6054660 定在波抑制方法及びその装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6054660

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】定在波抑制方法及びその装置

(51)【国際特許分類】

   H01P 1/00 20060101AFI20161219BHJP

【ＦＩ】

   H01P1/00 Z

【請求項の数】9

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-156749(P2012-156749)

(22)【出願日】2012年7月12日

(65)【公開番号】特開2014-21995(P2014-21995A)

(43)【公開日】2014年2月3日

【審査請求日】2015年7月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000141060

【氏名又は名称】株式会社関電工

(73)【特許権者】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(73)【特許権者】

【識別番号】512183781

【氏名又は名称】田村 文裕

(74)【代理人】

【識別番号】100075410

【弁理士】

【氏名又は名称】藤沢 則昭

(74)【代理人】

【識別番号】100135541

【弁理士】

【氏名又は名称】藤沢 昭太郎

(72)【発明者】

【氏名】恒岡 まさき

(72)【発明者】

【氏名】田村 文裕

(72)【発明者】

【氏名】土田 崇

【審査官】 米倉 秀明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２２１７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４２５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０９５１４０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｐ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

線路１の電圧定在波波形の波節部に、線路２の電圧定在波波形の波腹部が相対向するように、又は線路１の電圧定在波波形の波腹部に、線路２の電圧定在波波形の波節部が相対向するように、線路２を線路１に並列に接続、布設し、線路１の電圧定在波波形の波節部又は波腹部と線路２の電圧定在波波形の波腹部又は波節部との間の電位差により、第１の抵抗に電流を流させ、電力消費させることを特徴とする、線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法。

【請求項2】

前記各電圧定在波波形の波節部と波腹部の相対向する位置がややずれている場合に、線路１又は線路２に、線路の長さが可変な位相器を設けて前記電位差を大きくすることを特徴とする、請求項１に記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法。

【請求項3】

前記線路１はループ状の線路であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法。

【請求項4】

前記ループ状の線路１上に第２の抵抗を設けたことを特徴とする、請求項３に記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法。

【請求項5】

前記線路２及び第１の抵抗を複数組設けることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法。

【請求項6】

線路１の電圧定在波波形の波節部に、線路２の電圧定在波波形の波腹部が相対向するように、又は線路１の電圧定在波波形の波腹部に、線路２の電圧定在波波形の波節部が相対向するように、線路２を線路１に並列に接続、布設し、線路１の電圧定在波波形の波節部又は波腹部と線路２の電圧定在波波形の波腹部又は波節部との間に第１の抵抗を介在させ、前記波節部と波腹部との間の電位差により、前記第１の抵抗に電流を流させ、電力消費させる構成としたことを特徴とする、線路の共振・反共振特性による定在波の抑制装置。

【請求項7】

前記線路１はループ状の線路であることを特徴とする、請求項６に記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制装置。

【請求項8】

前記ループ状の線路１上に第２の抵抗を設けたことを特徴とする、請求項７に記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制装置。

【請求項9】

前記線路２及び第１の抵抗を複数組設けたことを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、サーバ室やプラント制御室の接地として用いるＳＲＧ（signal reference grid）などの高周波領域のインピーダンス特性において分布定数などに起因する共振・反共振特性による定在波を抑制する方法や高層ビル屋内などの配電線や接地線の高周波領域のコモンモードのノイズ波が分布定数に起因する共振・反共振特性による定在波となるのを抑制する手法及びその装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

サーバ室やプラント制御室などにはＳＲＧと呼ばれるメッシュ状接地線を使用して、各機器の安定な動作と機器同士の連携・連動性を確保するよう努めてきた。ところがこうしたメッシュ状の接地線と対地の高周波領域でのインピーダンス特性を求めてみると、分布定数系などに起因する共振や反共振特性を持つことが明らかになった。このため、雷インパルスなどの誘導やインバータ動作等による高周波の誘導を受けると、誤動作や機器の損傷を招くことも予想されるようになってきた。

