(57)【要約】【課題】  先行技術の欠陥を克服する装置を提供すること。【解決手段】  精密アレスタは、ボアが貫通する本体と、ボア内に位置する内部コンダクタと、内部コンダクタのサージ部と内部コンダクタの保護部との間に連結されて、ボア内に位置する内部コンダクタキャパシタと、内部コンダクタキャパシタと並列に電気的に連結されて、ボア内に位置する内部コンダクタインダクタとを備える。第１の短絡部が内部コンダクタのサージ部と本体との間に連結されて、第２の短絡部が内部コンダクタの保護部と本体との間に連結され、サージを地面に案内する。さらに、他の同軸インラインアセンブリが、密閉された電気部品の隔離のために内部コンダクタキャビティを取り込むように形成されることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サージアレスタであって、
ボアが貫通する本体と、
前記ボア内に位置する内部コンダクタと、
前記内部コンダクタのサージ部と前記内部コンダクタの保護部との間に連結されて、前記ボア内に位置する内部コンダクタキャパシタと、
前記内部コンダクタキャパシタと並列に電気的に連結されて、前記ボア内に位置する内部コンダクタインダクタと、
前記内部コンダクタのサージ部と前記本体との間に連結される第１の短絡部と、
前記内部コンダクタの保護部と前記本体との間に連結される第２の短絡部と、
を備えるサージアレスタ。
【請求項２】
前記内部コンダクタインダクタは、内部コンダクタキャビティ内に配置され、前記内部コンダクタキャビティは、前記内部コンダクタのサージ端部と前記内部コンダクタの保護端部との間で閉鎖される、請求項１記載のサージアレスタ。
【請求項３】
前記内部コンダクタキャパシタは、前記内部コンダクタのサージ端部のキャパシタ面と前記内部コンダクタの保護端部のキャパシタ面との間に配置される誘電体スペーサである、請求項１記載のサージアレスタ。
【請求項４】
前記キャパシタ面は、前記内部コンダクタの縦軸に垂直な平面である、請求項３記載のサージアレスタ。
【請求項５】
前記キャパシタ面は、リング状である、請求項３記載のサージアレスタ。
【請求項６】
前記キャパシタ面は、前記内部コンダクタの縦軸と同軸の円筒状である、請求項３記載のサージアレスタ。
【請求項７】
前記第１の短絡部は、ガス吐出管と直列な第１のインダクタである、請求項１記載のサージアレスタ。
【請求項８】
前記第１のインダクタと前記ガス吐出管との間に配置されるＲＦ短絡スタブをさらに含み、前記本体から延在する前記ガス吐出管及び前記ＲＦ短絡スタブは、第１の端部キャップによって取り囲まれ、前記ＲＦ短絡スタブの周縁と前記端部キャップとの間に配置された誘電体は、ＲＦ接地キャパシタンスを形成する、請求項７記載のサージアレスタ。
【請求項９】
前記第２の短絡部は少なくとも一つの過渡電圧抑制ダイオードとは並列であり、ＲＦ接地キャパシタとは直列である第２のインダクタである、請求項１記載のサージアレスタ。
【請求項１０】
ＲＦ接地キャパシタ及び過渡電圧抑制ダイオードは、プリント回路基板に取り付けられ、前記プリント回路基板は、第２の端部キャップによって密閉されたボアの外部に配置される、請求項９記載のサージアレスタ。
【請求項１１】
前記第１のインダクタはらせん状コイルである、請求項７記載のサージアレスタ。
【請求項１２】
前記第２のインダクタはらせん状コイルである、請求項９記載のサージアレスタ。
【請求項１３】
前記第１の短絡部のガス吐出管及び前記第２の短絡部のプリント回路基板は、別の第１の端部キャップ及び第２の端部キャップの内でボアの外部に位置する、請求項１記載のサージアレスタ。
【請求項１４】
サージアレスタであって、
ボアが貫通する本体と、
前記ボア内に位置する内部コンダクタと、
前記内部コンダクタのサージ部のサージ端部のキャパシタ面と前記内部コンダクタの保護部の保護端部のキャパシタ面との間に配置される誘電体スペーサと、
前記内部コンダクタのサージ端部と前記内部コンダクタの保護端部との間で閉鎖された内部コンダクタキャビティの内部に配置される内部コンダクタインダクタと、
前記内部コンダクタのサージ部と前記本体との間に連結される第１の短絡部と、
前記内部コンダクタの保護部と前記本体との間に連結される第２の短絡部と、
を備えるサージアレスタ。
【請求項１５】
サージアレスタの製造方法であって、
ボアが貫通する本体を形成するステップと、
前記ボア内に内部コンダクタを配置するステップと、
前記内部コンダクタのサージ端部のキャパシタ面と前記内部コンダクタの保護端部のキャパシタ面との間において誘電体スペーサの位置決めを行うステップと、
