特開 2015-80396 改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-80396(P2015-80396A)

(43)【公開日】2015年4月23日

(54)【発明の名称】改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器

(51)【国際特許分類】

   H02H 9/04 20060101AFI20150327BHJP

【ＦＩ】

   H02H9/04 A

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-235206(P2013-235206)

(22)【出願日】2013年11月13日

(31)【優先権主張番号】10-2013-0122456

(32)【優先日】2013年10月15日

(33)【優先権主張国】KR

(71)【出願人】

【識別番号】513286236

【氏名又は名称】サージ ラボ コリア 株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】513286247

【氏名又は名称】キム ソン ホ

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム ソン ホ

【テーマコード（参考）】

5G013

【Ｆターム（参考）】

5G013AA05

5G013BA02

5G013CB05

5G013DA12

(57)【要約】

【課題】Ｉ字型負荷の端部と接地間に強誘電体を充填して誘電率に比例する負荷延長效果を提供することによって、Ｉ字型負荷の長さを著しく短縮させることができるＩ字型負荷構造のサージ保護器を提供する。
【解決手段】本発明による改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器は、両側部に入出力端子が具備された外部導体と、外部から高周波信号が入力される入力端子と、高周波信号が出力される出力端子と、入出力端子を電気的に連結させるためにハウジング内部に設置された内部導体と、外部導体の中央で下端が内部導体に接続され、上端が外部導体に接続されるＩ字型負荷と、を含み、Ｉ字型負荷の下端から上端方向に一定の高さまで誘電体隔壁が形成されたことを特徴とする。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

両側部に入出力端子が具備された外部導体と、
外部から高周波信号が入力される入力端子と、
前記高周波信号が出力される出力端子と、
前記入出力端子を電気的に連結させるためにハウジング内部に設置された内部導体と、
前記外部導体の中央で下端が前記内部導体に接続され、上端が前記外部導体に接続されるＩ字型負荷と、を含み、
前記Ｉ字型負荷の下端から上端方向に一定の高さまで誘電体隔壁が形成されたことを特徴とする改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器。

【請求項2】

前記誘電体隔壁の高さが高いほど前記Ｉ字型負荷の長さが減少されることを特徴とする請求項１に記載の改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器。

【請求項3】

前記誘電体隔壁の高さは、誘電体隔壁が高くなっても前記Ｉ字型負荷の長さが短縮されない飽和地点の高さにまで形成されたことを特徴とする請求項２に記載の改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器。

【請求項4】

前記内部導体のまわりには第１誘電率を持つ第１誘電体が充填され、前記第１誘電体と前記Ｉ字型負荷の上端との間に第１誘電率より高い第２誘電率を持つ第２誘電体が充填されたことを特徴とする請求項１に記載の改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器。

【請求項5】

導電体として、前記外部導体と結合される第１結合部と、前記第１結合部と前記Ｉ字型負荷との間に結合され、前記Ｉ字型負荷との結合深みが調節可能になるように前記Ｉ字型負荷と結合される第２結合部が形成された周波数特性補償部がさらに含まれたことを特徴とする請求項１に記載の改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器に係り、より詳しくは、同軸ケーブル用サージ保護器の内部導体に繋がれてサージ周波数信号を接地された外部導体を通じて放電させるＩ字型短絡負荷の長さを著しく減少させることができる改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、平衡線路は、二つの線路の特性インピーダンスが同じで雷サージ（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｓｕｒｇｅ）に暴露しても二つの線路に誘起されるエネルギーが同じで線路間に作用する雷サージの被害は大きくなく、線路と大地間に作用する雷サージ電圧が問題となる。
しかし、同軸ケーブルのような不平型線路は、平衡線路と違って内部導体と外部導体間の特性インピーダンスが違って雷サージに暴露すれば、二つの線路に誘起されるエネルギーが違って線路の間に作用する雷サージ被害が相対的に大きい。
これによって、雷サージによる過電圧を制限し、サージ電流を放電させるためのサージ保護器（ＳＰＤ：Ｓｕｒｇｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）が利用されている（例えば、引用文献１，２参照）。