【0003】

そこで、本発明者によりＳＲＧやループ状の接地線に１ループに一箇所だけ抵抗を挿入することで、可能な限り共振の鋭さを示すＱ値を下げ、反射波電力をできうる限り小さくする方法が開発された。

【0004】

【非特許文献1】平成２３年度電気学会全国大会講演論文集の「ＳＲＧの高周波特性改善（１）」及び「ＳＲＧの高周波特性改善（２）」

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、この方法は、共振の場合には有効となるが、反共振の場合は挿入した抵抗の位置が電圧定在波の波節部に当たるため、電流が小さく、挿入した抵抗間に電位差が生ぜず、有効な定在波の抑制が果たせなかった。そのため、反共振の定在波対策にはループ内の他の位置にフェライトやローパスフィルタを挿入するなどの対策が必要であった。

【0006】

このループ状の接地線に１箇所抵抗を挿入し、その位置以外の位置にフェライトを挿入する方法はループに接地した機器等が正常な動作を行っている間は問題ない。しかし、これらの機器に地絡や短絡事故などが生じる場合も想定できる。ループにこうした低周波の大電流が流れるような事故が発生した場合にはフェライトが磁気飽和し、目的の機能を果たせない可能性がある。また、ローパスフィルタは巻線を有するので、当該周波数では効果を上げることができても他の周波数で新たな共振・反共振を生ぜしめる可能性がある。

【0007】

この発明は、前記のような情報通信機器や医療機器などの安定した電圧電流のより高い精度が求められている環境におけるループ状の接地線において、分布定数系に起因する共振・反共振特性の新たな対策に関するものであり、先のフェライトの飽和、ローパスフィルタによる共振・反共振周波数のずれ、といった問題を解決するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

そこで、この発明は、図１の（ａ）図、（ｂ）図に示すように、電圧定在波イメージを想定し、線路１の電圧の波節部（Ｍ点）に線路２の波腹部（Ｎ点）が対向して位置するように、当該線路２を布設し、前記Ｍ点とＮ点との間に第１抵抗を接続する。そこで、前記Ｍ点とＮ点との間に電位差が生じるが、この電位差を利用して前記第１の抵抗に電流を流させ、電力消費させることにより、共振・反共振特性による定在波を抑制するものである。また、上記線路１の電圧の波腹部（Ｍ´点）に線路２の波節部（Ｎ´点）が対向して位置するようにしても良い。（ａ）図は線路１が接地していない場合、（ｂ）図は線路１が接地されている場合を示すが、いずれの場合にも定在波の抑制となる。以下、この発明の具体的構成を示す。

【0009】

請求項１の発明は、線路１の電圧定在波波形の波節部に、線路２の電圧定在波波形の波腹部が相対向するように、又は線路１の電圧定在波波形の波腹部に、線路２の電圧定在波波形の波節部が相対向するように、線路２を線路１に並列に接続、布設し、線路１の電圧定在波波形の波節部又は波腹部と線路２の電圧定在波波形の波腹部又は波節部との間の電位差により、第１の抵抗に電流を流させ、電力消費させる、線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法とした。

【0010】

また、請求項２の発明は、前記各電圧定在波波形の波節部と波腹部の相対向する位置がややずれている場合に、線路１又は線路２に、線路の長さが可変な位相器を設けて前記電位差を大きくする、請求項１に記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法とした。

【0011】

また、請求項３の発明は、前記線路１はループ状の線路である、請求項１又は２に記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法とした。

【0012】

また、請求項４の発明は、前記ループ状の線路１上に第２の抵抗を設けた、請求項３に記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法とした。

【0013】

また、請求項５の発明は、前記線路２及び第１の抵抗を複数組設ける、請求項１〜４のいずれかに記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法とした。

