(57)【要約】      （修正有）【課題】システム規模を抑えつつ雷サージからの保護と雷サージの検出とを行える無線通信システムを提供する。【解決手段】一方の電極１３４ａが第２信号線１２４を介しアンテナ１２０と無線通信モジュール１１０との間の第１信号線１２２に接続され、他方の電極１３４ｂがＬｏｗレベルに接地され、アンテナ１２０により受信した雷サージによって絶縁状態から短絡状態に移行するコヒーラ１３０と、無線通信モジュール１１０による送受信を統括制御するＭＣＵ１４０と、一方の端子がＨｉｇｈレベルの電源電圧ＶＣＣと接続され、他方の端子がＤＩポート１４２と接続されるプルアップ抵抗１５０と、プルアップ抵抗１５０の他方の端子とＤＩポート１４２との間の第３信号線１５５と、の間に設けられる高周波阻止コイル１６０とを有し、ＭＣＵ１４０は、ＤＩポート１４２への入力がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化したとき雷サージを検出する。【選択図】図１
2010136109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと当該アンテナを介して送受信する無線通信モジュールとを有した無線通信システムであって、
一方の電極が前記アンテナと前記無線通信モジュールとの間の第１信号線に接続されるとともに、他方の電極がＬｏｗレベルに接地され、前記アンテナにより受信した雷サージによって絶縁状態から短絡状態に移行するコヒーラと、
前記アンテナにより受信した雷サージを検出する検出部と、
一方の端子がＨｉｇｈレベルの電源電圧と接続され、他方の端子が前記検出部の入力ポートと接続されるプルアップ抵抗と、
前記第１信号線と前記コヒーラの一方の電極との間の第２信号線と、前記プルアップ抵抗の他方の端子と前記検出部の入力ポートとの間の第３信号線と、の間に設けられる高周波阻止コイルと、を有し、
前記検出部は、前記入力ポートへの入力が前記Ｈｉｇｈレベルから前記Ｌｏｗレベルに変化したとき前記雷サージを検出すること、
を特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記検出部は、前記無線通信モジュールによる前記アンテナを介した送受信を制御する機能を有し、前記雷サージを検出してから所定期間が経過するまでの間、前記無線通信モジュールによる前記アンテナを介した送受信を停止させる制御を行うこと、
を特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記検出部の出力ポートと接続され、前記コヒーラを振動させて前記雷サージによる前記コヒーラの短絡状態を絶縁状態に復帰させるデコヒーラを有し、
前記検出部は、前記雷サージを検出してから前記所定期間が経過したとき、前記デコヒーラを動作させる制御を行うこと、
を特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項３に記載の無線通信システムであって、
前記検出部は、前記デコヒーラを動作させて前記コヒーラの短絡状態を絶縁状態に復帰させたとき、前記無線通信モジュールに対し前記アンテナを介した送受信の停止を解除させる制御を行うこと、
を特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載の無線通信システムであって、
前記検出部は、前記無線通信モジュールに対し前記アンテナを介した送受信の停止を解除させた後、前記無線通信モジュールに対し前記雷サージを検出したことを示す送信信号を前記アンテナを介して送信させる制御を行うこと、
を特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、落雷に伴って発生する高周波数で過渡的な過電圧、いわゆる雷サージから保護するために無線通信機器の雷サージの侵入経路上（アンテナ等）に、特許文献１に開示されるようなサージアブソーバ（避雷器）を設ける場合がある。尚、サージアブソーバは、雷サージを大地に逃がすことで、無線通信機器の内部の損傷を防止するものである。また、無線通信機器は、雷サージからの保護のみならず、警報出力や誤動作防止の制御のために雷サージを検出する必要があるが、サージアブソーバのみでは雷サージを検出することができない。このため、サージアブソーバとは別に、特許文献２に開示されるような雷サージを検出するためのサージセンサが必要となる。
【特許文献１】特開２００７−２５９６６２号公報