前記内部コンダクタのサージ端部と前記内部コンダクタの保護端部の間で閉鎖された内部コンダクタキャビティの内部において内部コンダクタインダクタの位置決めを行うステップと、
前記内部コンダクタのサージ部と前記本体との間に第１の短絡部を連結するステップと、
を備える、サージアレスタの製造方法。
【請求項１６】
前記内部コンダクタの保護部と前記本体との間に第２の短絡部を連結するステップをさらに含む、請求項１５記載のサージアレスタの製造方法。
【請求項１７】
同軸インラインアセンブリであって、
ボアが貫通する本体と、
第１の接続インターフェースと第２の接続インターフェースとの間で延在する前記ボア内に位置する内部コンダクタと、
前記内部コンダクタのサージ部と前記内部コンダクタの保護部との間に連結されて、前記ボア内に位置する内部コンダクタキャパシタと、
前記内部コンダクタのサージ端部と前記内部コンダクタの保護端部との間で閉鎖される内部コンダクタキャビティと、
前記内部コンダクタキャビティ内に密閉されて、前記内部コンダクタのサージ端部と前記内部コンダクタの保護端部に直列に電気的に連結された電気部品と、
を備える同軸インラインアセンブリ。
【請求項１８】
前記電気部品はインダクタである、請求項１７記載の同軸インラインアセンブリ。
【請求項１９】
前記電気部品はフィルタ回路である、請求項１７記載の同軸インラインアセンブリ。
【請求項２０】
前記電気部品はプリント回路基板に取り付けられた電気回路である、請求項１７記載の同軸インラインアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００８年１月３１日付で出願され、現在係属中である、フランク・ハーワス（Ｆｒａｎｋ  Ｈａｒｗａｔｈ）、トム・キング（Ｔｏｍ  Ｋｉｎｇ）、及びジョーン・リー（Ｊｏｏｎ  Ｌｅｅ）による「低バイパス精密アレスタ」という題下の米国特許出願第１２／０２３，９０４号に対して優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に、同軸ケーブル及び相互接続された電気設備のインラインサージ保護に関する。より詳細には、本発明は、高いサージキャパシティ及び非常に低いサージ通過性を有するサージアレスタに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気ケーブル（例えば、アンテナ塔の同軸伝送ライン）には、例えば、静電気放電及び／または落雷などによる電流サージの転換のために、地面に対する電気経路を提供するよう、サージアレスタ設備が装備されている。従来のサージ抑制装置は、一般に、非常に高い比率のサージエネルギーを地面に転換させる。しかしながら、ライン及び／または設備を損傷可能なレベルのサージが、依然としてサージ装置を通過することがある。
【０００４】
「精密アレスタ」アセンブリは、通過するサージのレベルを最小化するために、内部コンダクタと地面との間に並列に連結された第１及び第２のサージアレスティング回路を利用する。従来の「精密アレスタ」アセンブリは、一般的に、別個のインダクタ、キャパシタ及びガス管またはリード線及びワイヤ接続体の束で一緒に連結されたカプセル素子を利用して、大型の共通軸外本体チャンバ（ｃｏｍｍｏｎ  ｏｆｆ  ａｘｉｓ  ｂｏｄｙ  ｃｈａｍｂｅｒ）を有するように形成されている。通常、最終アセンブリは、本体断片の再設置を要求する多軸機械加工ステップを必要とするため、製造時間及び製造費用が増大する。
【０００５】
電気ケーブル、コネクター及び関連付属品産業における競争は、製造効率の増大と、設置要件の低減と、単純化／個別部品の総数の減少による費用の節減に焦点が合わせられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、先行技術の欠陥を克服する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示しており、上述した本発明の一般的な説明と共に、後述する実施形態の詳細な説明は、本発明の原理を説明している。
【０００８】
本発明者は、現在市販中の精密アレスタの分析を行い、このような精密アレスタが、保障された最小レベルのサージ通過を提供することにたびたび失敗することを発見した。本発明者は、多様な電気部品の間の拡張リード線と共通チャンバによって、サージの発生時、高いレベルの電磁場／エネルギーに起因して回路素子同士の間のクロスカップリングが起きるという仮説を立てた。本発明は、多様な回路素子を互いに対して隔離させることにより、及び相互接続リード線の長さを除去する、及び／または最小化することにより、クロスカップリングの可能性を最小化する。本発明にかかる精密アレスタにおいて、サージバイパスのレベルが、驚くべきことに劇的に減少する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態の部分側断面の概略等角図である。