【0014】

また、請求項６の発明は、線路１の電圧定在波波形の波節部に、線路２の電圧定在波波形の波腹部が相対向するように、又は線路１の電圧定在波波形の波腹部に、線路２の電圧定在波波形の波節部が相対向するように、線路２を線路１に並列に接続、布設し、線路１の電圧定在波波形の波節部又は波腹部と線路２の電圧定在波波形の波腹部又は波節部との間に第１の抵抗を介在させ、前記波節部と波腹部との間の電位差により前記第１の抵抗に電流を流させ、電力消費させる構成とした、線路の共振・反共振特性による定在波の抑制装置とした。

【0015】

また、請求項７の発明は、前記線路１はループ状の線路である、請求項６に記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制装置とした。

【0016】

また、請求項８の発明は、前記ループ状の線路１上に第２の抵抗を設けた、請求項７に記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制装置とした。

【0017】

また、請求項９の発明は、前記線路２及び第１の抵抗を複数組設けた、請求項６〜８のいずれかに記載の線路の共振・反共振特性による定在波の抑制装置とした。

【発明の効果】

【0018】

請求項１〜９の発明によれば、線路１の共振・反共振特性による定在波の抑制が確実に行える。以下、その原理を説明する。

【0019】

ｍを自然数として周長Ｌのループ状の接地線の場合では、ループ内に定在波を生じさせる周波数の波長をλとすると
（λ／４）×（２ｍ−１）＝Ｌ／２ の波長の波は共振になり、
（λ／４）×２ｍ＝Ｌ／２ の波長の波で反共振となる。

【0020】

基本波だけではなく高次の波も想定し、新たな自然数ｎで考える。今、この接地線ループに第ｎ波の波が誘導したとする。図２に示すように、この接地線ループの１点を点０とすると、点０より（λ／４）×ｎ離れたループ上の点を点Ａとする。点０から２×（λ／４）×ｎの長さの線路２を用いて延線した先端を点Ｐとする。点Ａと点Ｐ間には定在波による電位差を生じさせることができる。ここで線路２とは蛇腹やコイル状などの線路であって長さを変えることが出来る線路を含む。

【0021】

この点Ａと点Ｐの間に抵抗Ｃを接続することにより電流が流れ、抵抗Ｃで電力消費し、第ｎ波の周波数の定在波を減衰させることができる。

【0022】

以上の説明では、効果的なループ上の位置と線路２の関係を示したが、必ずしもこれらの数式（値）を適用しなくても定在波の減衰の効果は得られる。また、前記抵抗Ｃは、接地線ループの特性インピーダンスに等しい抵抗値を有する無誘導抵抗を採用することでより高い効果が得られるが、必ずしもこの様にしなくとも効果は得られる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】この発明の原理説明図であり、（ａ）図は接地しない線路の電圧定在波イメージを想定した原理説明図、（ｂ）図は接地した線路の電圧定在波イメージを想定した原理説明図である。

【図2】この発明のループ状の線路１における基本構成説明図である。

【図3】この発明の実施例１の構成説明図である。

【図4】ループ状の線路１の電流・電圧定在波を各モード別に表示した説明図であり、（ａ）図は基本波モードの共振の電流波形、（ｂ）図は基本波モードの共振の電圧波形、（ｃ）図は基本波モードの反共振の電流波形、（ｄ）図は基本波モードの反共振の電圧波形を示す。

【図5】この発明の実施例２の構成説明図である。

【図6】この発明の実施例３の構成説明図である。

【図7】この発明の実施例４の構成説明図である。

【図8】この発明の実施例５の構成説明図である。

【図9】この発明の実施例６の構成説明図である。

【図10】この発明の各実施例の線路１に対する、位相器をなす線路２の具体的布設図である。

【図11】この発明の各実施例の線路２の具体的構成図である。

【図12】この発明の実施例３の効果検証のために設けられたループ状の線路１の回路構成図である。

【図13】この発明の実施例３の効果検証のためのループ状の線路１に電圧を印加した際の電流の振幅測定結果を示すグラフ図である。

【図14】この発明の実施例３の効果検証のための回路構成図である。

【図15】この発明の実施例３の効果検証のための回路に電圧を印加した際の電流の振幅測定結果を示すグラフ図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0024】