【0003】

ＲＦ理論で、特定周波数成分を遮断するためのフィルターとしてＬ字型共振フィルターが知られている。図１と図２に開放型及び短絡型のＬ字型共振フィルターの概略図をそれぞれ示した。
Ｌ字型共振フィルターは、主線路１００と、主線路１００と一定の距離離隔し、垂直線路１１１と水平線路１１２がＬ字型形で繋がれた構造を持つＬ字型負荷１１０とで成り立ったフィルターとして、図１は、Ｌ字型負荷１１０の垂直線路１１１の端部が開放された形態として垂直線路１１１と水平線路１１２がそれぞれ１／２λの長さに形成される。 もう一方、図２は、Ｌ字型負荷１１０の垂直線路１１１の端部が短絡された形態として垂直線路１１１は１／４λの長さに形成され、水平線路１１２は１／２λの長さに形成される。

【0004】

このようなＬ字型共振フィルターは一種の帯域阻止フィルターとして、フィルタリングしようとする周波数に共振を起こすことができる長さでＬ字型負荷１１０の長さを形成して標的とする周波数信号を減殺させることができる。
このようなＬ字型共振フィルターは、一般的な強さの信号ではフィルターとしての性能が優秀なことが知られている。
サージも特定周波数成分で成り立っているので、サージ保護器としてＬ字型共振フィルターの適用が検討されているが、サージは大きいエネルギーを持つため共振だけでは十分な減殺ができない。特に、理論と異なり、２０ＫＨｚ〜２０ＭＨｚのサージ周波数をフィルタリングすることができないという問題がある。

【0005】

サージの中心周波数が１ＭＨｚと仮定した場合、このようなサージ中心周波数に共振するためには、λ ＝ ｃ／ｆ ＝ ３×１０８ ／１０６ ＝ ３００ｍとなって、Ｌ字型負荷１１０の垂直線路１１１が１／４λの長さを持つ場合であっても７５ｍとなり、長さが非常に長くて実際の具現化に困るという問題が発生する。
このため、Ｌ字型共振フィルターの垂直線路１１１に相当するＩ字型負荷を使用して、特定の周波数帯域の信号のみを通過させる帯域通過フィルターの特性を持つサージ保護器が提案された。

【0006】

図３には従来のＩ字型負荷構造のサージ保護器の一例の断面斜視図を示した。図３に示したとおり、従来のＩ字型負荷を利用したサージ保護器は、ハウジング１０５の両側に形成されて同軸ケーブルや装備などと接続する入力端子１０１及び出力端子１０２と、両側の入力端子１０１と出力端子１０２を電気的に連結する主線路１０３と、ハウジングの中央に接続されるＩ字型負荷１０４とで構成される。Ｉ字型負荷１０４の周りは空洞となっている。
従来のＩ字型負荷を利用したサージ保護器は、使用する周波数に共振して特定の周波数だけ通過させ、残り周波数帯域の信号は減殺する特性を持つ。
仮に、使用する周波数帯域が１００ＭＨｚであり、Ｉ字型負荷１０４の長さがλである場合、λ ＝ ｃ／ｆ ＝ ３×１０８ ／１０８ ＝ ３ｍ となってＬ字型共振フィルターに比べて負荷の長さの短くなるが、実際のサージ保護器の適用するにはその長さが相変らず長いという問題がある。

【0007】

Ｉ字型負荷１０４の長さを縮めるために、１／４波長で１波長效果、１／８波長で１／２の波長效果を持つ特性を利用してＩ字型負荷１０４の長さを短くすることができる。
Ｉ字型負荷１０４が１／４λの長さを持つ場合は７５ｃｍであり、１／８λの長さを持つ場合は３７．５ｃｍであり、１／１６λの長さを持つ場合は１８．７５ｃｍとしてその長さを短縮させることができる。
しかし、短い波長を利用してＩ字型負荷１０４を具現化する場合、挿入損失が発生するという問題がある。
従来、挿入損失を減少させながらＩ字型負荷１０４の突出した高さを縮めるためにＩ字型負荷１０４をコイル形状にすることで対応しているが、Ｉ字型負荷１０４の突出した高さを十分な長さにまで短縮させるには限界があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】韓国登録実用新案第２０−０４４１３４２号公報

