避雷装置
【課題】 フィルタと避雷器とを個別に設置することを不要にし、しかも、外部環境による影響を受けにくい避雷装置を提供する。
【解決手段】 空中線に接続されている給電線１Ｂであり、かつ、周波数ｆｐの高周波信号に対して周波数ｆｒ（ｆｐ＞ｆｒ）の不要な高周波信号が流れる給電線１Ｂに接続される避雷装置であって、一端が短絡されて接地されると共に他端が給電線１Ｂに接続され、周波数ｆｐの高周波信号に対して接続点Ａでのインピーダンスを無限大にするために、周波数ｆｐの高周波信号の波長λｐを基に長さが設定された基本スタブ１１と、基本スタブ１１に分岐して接続されると共に周波数ｆｒの不要な高周波信号に対して接続点Ａでのインピーダンスをゼロにするために、長さが設定された補正スタブ１２とを備える。
【解決手段】 空中線に接続されている給電線１Ｂであり、かつ、周波数ｆｐの高周波信号に対して周波数ｆｒ（ｆｐ＞ｆｒ）の不要な高周波信号が流れる給電線１Ｂに接続される避雷装置であって、一端が短絡されて接地されると共に他端が給電線１Ｂに接続され、周波数ｆｐの高周波信号に対して接続点Ａでのインピーダンスを無限大にするために、周波数ｆｐの高周波信号の波長λｐを基に長さが設定された基本スタブ１１と、基本スタブ１１に分岐して接続されると共に周波数ｆｒの不要な高周波信号に対して接続点Ａでのインピーダンスをゼロにするために、長さが設定された補正スタブ１２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、落雷による影響から送信設備や受信設備を保護する避雷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＨＦ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯やＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の無線を利用する事業部門、例えば電力会社の配電部門や営業部門で使用される営配用無線の送信設備および受信設備のような無線設備では、見晴らしの良い山頂などに送信機および受信機などの無線機が設置されている。これにより、広範囲の通信が可能である。
【０００３】
しかし、無線機が山頂などに設置されているために、雷の影響を受ける。つまり、無線機の空中線に金属柱を用いるので、落雷の可能性がある。雷の影響を防ぐために、通常、空中線の近傍に避雷針が設置されている。これにより、空中線に対する落雷を防ぐことができる。しかし、避雷針に落雷があると、雷による強い電流が流れ、空中線や空中線に接続されている給電線には誘導電流が流れる。この誘導電流は、給電線が接続されている無線設備に悪影響を及ぼす。この誘導電流の影響を軽減するために、給電線には各種の避雷器が設けられている（引用文献１〜引用文献６参照）。これらの避雷器は、同軸ケーブルの内部導体に対して、高周波信号の通過を阻止すると共に一端が接地されているコイルの他端を接続する構成である。雷による誘導電流は直流に近いので、コイルは内部導体に流れる誘導電流をアース側に流す。
【０００４】
こうした方式の他にも、避雷器には、同軸ケーブルの内部導体と外部導体とを一端側で短絡して接地し、空中線近傍の給電線経路に他端を並列接続するものがある（引用文献７参照）。つまり、同軸ケーブルにより避雷器を形成する。この方式では、同軸ケーブルである高周波伝送路を高周波信号の波長の１／４の長さにし、その一端側の内部導体と外部導体とを電気的に短絡した場合に、短絡していない側の高周波伝送路端から見た、高周波信号の周波数におけるインピーダンスが無限大となり、直流抵抗が実質的にゼロである、という特性を利用している。給電線を直流的に接地状態にすることで、雷の誘導電流による被害が軽減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２３００４７号公報