この発明は、線路１の電圧定在波波形の波節部に、線路２の電圧定在波波形の波腹部が相対向するように、又は線路１の電圧定在波波形の波腹部に、線路２の電圧定在波波形の波節部が相対向するように、線路２を線路１に並列に接続、布設し、線路１の電圧定在波波形の波節部又は波腹部と線路２の電圧定在波波形の波腹部又は波節部との間の電位差を利用して前記第１の抵抗に電流を流させ、電力消費させる、線路の共振・反共振特性による定在波の抑制方法とした。

【0025】

これにより、線路１の共振・反共振特性による定在波を抑制できる。

【実施例1】

【0026】

図３に最も単純な例として、四角ＳＲＧ（以降、ロ型ＳＲＧという）で、ｎ＝１の場合を示す。ループ上の位置関係を述べるため、図上の任意の１点を点０とし、このＳＲＧの周長をＬ〔ｍ〕とする。点０から時計回りに回り、最大Ｌ〔ｍ〕までの長さに当たる点を点０からの長さで記述する。

【0027】

このＳＲＧに接地を接続した機器からの高周波のノイズを点０へ入射したとすると、この時の点０から時計回りで最大Ｌ〔ｍ〕までの各点を直線上に展開し、電流・電圧定在波を各モード別に表したのが図４である。

【0028】

図４（ａ）に基本共振モードの電流定在波を示す。このモードでは波長２Ｌ〔ｍ〕となる。点０（Ｌ）で電流が最大になり、点Ｂ（位置Ｌ／２）で電流ゼロとなる。図４（ｂ）はその時の電圧定在波を示すように、ループ上に半波の定在波が立つ。

【0029】

従って、図３において、点０から長さＬ（＝Ｌ／２＋Ｌ／２）の線路２を用いて点Ｐ（位置Ｌ／２に対向する位置）まで延線し、抵抗Ｃを介してＳＲＧ上の点Ｂに接続すればよい。また、その逆でも可能となる。すなわち、点Ｂから長さＬの線路２を用いて点０の位置まで延線し、抵抗Ｃを介してＳＲＧの点０へ接続する方法でも良い。

【0030】

図４（ｃ）は、基本波反共振モードの電流定在波を示す。このモードでは、波長Ｌ〔ｍ〕の波形でループ上に１波の定在波が立つ。図４（ｄ）はその電圧定在波を示す。

【実施例2】

【0031】

図４（ｃ）、（ｄ）より明らかなように、図５に示す点０から長さＬ／２の線路２を用いて点Ａ（位置Ｌ／４）と対向する位置、点Ｐまで延線し抵抗Ｄを介してＳＲＧへ接続することにより、基本波共振モードだけでなく、反共振モードの定在波を抑制することができる。同様にこの逆の場合も可能である。

【0032】

以上は点０にノイズ源を接続した場合の対策原理を説明したものである。しかし、実際はＳＲＧ上の任意の点からノイズが侵入してくるのであるから、このノイズ波によって生じる定在波の波腹部と波節部の位置は前記説明の位置とずれる。このため、こうした対策を複数用意してループ上の位置を等間隔にシフトして設ける方法を用いるのも良い。

【実施例3】

【0033】

図６は、ＳＲＧの線路２の位置をπ（波長でｌ／２）ずつシフトして上記の基本波共振・反共振対策の線路２と抵抗を２組設けた場合の原理図を示したものである。この実施例３の効果検証を以下に説明する。

【0034】

(ループ状線路１の共振・反共振周波数に対する電流分布測定)
図１２に示すように、アルミ板上に厚さ３０ｍｍのベニヤ板を設け、このベニヤ板上に短辺３．６ｍ、長辺７．２ｍの寸法でループ状の線路１を布設した。この時の線路１の第１共振周波数は５．４ＭＨｚ、第１反共振周波数は１１．３ＭＨｚ、第２共振周波数は１６．３ＭＨｚ、第２反共振周波数は２２．５ＭＨｚであった。