【特許文献２】特開２００２−２７７４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、サージアブソーバとサージセンサとを無線通信機器に対して個別に設ける場合、サージアブソーバとサージセンサ夫々の大きさのみならず、夫々に電源が必要となる。このため、サージアブソーバ、サージセンサ及び無線通信機器を含めたシステム規模が大きくなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、システム規模を抑えつつ雷サージからの保護と雷サージの検出とを行える無線通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための主たる本発明は、アンテナと当該アンテナを介して送受信する無線通信モジュールとを有した無線通信システムであって、一方の電極が前記アンテナと前記無線通信モジュールとの間の第１信号線に接続されるとともに、他方の電極がＬｏｗレベルに接地され、前記アンテナにより受信した雷サージによって絶縁状態から短絡状態に移行するコヒーラと、前記アンテナにより受信した雷サージを検出する検出部と、
一方の端子がＨｉｇｈレベルの電源電圧と接続され、他方の端子が前記検出部の入力ポートと接続されるプルアップ抵抗と、前記第１信号線と前記コヒーラの一方の電極との間の第２信号線と、前記プルアップ抵抗の他方の端子と前記検出部の入力ポートとの間の第３信号線と、の間に設けられる高周波阻止コイルと、を有し、前記検出部は、前記入力ポートへの入力が前記Ｈｉｇｈレベルから前記Ｌｏｗレベルに変化したとき前記雷サージを検出すること、を特徴とする。
【０００６】
また、上記に記載の無線通信システムであって、前記検出部は、前記無線通信モジュールによる前記アンテナを介した送受信を制御する機能を有し、前記雷サージを検出してから所定期間が経過するまでの間、前記無線通信モジュールによる前記アンテナを介した送受信を停止させる制御を行うこと、としてもよい。
【０００７】
また、上記に記載の無線通信システムであって、前記検出部の出力ポートと接続され、前記コヒーラを振動させて前記雷サージによる前記コヒーラの短絡状態を絶縁状態に復帰させるデコヒーラを有し、前記検出部は、前記雷サージを検出してから前記所定期間が経過したとき、前記デコヒーラを動作させる制御を行うこと、としてもよい。
【０００８】
また、上記に記載の無線通信システムであって、前記検出部は、前記デコヒーラを動作させて前記コヒーラの短絡状態を絶縁状態に復帰させたとき、前記無線通信モジュールに対し前記アンテナを介した送受信の停止を解除させる制御を行うこと、としてもよい。
【０００９】
また、上記に記載の無線通信システムであって、前記検出部は、前記無線通信モジュールに対し前記アンテナを介した送受信の停止を解除させた後、前記無線通信モジュールに対し前記雷サージを検出したことを示す送信信号を前記アンテナを介して送信させる制御を行うこと、としてもよい。
【００１０】
その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に示されるとおり、システム規模を抑えつつ雷サージからの保護と雷サージの検出とを行える無線通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１３】
＜＜＜無線通信システムの構成＞＞＞
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示した図である。同図に示す無線通信システム１００は、送配電線が架設された鉄塔に設置される所定の無線通信を行うシステムであるが、所定の無線通信を行う機能のみならず、後述のコヒーラ１３０並びにデコヒーラ１７０を利用した雷サージから保護する機能と雷サージを検出する機能とを具備している。尚、雷サージを検出する機能の場合、自身が設置された鉄塔に発生した落雷に伴う雷サージを検出したことを示す雷サージ検出信号Ｓを電力会社の支社や営業所等に設置される監視サーバ（不図示）に送信する。
【００１４】
無線通信システム１００は、無線通信モジュール１１０、アンテナ１２０、コヒーラ１３０、ＭＣＵ（Micro Control Unit）１４０、プルアップ抵抗１５０、高周波阻止コイル１６０、デコヒーラ１７０を有する。
【００１５】
無線通信モジュール１１０は、アンテナ１２０で受信した受信信号Ａが第１信号線１２２を介して入力され、その入力された受信信号Ａを所定の通信プロトコルに従って復調する。尚、復調された信号は所定の出力装置（不図示）に出力される。また、無線通信モジュール１１０は、送信すべき情報を所定の通信プロトコルに従った送信信号Ｄに変調してアンテナ１２０を介して送信する。