【特許文献２】特開２００３−２０８９６２号公報
【特許文献３】特開２００３−２０９００３号公報
【特許文献４】特開２００３−２１７９０７号公報
【特許文献５】特開２００３−２２９２２９号公報
【特許文献６】特開２００６−２９６１６３号公報
【特許文献７】実願平６−１６８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば送信設備では、送信される高周波信号に対して高調波が発生するが、この高調波の強度は電波法で規制されている。一方、受信設備では、受信を目的としない高周波信号が空中線によって受信されるが、この信号が受信機に入力される前に、この信号を排除することが望ましい。このために、無線設備の空中線回路には、高調波の抑制や目的外の高周波信号を排除するために、つまり、不要な周波数の高周波信号（以下、「不要信号」という）を除去するために、フィルタが適所に挿入されている。
【０００７】
しかし、先に述べたように、無線設備の空中線側には避雷器が設置されているので、不要信号を除去するフィルタを設けることは、設備のコストアップにつながる。また、不要な周波数を除去するフィルタは一般的にコイルやコンデンサなどの集中定数回路で構成される。しかし、山頂などに設置されている無線設備は季節による寒暖の影響を受けるので、コイルやコンデンサなどのような金属素子は温度によって伸縮する。これにより、集中定数回路に用いられている金属素子の電気的な特性が変化し、フィルタの特性も変化してしまう。つまり、気象等の外部環境による影響を受けやすい野外に設置されている空中線の近傍に対して、フィルタなどを設置することは適切ではない。
【０００８】
この発明の目的は、前記の課題を解決し、フィルタと避雷器とを個別に設置することを不要にし、しかも、外部環境による影響を受けにくい避雷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、空中線に接続されている給電線であり、かつ、所定の高周波信号に対して低い周波数の不要な高周波信号が流れる給電線に接続される避雷装置であって、一端が短絡されて接地されると共に他端が前記給電線に接続され、前記所定の高周波信号に対して接続点でのインピーダンスを無限大にするために、前記所定の高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路と、前記第１の分布定数線路に分岐して接続されると共に前記不要な高周波信号に対して前記接続点でのインピーダンスをゼロにするために、長さが設定された第２の分布定数線路と、を備えることを特徴とする避雷装置である。
【００１０】
請求項１の発明では、不要な高周波信号の周波数が所定の高周波信号に比べて低い場合を対象とし、所定の高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路に対して、不要な高周波信号について接続点でのインピーダンスをゼロにするために、長さが調節された第２の分布定数線路が設けられている。
【００１１】
請求項２の発明は、空中線に接続されている給電線であり、かつ、所定の高周波信号に対して高い周波数の不要な高周波信号が流れる給電線に接続される避雷装置であって、前記給電線に接続され、前記給電線に流れる不要な高周波信号に対して接続点でのインピーダンスをゼロにするために、前記不要な高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路と、一端が短絡されて接地されると共に前記第１の分布定数線路に分岐して他端が接続され、前記所定の高周波信号に対して前記接続点でのインピーダンスを無限大にするために、長さが設定された第２の分布定数線路と、を備えることを特徴とする避雷装置である。
【００１２】
