へ低電圧電源を供給すると共に、前置増幅器２からの無線信号を無線制御器３へ伝達させるものである。この同軸避雷器１１は、通過側内部導体１２を同軸的に収容した通過側外部導体１３と、１／４波長の分岐側内部導体１４を同軸的に収容した分岐側外部導体１５とで構成されている。なお、通過側内部導体１２と通過側外部導体１３とで通過側同軸線路を構成する。また、分岐側内部導体１４と分岐側外部導体１５とで分岐側同軸線路を構成する。

分岐側外部導体１５は、通過側外部導体１３の中央部でその通過側外部導体１３と直交する方向に延びるように一体的に成形されている。分岐側内部導体１４は、その一端部が通過側内部導体１２の中央部分と電気的かつ機械的に接続され、他端部が分岐側外部導体１５の先端部に設けられた短絡導体１６に電気的かつ機械的に接続されている。

通過側外部導体１３の端部外周面には雄ねじ部１７，１８が形成されている。通過側外部導体１３の一端部の雄ねじ部１７に、前置増幅器２（図２参照）から延びる同軸ケーブル４の端部内周面に形成された雌ねじ部１９を螺合することにより、前置増幅器２が電気的に接続される。また、他端部の雄ねじ部１８に、無線制御器３（図２参照）から延びる同軸ケーブル４の端部内周面に形成された雌ねじ部２０を螺合させることにより、無線制御器３が電気的に接続される。

なお、この実施形態では、通過側外部導体１３の端部に雄ねじ部１７，１８を形成すると共に、同軸ケーブル４の端部に雌ねじ部１９，２０を形成した接続形態を例示しているが、逆に、通過側外部導体１３の端部に雌ねじ部を形成すると共に、同軸ケーブル４の端部に雄ねじ部を形成した接続形態であってもよい。

この実施形態では、サージ電圧を制限する過渡電圧抑制ダイオード２１〔ＴＶＳ（Transient Voltage Suppressor）ダイオード〕を分岐側内部導体１４としている。この過渡電圧抑制ダイオード２１は、サージ電圧に対しては低抵抗、通常の電源電圧等に対しては高抵抗を示す非直線性の電流電圧特性を有する限流素子である。また、過渡電圧抑制ダイオード２１は、無線周波的に１／４波長短絡導体として機能させる。

なお、この実施形態で使用する過渡電圧抑制ダイオード２１の外径は９ｍｍφ以下である。これに対して、一般的な分岐側外部導体１５の外径は１０ｍｍφ程度であることから、過渡電圧抑制ダイオード２１を分岐側外部導体１５に収容することができる。

この過渡電圧抑制ダイオード２１では、通常、高抵抗となっており分岐側外部導体１５から絶縁しているが、雷サージや開閉サージによる異常電圧が発生すると、低抵抗となってこれを瞬時に大地等に逃がして無線装置には高電圧が加わらないようにしている。その異常電圧が消滅すれば、高抵抗となって電源電圧に対する短絡状態を遮断する。この弁作用により、無線装置を雷サージや開閉サージによる異常電圧から保護する。

この同軸避雷器１１の分岐側内部導体１４を構成する過渡電圧抑制ダイオード２１は、分岐側外部導体１５の外径と分岐側内部導体１４の外径との比率によりインピーダンスが決定されることから、そのインピーダンスに応じた外径とするため、太い外径を有するリード線２２を使用している。

この実施形態の同軸避雷器１１では、サージ電圧を制限する過渡電圧抑制ダイオード２１を１／４波長の分岐側内部導体１４としたことにより、その過渡電圧抑制ダイオード２１を限流素子としての電圧制限機能を発揮させることで、数ボルト程度の低電圧の電源電圧で駆動する無線装置に対して瞬間的なサージ電圧を速やかに抑制することができる。その結果、無線装置をサージ電圧から確実に保護することができる。

また、無線装置に低電圧の電源電圧を供給するための絶縁構造としては過渡電圧抑制ダイオード２１が通常電圧において高絶縁抵抗体となるため、従来のような３層の絶縁構造が不要であり、絶縁構造の簡素化を図ることができる。

さらに、１／４波長の分岐側内部導体１４に過渡電圧抑制ダイオード２１を使用したことにより、その過渡電圧抑制ダイオード２１の樹脂外被部が分岐側内部導体１４と分岐側外部導体１５との間での誘電体として機能するため、過渡電圧抑制ダイオード２１が波長短縮効果を呈する。この波長短縮効果でもって、分岐側同軸長を短くすることができるので、同軸避雷器１１における全体構成の小型化が図れる。

図３は、この実施形態における同軸避雷器１１の分岐側同軸長Ｌ（図１参照）と通過中心周波数との関係を示す。同図に示すように、その通過中心周波数を１．５ＧＨｚとした場合、１／４波長であれば、５０ｍｍとなるのに対して、分岐側同軸長Ｌは３５ｍｍとなり、１５ｍｍ分その同軸長を短くすることができる。ここで、分岐側同軸長Ｌとは、通過側内部導体１２の軸心から分岐側外部導体１５の端部までの寸法を意味する。

また、図４は、同軸避雷器１１の損失特性を示す。同図に示すように、同軸避雷器１１の通過周波数帯域は、１．３〜１．７ＧＨｚの範囲となり、中心周波数としては１．５ＧＨｚとなる。これにより、同軸避雷器１１での損失を小さくすることができる。この通過中心周波数が前述の範囲から離れる場合には、分岐側外部導体１５等の長さを使用する周波数に合わせればよい。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

４同軸ケーブル
１１同軸避雷器
１４分岐側同軸線路の内部導体
２１過渡電圧抑制ダイオード

Claims

電子回路を含む無線装置での低電圧の電源電圧を供給する同軸ケーブル系において、３分岐型同軸コネクタ構造を有し、その分岐側同軸線路は一端が短絡構造の１／４波長同軸線路で、過渡電圧抑制ダイオードを前記分岐側同軸線路の内部導体としたことを特徴とする同軸避雷器。