【００１６】
コヒーラ１３０は、一方の電極１３４ａがアンテナ１２０と無線通信モジュール１１０との間の第１信号線１２２に接続され、他方の電極１３４ｂがＬｏｗレベルの電位の大地に接続（接地）される。コヒーラ１３０は、図２に示すように、一対の電極１３４ａ、１３４ｂ間にニッケル等の金属粉末１３２を挟み込み、それらを絶縁体１３６で被覆した構造をしている。通常状態における電極１３４間の電気抵抗は高くほぼ絶縁状態（Ｈｉ−Ｚ状態）であるが、落雷により急激で大きな電界強度の変化（雷サージ）を受けると反応して電気抵抗が減少し、最終的には短絡状態（コヒーア）になるという特性を有する。
【００１７】
尚、典型的な雷放電による電界強度の変化としては１００μＳ間に最大で約１２０Ｖ／ｍに及ぶことが知られている。一方、緩やかな電界強度の変化に対しては感度が低く殆ど反応しないという特性を有する。また、一度導通状態になると電流を切っても、元の絶縁状態には戻らないという特性を有しており、元の絶縁状態に戻すためには後述のデコヒーラ１７０が必要となる。
【００１８】
コヒーラ１３０の印加電圧に応じた時間特性を図３に示す。コヒーラ１３０は、印加電圧の上昇により、電極１３４と金属粉末１３２との間や金属粉末１３２同士で点接触が形成される点接触形成期を経て、定電圧ダイオードを並列に逆接続したものやバリスタ等に近似した電圧制限特性動作期（電極１３４間の電圧が降伏電圧から破壊電圧との間に制限される）に移行し、さらに印加電圧が破壊電圧に至ったときに短絡動作期に移行する。
【００１９】
ＭＣＵ１４０は、ＤＩ（Data Input）ポート１４２と、ＤＯ（Data Output）ポート１４４と、を備えている。ＤＩポート１４２は、プルアップ抵抗１５０と高周波阻止コイル１６０と接続される。ＤＯポート１４４は、デコヒーラ１７０と接続される。ＭＣＵ１４０は、無線通信モジュール１１０によるアンテナ１２０を介した送受信を統括制御するものであり、特に、無線通信モジュール１１０の送受信を可能にするか不可能にするかを制御する機能と、ＤＩポート１４２に入力されるレベル（Ｈｉｇｈレベル：雷サージの未検出、Ｌｏｗレベル：雷サージの検出）に基づいて落雷に伴う雷サージを検出する機能と、を有する。さらに、ＤＯポート１４４より出力されるレベル（Ｈｉｇｈレベル：デコヒーラ１７０の動作、Ｌｏｗレベル：デコヒーラ１７０の停止）に基づいてデコヒーラ１７０を動作又は停止させる機能を有する。尚、ＭＣＵ１４０以外にＣＰＵとメモリとを備えるプロセッサとして実施してもよいし、上記の二つの機能を個別のプロセッサとして実施しても良い。
【００２０】
プルアップ抵抗１５０は、一方の端子がＭＣＵ１４０におけるＨｉｇｈレベルの電圧に対応した電源電圧ＶＣＣと接続され、他方の端子がＭＣＵ１４０のＤＩポート１４２と接続される。高周波阻止コイル１６０は、第１信号線１２２とコヒーラ１３０の一方の電極１３４ａとの間を接続する第２信号線１２４と、プルアップ抵抗１５０の他方の端子とＤＩポート１４２との間を接続する第３信号線１５５、との間に設けられる。高周波阻止コイル１６０は、チョークコイルやラインフィルタとも呼ばれ、所定の周波数を上回る高周波電流（雷サージ）の通過を阻止するコイルである。
【００２１】
デコヒーラ１７０は、短絡状態となったコヒーラ１３０を元の絶縁状態に復帰させるための装置である。デコヒーラ１７０は、例えば圧電素子や電磁石を備えており、ＭＣＵ１４０のＤＯポート１４４から出力される指令（Ｈｉｇｈレベル：動作、Ｌｏｗレベル：停止）に基づいて上記の圧電素子や電磁石より超音波（２０ｋＨｚ以上）を発生し、コヒーラ１３０の絶縁体１３６を振動させることで、コヒーラ１３０を短絡状態から元の絶縁状態に復帰させる。
【００２２】
＜＜＜無線通信システムの動作＞＞＞
図４は、無線通信システム１００の動作を示すタイミングチャートである。尚、同図に示す時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３の順に時間が経過するものとして、時刻ｔ１に雷サージが発生してコヒーラ１３０が動作し、時刻ｔ２にデコヒーラ１７０が動作し、時刻ｔ３にコヒーラ１３０が復帰する場合を示している。
【００２３】
時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間、落雷が発生しておらず、アンテナ１２０で受信される受信信号Ａの電界強度の変化が緩やかであり、コヒーラ１３０は絶縁状態（Ｈｉ−Ｚ状態）を維持している。このため、受信信号Ａはコヒーラ１３０や高周波阻止コイル１６０を介したＭＣＵ１４０のＤＩポート１４２に向かわず無線通信モジュール１１０に入力される。また、ＤＩポート１４２にはプルアップ抵抗１５０を介して電源電圧ＶＣＣに応じたＨｉｇｈレベルが入力され、これに応じて、ＭＣＵ１４０は、無線通信モジュール１１０に送受信可能を指示する通信制御信号Ｃを出力する。