請求項２の発明では、不要な高周波信号の周波数が所定の高周波信号に比べて高い場合を対象とし、不要な高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路に対して、所定の高周波信号について接続点でのインピーダンスを無限大にするために、長さが設定された第２の分布定数線路が設けられている。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の複数の避雷装置を、給電線に対して所定の間隔をおいて直列に接続したことを特徴とする避雷装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、落雷等による直流的な電流に対しては、一端が短絡されている第１の分布定数線路により短絡状態になり、所定の高周波信号に対してはインピーダンスが無限大の状態になり、かつ、不要な高周波信号に対してはインピーダンスがゼロになる。これにより、避雷器の機能と、不要な高周波信号を減衰させるフィルタの機能とを併せ持たせることができる。また、この発明によれば、分布定数線路を用いて装置を構成するので、金属素子を用いる従来のフィルタに比べて外部環境の影響を受け難くすることができる。また、この発明によれば、第２の分布定数線路の長さを調節することにより、任意の周波数の信号を減衰させることが可能である。さらに、この発明によれば、所定の高周波信号の短い波長を基に第１の分布定数線路を形成するので、装置の小型化が可能である。
【００１５】
請求項２の発明によれば、直流的な電流に対しては、先端が短絡されている第２の分布定数線路により短絡状態になり、所定の高周波信号に対してはインピーダンスが無限大の状態になり、かつ、不要な高周波信号に対してはインピーダンスがゼロになる。これにより、避雷器の機能と、不要な高周波信号を減衰させるフィルタの機能とを併せ持たせることができる。また、この発明によれば、請求項１の発明と同様に、外部環境の影響を受け難くすることができ、任意の周波数の信号を減衰させることが可能である。さらに、この発明によれば、不要な高周波信号の短い波長を基に第１の分布定数線路を形成するので、装置の小型化が可能である。
【００１６】
請求項３の発明によれば、複数の避雷装置を縦続接続することにより、減衰量を増やすことができる。また、異なる周波数の高周波信号を減衰するように避雷装置を構成すれば、複数の周波数の高周波信号を減衰することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１による避雷装置と、この避雷装置が適用されている送信設備とを示す構成図である。
【図２】実施の形態１による避雷装置を示す構成図である。
【図３】実施の形態１による避雷装置を説明するための説明図である。
【図４】スミスチャートを用いてスタブの長さを求める基本的な方法を説明する図であり、図４（ａ）は短絡点から中途分岐部までのリアクタンスを求めるための説明図、図４（ｂ）はスタブの長さを求めるための説明図である。
【図５】スミスチャートを用いてスタブの長さを求める方法を説明する図であり、図５（ａ）は短絡点から中途分岐部までのリアクタンスを求めるための説明図、図５（ｂ）は給電線の接続部までのリアクタンスを求めるための説明図、図５（ｃ）はスタブの長さを求めるための説明図である。
【図６】避雷装置の周波数特性を示す図である。
【図７】実施の形態２による避雷装置を説明する説明図である。
【図８】スミスチャートを用いてスタブの長さを求める基本的な方法を説明する図であり、図８（ａ）は短絡点から中途分岐部までのリアクタンスを求めるための説明図、図８（ｂ）はスタブの長さを求めるための説明図である。
【図９】スミスチャートを用いてスタブの長さを求める方法を説明する図であり、図９（ａ）は短絡点から中途分岐部までのリアクタンスを求めるための説明図、図９（ｂ）は給電線の接続部までのリアクタンスを求めるための説明図、図９（ｃ）はスタブの長さを求めるための説明図である。