【図２】図１の内部コンダクタアセンブリの部分側断面分解等角図である。
【図３】図１の内部コンダクタアセンブリの部分側断面等角図である。
【図４】図１の内部コンダクタアセンブリの外部等角図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の部分断面図である。
【図６】図５の領域Ａの拡大図である。
【図７】図５の領域Ｂの拡大図である。
【図８】多様な回路素子の相互隔離を示す第１の実施形態の概略回路図である。
【図９】多様な別個の電気部品のための共通キャビティ場所を示す、仮想の従来の精密アレスタの概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明による精密アレスタ１の第１の実施形態が、図１及び図５に示されている。本体５は、第１及び第２の接続インターフェース９、１１の間で延在するボア７を有する。第１及び第２の接続インターフェース９、１１は、任意の好ましい専用または標準コネクタインターフェース及び／または直接同軸ケーブル接続部であることができる。サージ部１７及び保護部１９から形成された内部コンダクタ１５は、一対の絶縁体２１によって、ボア７の内部で同軸的に支持されている。
【００１１】
図２〜図４によく示されているように、内部コンダクタ１５、サージ部１７及び保護部１９は、互いに整合されており、サージ端部２７のキャパシタ面２５と保護端部２９との間の誘電体スペーサ２３によって分離されて、内部コンダクタキャパシタ３１を形成する。内部コンダクタキャパシタ３１の最終のキャパシタンスは、キャパシタ面２５の表面積、誘電体スペーサ２３の厚さ及び誘電率を調節することにより、所望の作動帯域において、ＲＦ信号に低インピーダンスを提供するように選択されている。キャパシタ面２５は、内部コンダクタ１５の縦軸に直交する、対向した平面的なリング状面として示されている。別の構成では、キャパシタ面２５は、表面積要件及び／または回転連動要件があれば、それによる平滑面または波形面を有する、例えば、円錐状リング、円筒状管などの形状をした誘電体スペーサ２３の対向面と整合するように構成されていてもよい。
【００１２】
内部コンダクタ１５の保護部１９とサージ部１７との整合は、キャパシタ面２５が誘電体スペーサ２３の一側と整合することにより、内部コンダクタキャビティ３３を閉鎖する。内部コンダクタキャビティ３３内には、サージ部１７及び保護部１９のそれぞれに結合された内部コンダクタインダクタ３５が収容され、内部コンダクタインダクタ３５は、内部コンダクタキャパシタ３１と平行に配置されて、図７によく示されているように、内部コンダクタキャビティ３３の側壁により、アセンブリの残りの部分から電気的に遮蔽される。
【００１３】
第１の短絡部３７は、本体５と内部コンダクタ１５のサージ部１７との間に連結される。第１の短絡部３７は、本体５に連結された第１の端部キャップ４３で終わるガス吐出管４１と直列に第１のインダクタ３９を有し、第１の短絡部３７を介した地面への電気経路を提供する。ガス吐出管４１またはカプセルは、サージ抑制技術分野において周知であり、ここでは詳しく記述しない。第１のインダクタ３９とガス吐出管４１との間に位置したＲＦ短絡スタブ４５は、第１の端部キャップ４３内においてガス吐出管４１を隔離するだけではなく、第１の端部キャップ４３とＲＦ短絡スタブ４５の周縁との間に位置したスリーブ誘電体４９を介して、ＲＦ接地キャパシタンス４７として作用する。ＲＦ接地キャパシタンス４７の数値は、スリーブ誘電体４９の厚さ及び誘電率ならびにＲＦ短絡スタブ４５の周縁の表面積によって構成されている。
【００１４】
第２の短絡部５１は、本体５と内部コンダクタ１５の保護部１９との間に連結されている。第２のインダクタ５３は、一対の過渡電圧抑制ダイオード５７及びＲＦ接地キャパシタ５５の並列配列体に対する一連の接続部を有する。２つの過渡電圧抑制ダイオード５７は、単一の高電力ダイオードパッケージを適用することに比較して、空間要件（ｓｐａｃｅ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）を最小化するように選択されている。あるいは、単一の高電力過渡電圧抑制ダイオード５７が適用されることもできる。選択された過渡電圧抑制ダイオード５７及びＲＦ接地キャパシタ５５は、好ましくは、第２の端部キャップ６１によって密閉されたボア７の外部に位置したプリント回路基板５９に取り付けられている。本体５とプリント回路基板５９のトレースとの間の電気接続及び確実な装着を提供するか及び／または容易にアクセスできるために、第２の端部キャップ６１は、第２の端部キャップ６１にネジ式で装着可能なカバー６３を具備するように構成することができる。並列配置部品は、不要なリード線を無くすために、表面に取付られたタイプであってもよい。さらに、プリント回路基板５９上のトレースは、接続部同士の間の距離を最小化するように、並びに、クロスカップリングウエーブ開始地点として作用することのできるシャープな曲がり部分がないように、配列することができる。