【００２４】
時刻ｔ１では、落雷が発生したことに伴って受信信号Ａの急激で大きな電界強度の変化（雷サージ）が生じており、コヒーラ１３０は絶縁状態から短絡状態に移行することになる。このため、受信信号Ａは無線通信モジュール１１０に向けて流れず、コヒーラ１３０を介して大地の方に流れる。このとき、コヒーラ１３０は、無線通信モジュール１１０を雷サージから保護するサージアブソーバとしての機能を実現していることになる。
【００２５】
また、落雷が発生した際の受信信号Ａは高周波数となっており、高周波阻止コイル１６０によってＭＣＵ１４０のＤＩポート１４２に向けた受信信号Ａの高周波成分の入力が阻止される。尚、高周波阻止コイル１６０は受信信号Ａの直流成分を流すことが可能であるため、ＭＣＵ１４０のＤＩポート１４２にはコヒーラ１３０を介して大地のＬｏｗレベルが入力される。これにより、ＭＣＵ１４０は、ＤＩポート１４２の入力レベルがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化したことを受けて、雷サージを検出したことになる。そして、ＭＣＵ１４０は、ノイズ等の大きい無効な送信信号Ｄをアンテナ１２０から送信することを防止するために、無線通信モジュール１１０に対し送受信の停止を指示する通信制御信号Ｃを出力する。
【００２６】
時刻ｔ１から所定期間Ｔ０を経過した時刻ｔ２では、ＭＣＵ１４０のＤＯポート１４４からの指令（Ｈｉｇｈレベル）に基づいてデコヒーラ１７０が動作し、コヒーラ１３０が短絡状態から元の絶縁状態に移行することを開始する。
【００２７】
時刻ｔ３では、コヒーラ１３０が短絡状態から元の絶縁状態に復帰し、落雷が発生していない時刻ｔ０から時刻ｔ１までの状態に戻る。即ち、ＤＩポート１４２にはプルアップ抵抗１５０を介して電源電圧ＶＣＣに応じたＨｉｇｈレベルが入力される。ＭＣＵ１４０は、ＤＩポート１４２の入力レベルがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化したことを受けて、無線通信モジュール１１０に対し雷サージを検出したことを示す雷サージ検出信号Ｓの送信指示と送受信の停止の解除を指示する通信制御信号Ｃを出力する。このとき、ＭＣＵ１４０は、雷サージを検出する機能を実現していることになる。
【００２８】
そして、無線通信モジュール１１０は、ＭＣＵ１４０から指示された雷サージ検出信号Ｓを所定の通信プロトコルに従って送信信号Ｄに変調してアンテナ１２０より送信することができる。これにより、送信信号Ｄを受信した電力会社の支社や営業所では、落雷の発生した鉄塔を把握することができ、その後の保守対応を迅速に行えるようになる。
【００２９】
以上より、無線通信システム１００は、サージアブソーバやサージセンサを用いることなく、コヒーラ１３０並びにデコヒーラ１７０とＭＣＵ１４０等による小規模なシステム構成で、無線通信モジュール１１０を雷サージから保護するサージアブソーバとしての機能と、雷サージを検出する機能とを、実現することができる。尚、コヒーラ１３０に関しては雷サージで動作するため電源が不要である。
【００３０】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記の実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るコヒーラの構造を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るコヒーラの印加電圧に応じた時間特性を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１００  無線通信システム
１１０  無線通信モジュール
１２０  アンテナ
１２２  信号線
１３０  コヒーラ
１３２  金属粉末
１３４ａ、１３４ｂ  電極
１３６  絶縁体
１４０  ＭＣＵ
１４２  ＤＩポート
１４４  ＤＯポート
１５０  プルアップ抵抗
１５５  信号線
１６０  高周波阻止コイル
１２４  信号線
１７０  デコヒーラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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