【図１０】実施の形態３を基にした送信設備を示す構成図である。
【図１１】実施の形態４を説明するための伝送路を示す図である。
【図１２】基本スタブと補正スタブとを説明するための図である。
【図１３】具体例１の基本スタブと補正スタブとを説明するための図である。
【図１４】具体例２の基本スタブと補正スタブとを説明するための図である。
【図１５】具体例３の基本スタブと補正スタブとを説明するための図である。
【図１６】具体例３の基本スタブと補正スタブとの、他の例を説明するための図である。
【図１７】具体例４の基本スタブと補正スタブとを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。各実施の形態では、送信設備に対してこの発明を適用した場合を例としている。
【００１９】
（実施の形態１）
この実施の形態による避雷装置と、この避雷装置が適用されている送信設備とを図１に示す。図１の送信設備は送信機１Ａ、２Ａを備えている。送信機１Ａ、２Ａは、給電線１Ｂ、２Ｂによって空中線１Ｃ、２Ｃにそれぞれ接続されている。給電線１Ｂ、２Ｂは送信機１Ａ、２Ａからの高周波信号を流すための同軸ケーブル（分布定数線路）である。空中線１Ｃ、２Ｃは設置柱３に対して離れて設置されている。空中線１Ｃ、２Ｃは給電線１Ｂ、２Ｂを流れて来る高周波信号を、電波で空中に放出する。また、設置柱３には、空中線１Ｃ、２Ｃを落雷から保護するために避雷針４が設置され、避雷針４は接地線５によって接地されている。これにより、避雷針４に落雷があると、雷による強電流は接地線５を経て大地に流れる。
【００２０】
送信機１Ａは、例えば営配用無線に用いられるものであり、送信機１Ａの高周波信号の周波数をｆｐ（波長λｐ）とする。また、送信機２Ａは、例えば工務用無線に用いられるものであり、送信機２Ａの高周波信号の周波数をｆｒ（波長λｒ）とする。そして、この実施の形態では、
ｆｐ＞ｆｒ
である。
【００２１】
こうした送信設備の給電線１Ｂ、２Ｂには、この実施の形態による避雷装置１０、２０がそれぞれ接続されている。避雷装置２０は避雷装置１０と同じであるので、以下では避雷装置１０について説明し、避雷装置２０の説明を省略する。
【００２２】
避雷装置１０は、図２に示すように、給電線１Ｂに対して並列に接続されている。避雷装置１０は、基本スタブ１１および補正スタブ１２と、アダプタ１３、１４と、プラグ１５と、接地端子１６とを備えている。アダプタ１３はＴ字状をした分岐用の部品である。アダプタ１３の３つの端部にはジャックが設けられ、各ジャックにはプラグ１５がそれぞれ取り付け可能である。これらのアダプタ１３、１４とプラグ１５とにより、基本スタブ１１および補正スタブ１２が接続される。
【００２３】
基本スタブ１１は所定長の同軸ケーブルである。基本スタブ１１の一端は、アダプタ１３とプラグ１５とにより、給電線１Ｂの途中の接続点Ａ（破線円で示す）で、給電線１Ｂに接続されている。つまり、基本スタブ１１の内部導体が給電線１Ｂの内部導体に接続され、基本スタブ１１の外部導体が給電線１Ｂの外部導体に接続されている。これにより、基本スタブ１１が給電線１Ｂに対して接続点Ａで並列に接続されている。基本スタブ１１の他端は、接地端子１６により、内部導体と外部導体とが短絡されて接地されている。
【００２４】
基本スタブ１１には次の作用がある。図３に示すように、長さＬ１の基本スタブ１１は周波数ｆｐの３／４波長の伝送路である。なお、図３では図示の簡略化のために、給電線１Ｂと基本スタブ１１および補正スタブ１２とを平行２線で示している。周波数ｆｐの３／４波長の基本スタブ１１を給電線１Ｂに接続すると、周波数ｆｐの高周波信号に対しては、給電線１Ｂの接続点Ａから見た基本スタブ１１のインピーダンスが無限大になり、送信機１Ａからの周波数ｆｐの高周波信号が基本スタブ１１に流れることを防いでいる。つまり、周波数ｆｐは給電線１Ｂのみを通過させる通過周波数である。一方、給電線１Ｂに流れる誘導電流は直流的な電流であるので、他端が接地されている基本スタブ１１が誘導電流を大地に流し、誘導電流が送信機１Ａに流れることを防いでいる。つまり、避雷針４に落雷があり、強電流が接地線５に流れたときに、給電線１Ｂに発生する誘導電流を基本スタブ１１が大地に流して、この誘導電流が給電線１Ｂを通過することを防ぎ、送信機１Ａを保護している。