【００１５】
以上、第１の短絡部３７及び第２の短絡部５１について詳細に説明されているが、当業者であれば、代替の実施形態において、これらの事項が、任意の所望の電気回路及び／または異なる特定の電気部品や素子に適用可能であることを理解することができる。例えば、第１のインダクタ３９及び第２のインダクタ５３は、平面らせん状インダクタまたは短絡スタブ及び／またはガス吐出管４１、及び／または省略したその他の回路素子として適用されることもできる。
【００１６】
第１のインダクタ３９及び第２のインダクタ５３は、内部コンダクタ１５と、それぞれのＲＦ短絡スタブ４５と、及び／または第１及び第２のインダクタ３９、５３のコイルのためのオフセット終止部を提供するスクリューアダプタ６５を使用する、プリント回路基板５９接続部との間に連結されることができ、図６によく示されているように、インダクタのフィールド交換及び／または組み立ての容易さのために、内部コンダクタ１５及び／またはＲＦ短絡スタブ４５に対する簡単で且つ確実なネジ式結合を依然として可能としながら、その一方で、追加のインダクタリード線の長さ及び帯域の必要性を無くす。
【００１７】
内部コンダクタインダクタ３５のリード線は、スクリューアダプタ６５の結合のための内部コンダクタ１５のネジ式ボア７１内に、内部コンダクタキャビティ３３から延在する終止ポート６９内に嵌め合わされる終止ラグ６７を具備することができる。それぞれのネジ式ボア７１内へのスクリューアダプタ６５の螺子式結合は、第１及び第２のインダクタ３９、５３と、内部コンダクタインダクタ３５と、内部コンダクタ１５との間の高品質な相互電気接続及び確実な終止を提供する。
【００１８】
サージが起きる間に、内部コンダクタ１５に沿って精密アレスタ１のサージ側（ｓｕｒｇｅ  ｓｉｄｅ）へ流入されるサージは、第１の短絡部３７と対面する。通常、装置の作動帯域よりも遥かに低い周波数を持つサージが、第１のインダクタ３９及びＲＦ接地キャパシタンス４７において現われた後、ガス吐出管４１に現われる。電圧がイオン化閾値を超過するとき、ガス吐出管内のガスはイオン化されて、サージエネルギーのほとんど大部分を本体５に誘導し、これを通じて地面に誘導する。サージエネルギーの小さな部分は、第１の短絡部３７と、内部コンダクタキャパシタ３１及び内部コンダクタインダクタ３５で並列に構成されるＲＣフィルタとを通過する。その後、このような減少されたサージエネルギーは、第２の短絡部５１に提供されて、ここで、第２のインダクタ５３、ＲＦ接地キャパシタ５５、及び過渡電圧抑制ダイオード５７は、減少されたサージエネルギーを本体に案内し、これを通じて地面に案内する。したがって、最小限のサージエネルギーが、内部コンダクタ１５の保護側を通じて、下流の伝送ライン及び／または電子装置に通過される。
【００１９】
従来の軸外共通キャビティ精密アレスタサージ装置である、スイスのプフェーフィコン（Ｐｆａｆｆｉｋｏｎ）に所在の「ヒューバー＋シュナー・アーゲー（Ｈｕｂｅｒ＋Ｓｕｈｎｅｒ  ＡＧ）」が作製した部品番号第３４０３．１７．００５２号を、４０００Ｖ、２０００Ａｍｐにて多重テストしたところ、９３マイクロジュール及び１２５マイクロジュールが装置を通過した。これに対して、本発明による精密アレスタに同等なサージを提供した結果、ほぼ４．３マイクロジュール及び１０．６マイクロジュールという、より少ないエネルギーがバイパスした。このような驚くべき劇的な性能の向上の相当な部分は、プリント回路基板５９の部品及び内部コンダクタインダクタ３５からガス吐出管４１を隔離して（またはその逆にして）、サージが起きる間に、これらの部品の間のクロスカップリングの可能性を最小化した結果であると考えられている。
【００２０】
本発明の第１の実施形態による回路素子の相互に対する隔離の向上が、概略的な同等の回路図である図８及び図９によってさらに説明される。図８で、内部コンダクタインダクタ３５は、内部コンダクタキャビティ３３内に密閉され、ガス吐出管４１は、第１の端部キャップ４３内に密閉され、第２の端部キャップ６１内に密閉された第２の短絡部５１の部品に装着されたプリント回路基板５９及びＲＦ短絡スタブ４５によってボアから隔離され、また、例えば、プリント回路基板５９のボトムの大部分を覆う接地面トレースによってさらにボア７から隔離される。これに比べ、図９は、従来の精密アレスタの仮想的な回路素子及び相互接続を示しているが、個別部品のそれぞれは、長い相互接続用リード線を有し、多様な個別部品が一緒に、密閉された本体の共通キャビティ７３を占有している。