【0035】

図中、ＦＧで示した信号発生器を用いて、上記の周波数で振幅２０Ｖｐｐの電圧を印加した時の線路１上の各点の電流の振幅を測定した結果が図１３である。横軸は電圧印加点からの距離を表している。電圧印加点が横軸の中央にくるように、図１２で示したように、線路１の上側をプラスで、下側をマイナスで距離を示している。図１３から、それぞれの周波数において線路１上に電流定在波が形成されていることが分かる。

【0036】

（実施例３の場合の電流分布測定）
図１２のループ状の線路１に対する電流定在波を抑制するために、実施例３の方法に従って線路２を追加したのが、図１４である。ここでは、第１の抵抗Ｃは３８０オームの抵抗を用いた。このときの電流振幅の分布を測定したのが、図１５である。図１３と比べて図１５では電流定在波が抑制されていることが分かる。

【0037】

（電流定在波比〔ＣＳＷＲ〕による比較）
図１３と図１５の測定結果から、それぞれの周波数に対する線路１の電流定在波比（ＣＳＷＲ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｔａｎｄｉｎｇ−Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）を求めたのが表１である。表１から線路１に実施例３のように線路２と第１抵抗Ｃを介在させることで、ＣＳＷＲが小さく、共振・反共振による線路１の定在波が抑制されていることが分かる。

【0038】

【表1】

【実施例4】

【0039】

上記のようなＳＲＧの線路２の位置をシフトして複数の線路２を接地ループに挿入する方法は、線路２が煩雑になる欠点を持っている。その点を解消したのが、図７に示すものである。この方式は、点０の１点にだけＳＲＧ上に第２の抵抗Ｘを挿入し、ループ上の共振特性をこの抵抗Ｘで改善し、点０が波節部になる反共振を前記線路２を用いて補償する。なお、このループ内に挿入する抵抗Ｘは、フェライトコアやローパスフィルタを代用して挿入することでも同様な効果が得られる。従って、上記抵抗の概念にはフェライトコアやローパスフィルタも含まれる。

【実施例5】

【0040】

図８は、ロ型ＳＲＧの場合で基本波、第２、第３共振までの抑制方法を示し、ＳＲＧの線路２の位置をπ（波長でＬ／２）ずつシフトさせて上記の基本波共振・反共振対策の線路２と抵抗を２組設けた場合である。

【実施例6】

【0041】

図９は９分割型ＳＲＧの線路２による大ループ、小ループの共振・反共振対策を行った例を示す。

【0042】

また、図１０及び図１１は上記実施例１〜６において使用する線路２の例を示す。当該線路２は、約６０度の角度で折り曲げた蛇腹状に形成され、図１１に示す様に当該線路２の上下をテープ状の絶縁シートＳで被ったものである。この場合、絶縁シートＳの長さがＬ〔ｍ〕のとき、線路２が２Ｌ〔ｍ〕となり、布設にとって都合がよい。また、前記絶縁シートＳは、例えば、アラミドシート（フィルム）が適している。この様な線路２を、図１０に示す様に、ロ型ＳＲＧの点０から点Ｂに対向する箇所まで延線し、点Ｐと点Ｂとの間に抵抗Ｃを設ける（実施例３と同じ）。

【0043】

なお、上記実施例では線路１をループ状線路で説明したが、線路１はループ状に限らず、他の形状構成の線路でも適用できる。

【符号の説明】

【0044】

Ｃ 第１の抵抗 Ｄ 第１の抵抗
Ｍ 電圧の波節部 Ｎ 電圧の波腹部
Ｓ 絶縁シート Ｘ 第２の抵抗
Ｚ１ インピーダンス Ｚ２ インピーダンス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】