【００２５】
こうした基本スタブ１１の長さＬ１は次のようにして得られる。接続点Ａから分岐点Ｂまでの長さをＬ１１とし、短絡されている他端から分岐点Ｂまでの長さをＬ１２とする。長さＬ１１の基本スタブ１１は周波数ｆｐの１／４波長であるので、長さＬ１１は、
【数１】
によって得られる。なお、値ｖｐは使用する伝送路の速度係数であり、伝送路中の伝播速度と光速との比である。一方、長さＬ１２の基本スタブ１１は周波数ｆｐの１／２波長であるので、長さＬ１２は、
【数２】
によって得られる。このように算出した長さＬ１１とＬ１２との和により基本スタブ１１の長さＬ１を算出する。
【００２６】
補正スタブ１２は基本スタブ１１に接続されている同軸ケーブルである。補正スタブ１２の一端は、アダプタ１４とプラグ１５とにより、分岐点Ｂ（破線円で示す）で基本スタブ１１に接続されている。このとき、補正スタブ１２の一端は、波長λｐの１／４だけ接続点Ａから離れた長さＬ１１の位置にあると共に基本スタブ１１の短絡点から長さＬ１２の位置にある。分岐点Ｂでは補正スタブ１２の内部導体が基本スタブ１１の内部導体に接続され、補正スタブ１２の外部導体が基本スタブ１１の外部導体に接続されて、補正スタブ１２が基本スタブ１１から分岐されている。補正スタブ１２の他端は開放されている。
【００２７】
補正スタブ１２には次の作用がある。先に述べたように、設置柱３には空中線１Ｃ、２Ｃが併設されている。したがって、空中線２Ｃからの電波を空中線１Ｃが受信することで、給電線１Ｂに流れる周波数ｆｒの高周波信号は、送信機１Ａに対しては不要信号になる。そこで、補正スタブ１２のインピーダンスを利用して不要信号を除去し、周波数ｆｒの高周波信号が給電線１Ｂを通過することを防いでいる。このために、先の図３に示す接続点Ａにおいて、周波数ｆｒに対してインピーダンスをゼロにすれば、給電線１Ｂでは周波数ｆｒの高周波信号が短絡状態になり、この信号の伝送を阻止することができる。そこで、長さがＬ２である補正スタブ１２を利用して、阻止周波数である周波数ｆｒにおいて接続点Ａから基本スタブ１１側を見たインピーダンスがゼロになるようにしている。
【００２８】
このために、補正スタブ１２の長さは次のように設定されている。接続点Ａから基本スタブ１１の分岐点Ｂまでの周波数ｆｒにおける正規化された波長ＮＷ１１は、
【数３】
により得られる。同様に、基本スタブ１１の短絡点から分岐点Ｂまでの周波数ｆｒにおける正規化された波長ＮＷ１２は、
【数４】
により得られる。
【００２９】
この後、スミスチャートを用いて、図４（ａ）に示すように、分岐点Ｂにおける正規化波長ＮＷ１１、ＮＷ１２のそれぞれの正規化されたリアクタンスＸ１１、Ｘ１２を求める。分岐点Ｂにおいては、正規化リアクタンスＸ１１と正規化リアクタンスＸ１２とが並列に接続されているので、これらの合成正規化リアクタンスＣＸ１は、
【数５】
により得られる。この合成正規化リアクタンスＣＸ１の逆符号の正規化リアクタンスである、
【数６】
を、補正スタブ１２により分岐点Ｂに提供すれば、接続点Ａにおける整合がとれることになる。このために、図４（ｂ）に示すように、スミスチャートを用いて、正規化リアクタンスＸ２を与える正規化波長ＮＷ２を読み取る。そして、補正スタブ１２の長さＬ２を、
【数７】
により算出する。
【００３０】