【００２１】
好ましくは、アセンブリは、永久的にシーリングされて、スクリューアダプタ６５のネジ式連結部のそれぞれは、ネジ式付着を介してさらに固定されて、繰り返されるサージ衝撃に対する最大限の抵抗を提供する。あるいは、異なる回路部分の隔離は、過大な及び／または多重のサージ発生によって主に損傷されるおそれのある素子のフィールド交換（ｆｉｅｌｄ  ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を単純化した構成を可能とする。例えば、第１の短絡部３７及び第２の短絡部５１は、内部コンダクタ１５との接続から第１の短絡部３７及び／または第２の短絡部５１の所望の素子の除去及びネジ結合解除を許容するように、第１の端部キャップ４３、第２の端部キャップ６１、及び／またはカバー６３のそれぞれの除去を介して、アセンブリを取り囲んだ同軸ライン及び／または装備とのインライン接続からアセンブリを除去することなく、交換するように適用されることができる。
【００２２】
当業者であれば、同軸インラインアセンブリにおいて、内部コンダクタキャビティ３３内部の内部コンダクタインダクタ３５の革新的な隔離が、本実施形態に限定されないことが理解できる。また、本発明の単純化した実施形態では、第２の短絡部回路素子を省略したサージアレスタ等が適用可能である。他の実施形態において、このような構成は、異なる同軸インラインアセンブリの整列のために使用されることもあり得る。内部コンダクタ１５の各端部と直列に連結されて、内部コンダクタキャビティ３３内に挿入され、完全に密閉される他の電気部品、追加の部品及び／またはより複雑なプリント回路基板実装型回路、例えば、フィルタ回路が、内部コンダクタインダクタ３５の代わりとなるか、及び／または内部コンダクタインダクタ３５に加えて適用されることができる。
【００２３】
以上の記述において、公知の等価物を有する比率、整数、成分または測定基準が引用された場合、そのような等価物もそれぞれ、本明細書に説明されているように組み込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、実施形態の記載によって説明されており、それらの実施形態がかなり詳細に記載されているが、どのような場合であっても、添付の特許請求の範囲がそのような詳細な内容に制限されるか限定されることは、出願人の意図するところではない。更なる利点及び修正が、当業者には容易にできるはずである。したがって、より広いアスペクトにおいて、本発明は、開示された特定の詳細な内容、代表的な装置、方法及び例示に限定されるものではない。それにより、出願人の総括的な発明の概念の精神や範囲から逸脱することなく、本発明の詳細な説明から変形例を導き出すことができる。その上、当然のことながら、特許請求の範囲によって限定されるような本発明の範囲または精神から逸脱することなく、改善及び／または修正が行われることも可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  精密アレスタ
５  本体
７  ボア
９  第１の接続インターフェース
１１  第２の接続インターフェース
１５  内部コンダクタ
１７  サージ部
１９  保護部
２１  絶縁体
２３  誘電体スペーサ
２５  キャパシタ面
２７  サージ端部
２９  保護端部
３１  内部コンダクタキャパシタ
３３  内部コンダクタキャビティ
３５  内部コンダクタインダクタ
３７  第１の短絡部
３９  第１のインダクタ
４１  ガス吐出管
４３  第１の端部キャップ
４５  ＲＦ短絡スタブ
４７  ＲＦ接地キャパシタンス
４９  スリーブ誘電体
５１  第２の短絡部
５３  第２のインダクタ
５５  ＲＦ接地キャパシタ
５７  過渡電圧抑制ダイオード
５９  プリント回路基板
６１  第２の端部キャップ
６３  カバー
６５  スクリューアダプタ
６７  終止ラグ
６９  終止ポート
７１  ネジ式ボア
７３  共通キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009181958.tif 000009
【図８】
2009181958.tif 000010
【図９】
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