【特許文献2】特開平０６−０１４４５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、Ｉ字型負荷の端部と接地間に強誘電体を充填して誘電率に比例する負荷延長效果を提供することによって、Ｉ字型負荷の長さを著しく短縮させることができるＩ字型負荷構造のサージ保護器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的のためになされた本発明の改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器は、両側部に入出力端子が具備された外部導体と、外部から高周波信号が入力される入力端子と、高周波信号が出力される出力端子と、入出力端子を電気的に連結させるためにハウジング内部に設置された内部導体と、外部導体の中央で下端が内部導体に接続され、上端が外部導体に接続されるＩ字型負荷と、を含み、Ｉ字型負荷の下端から上端方向に一定の高さまで誘電体隔壁が形成されたことを特徴とする。

【0011】

ここで、誘電体隔壁の高さが高いほどＩ字型負荷の長さが減少される。
誘電体隔壁の高さは、誘電体隔壁が高くなってもＩ字型負荷の長さが短縮されない飽和地点の高さにまで形成されたことが好ましい。

【0012】

内部導体のまわりには第１誘電率を持つ第１誘電体が充填され、第１誘電体とＩ字型負荷の上端との間に第１誘電率より高い第２誘電率を持つ第２誘電体が充填されたことが好ましい。
導電体として、外部導体と結合される第１結合部と、第１結合部とＩ字型負荷との間に結合され、Ｉ字型負荷との結合深みが調節可能にＩ字型負荷と結合される第２結合部が形成された周波数特性補償部がさらに含まれたことが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、非常に短い長さの短絡負荷として、挿入損失がほとんどないサージ阻止性能が高いサージ保護器を具現化することができることから、サージ保護器のコンパクト化を実現することができる。
また、短絡負荷の長さを微細に調節することによって、共振周波数特性を償うことができる。
さらに、短絡負荷の長さ調節を通じて多くの周波数帯域の高周波信号の全てに適用可能であることから、サージ保護器を兼ねるＰＣＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）保護器にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】Ｌ字型共振フィルター（開放型）の概略図である。

【図2】Ｌ字型共振フィルター（短絡型）の概略図である。

【図3】従来のＩ字型負荷構造のサージ保護器の一例を示す断面斜視図である。

【図4】本発明の第１実施例による改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器の構造を示した断面図である。

【図5】誘電体高さとＩ字型負荷の長さとの関係を示したグラフである。

【図6】本発明の第２実施例による改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器の構造を示した断面図である

【発明を実施するための形態】

【0015】

図４は本発明の第１実施例による改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器の構造を示した断面図であり、図５は誘電体高さとＩ字型負荷の長さとの関係を示したグラフである。

【0016】

図４に示したとおり、第１実施例による改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器１０は、両側部に入出力端子が具備された外部導体１４と、外部導体１４の一側に設けられた外部から高周波信号が入力される入力端子１１と、外部導体１４の他側に設けられた高周波信号が出力される出力端子１２と、入出力端子を電気的に連結させるために外部導体１４内部に設置された内部導体１３と、外部導体１４の中央でその下端が内部導体１３に接続され、その上端が外部導体１４に接続されるＩ字型負荷１５とを含んで構成される。
内部導体１３のまわりには第１誘電率を持つ第１誘電体１６が充填されており、第１誘電体１６の上部にはＩ字型負荷１５のまわりに第２誘電体が充填された誘電体隔壁１７が形成される。

【0017】

誘電体隔壁１７は、Ｉ字型負荷１５の下端から上端方向に一定の高さにまで形成される。
本出願人は多数の実験結果によって誘電体隔壁１７の高さが高くなるほどＩ字型負荷１５の延長效果をもたらすということを実証した。これは誘電体隔壁１７を高く形成するほどＩ字型負荷１５の長さを短くできることを意味した。
すなわち、例えば、Ｉ字型負荷１５の長さを１／４波長の長さで形成する場合、挿入損失がほとんどないまま、１波長の效果を得ることができる。

【0018】

しかし、誘電体高さとＩ字型負荷１５の長さとの関係を図示した図５のグラフから分かるとおり、誘電体隔壁１７の高さを増加させてもＩ字型負荷１５の延長效果が増加しない飽和地点が存在する。よって、飽和地点にあたる高さ（Ｈ）の誘電体隔壁１７を形成し、これに対応する長さでＩ字型負荷１５の長さ（Ｌ）を形成すれば、最適の效果を得ることができる。
図５のグラフにおいて、飽和地点にあたる高さ（Ｈ）とＩ字型負荷１５の長さ（Ｌ）は誘電体隔壁１７の誘電率によって変化する。誘電体隔壁１７の誘電率が高くなるほどグラフが下方に移動する。すなわち、誘電体隔壁１７の誘電率が高いほど飽和地点の誘電体隔壁１７の高さ（Ｈ）に対応するＩ字型負荷１５の長さ（Ｌ）が短くなるので、非常に短いＩ字型負荷１５の長さでもサージ周波数遮断性能が優秀なサージ保護器１０を具現化することができる。

【0019】

実験の結果から、第１誘電体と第２誘電体との誘電率を等しく２．２とし、飽和地点にあたる高さ（Ｈ）の誘電体隔壁１７を形成した場合、１／４波長の長さを持つＩ字型負荷１５で挿入損失がほとんどない１波長の效果を得ることができた。
また、図５のグラフ特性を利用して第２誘電体の誘電率を第１誘電体の誘電率より大きい誘電体を使った場合、非常に短い長さのＩ字型負荷１５でも優秀な性能のサージ保護器１０を具現化することができた。

【0020】

図６は本発明の第２実施例による改善したＩ字型負荷構造のサージ保護器１０の構造を示した断面図である。
第１実施例と同様、誘電体隔壁１７によってＩ字型負荷１５の延長效果をもたらすことができるが、誘電体隔壁１７を形成してもＩ字型負荷１５の長さが短くなれば、共振特性が鈍くなって帯域幅が広くなる。
そこで、第２実施例では、鈍くなった周波数特性を償うための周波数特性補償部２０をさらに追加した。
周波数特性補償部２０は、導電体で形成され、外部導体１４と結合される第１結合部２１と、第１結合部２１とＩ字型負荷１５間に結合されてＩ字型負荷１５の長さを延長させる第２結合部２２とを含む。

【0021】

第２実施例で、外部導体１４とＩ字型負荷１５には、第１結合部２１と第２結合部２２と結合するための結合手段が形成された。以下では結合手段としてねじの螺合によるねじ結合手段を例に説明する。
第１結合部２１は、全体的に下部が開放されたキャップ形状に形成され、内周面にめねじ２１ａが形成され、外部導体１４の中央突出部の外周面に形成されたおねじ１４ａとねじ結合する。
第２結合部２２は、第１結合部２１の底面中心から下部に突出形成され、その外周面におねじ２２ａが形成され、Ｉ字型負荷１５の内周面に形成されためねじ１５ａとねじ結合する。
これによって、第１結合部２１を回転させる方向によって第２結合部２２とＩ字型負荷１５との結合位置が調節されてＩ字型負荷１５の高さが変化する。すなわち、第２結合部２２とＩ字型負荷１５との結合深みを微細に調節することによって、鈍くなった共振特性を償うことができる。

【0022】

また、周波数特性補償部２０の結合深さの調節により共振周波数を変化させることが可能であり、望む周波数帯域によって周波数特性補償部２０の結合深みを調節することによって、多くの周波数帯域信号に対するサージ保護器１０の使用が可能となる長所がある。
上記では、結合深さ調節手段としてねじ結合を例示的に説明したが、その外に多様な方式の結合深さ調節手段を使用することができる。

【0023】

以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明したが、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。本発明の保護範囲は、下記請求範囲により解釈され、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈される。

【符号の説明】

【0024】

１０ サージ保護器
１１，１０１ 入力端子
１２，１０２ 出力端子
１３ 内部導体
１４ 外部導体
１４ａ，２２ａ おねじ
１５，１０４ Ｉ字型負荷
１５ａ，２１ａ めねじ
１６ 第１誘電体
１７ 誘電体隔壁
２０ 周波数特性補償部
２１ 第１結合部
２２ 第２結合部
１００，１０３ 主線路
１０５ ハウジング
１１０ Ｌ字型負荷
１１１ 垂直線路
１１２ 水平線路
Ｈ （飽和地点にあたる）高さ
Ｌ （飽和地点にあたるＩ字型負荷の）長さ
λ 長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】