具体的には、送信機１Ａの高周波信号の周波数ｆｐが３７０ＭＨｚであり、送信機２Ａの高周波信号の周波数ｆｒが１５０ＭＨｚであるとする。まず、基本スタブ１１の短絡点から中途分岐部（分岐点Ｂ）までの、１５０ＭＨｚに対する正規化リアクタンスを求める。基本スタブ１１の他端の短絡点から中途分岐部（分岐点Ｂ）までの波長はλｐ／２である。正規化リアクタンスを求めるために、図５（ａ）に示すように、信号源への波長を表すライン１０１Ａのゼロ点を基点として、
０．５λ×（１５０／３７０）＝０．２０２７λ
で算出される点と、チャートの中心とを直線１０２で結ぶ。この後、抵抗成分がゼロであるときのインピーダンスを表す円１０３と、直線１０２とが交差する点での、正規化リアクタンスの値ｊ３．３を得る。なお、値λは通過周波数ｆｐおよび阻止周波数ｆｒの中で高い方の周波数の波長であり、この実施の形態では波長λｐである。
【００３１】
次に、給電線１Ｂと基本スタブ１１との接続部（接続点Ａ）において、１５０ＭＨｚの高周波信号に対して、インピーダンスがゼロとなるための、接続部（接続点Ａ）から中途分岐部（分岐点Ｂ）までの正規化リアクタンスを求める。基本スタブ１１の接続部（接続点Ａ）から中途分岐部（分岐点Ｂ）までの波長はλｐ／４である。正規化リアクタンスを求めるために、図５（ｂ）に示すように、信号源への波長を表すライン１０１Ａのゼロ点を基点として、
０．２５λ×（１５０／３７０）＝０．１０１４λ
で算出される点と、チャートの中心とを直線１０４で結ぶ。この後、抵抗成分がゼロであるときのインピーダンスを表す円１０３と、直線１０４とが交差する点での、正規化リアクタンスの値ｊ０．７４を得る。
【００３２】
次に、１５０ＭＨｚに対する先に算出した正規化リアクタンスｊ３．３と正規化リアクタンスｊ０．７４とが並列接続の関係になるので、このときの合成正規化リアクタンスの値は、
３．３×０．７４／（３．３＋０．７４）＝０．６０４
で算出される値から、ｊ０．６０４になる。
【００３３】
算出した合成正規化リアクタンスに対して逆符号の正規化リアクタンスは、図５（ｃ）に示すように、−ｊ０．６０４０である。そして、この逆符号の正規化リアクタンス−ｊ０．６０４０を与える、先端が開放された補正スタブ１２の回路長は、負荷側への正規化波長を表すライン１０１Ｂにより、
０．２５−０．８７＝０．１６３
の値から、０．１６３λである。
【００３４】
この後、正規化波長０．１６３λにより、補正スタブ１２の長さを算出する。
【００３５】
こうして算出された長さの補正スタブ１２が分岐点Ｂで基本スタブ１１に接続されると、基本スタブ１１による長さＬ１１と、基本スタブ１１による長さＬ１２によって生じる合成リアクタンスと同じ値で、逆符号のリアクタンスを補正スタブ１２が与えるので、周波数ｆｒが１５０ＭＨｚである高周波信号に対しては、接続点Ａにおいて基本スタブ１１側のインピーダンスがゼロになる。
【００３６】
次に、この実施の形態の動作について説明する。営配用無線については、送信機１Ａからの、周波数がｆｐである高周波信号により、空中線１Ｃから電波が出力される。このとき、周波数ｆｐの高周波信号に対して、避雷装置１０の接続点Ａから基本スタブ１１側を見たインピーダンスが無限大であるので、避雷装置１０が周波数ｆｐの高周波信号に影響を与えることがない。
【００３７】
一方、工務用無線については、送信機２Ａからの、周波数がｆｒである高周波信号により、空中線２Ｃから電波が出力される。このとき、空中線１Ｃは空中線２Ｃからの電波を受信して、周波数がｆｒの高周波信号つまり不要信号を給電線１Ｂに流す。避雷装置１０の接続点Ａにおいては、補正スタブ１２が分岐点Ｂで基本スタブ１１に接続されているので、基本スタブ１１側のインピーダンスがゼロである。これにより、避雷装置１０は、周波数をｆｒの不要信号を基本スタブ１１側に流し、この信号が送信機１Ａに流れ込むことを防いでいる。
【００３８】
また、避雷針４に落雷があると、接地線５により強電流が大地に流れるが、このとき、給電線１Ｂにも誘導電流が流れる。給電線１Ｂに流れる誘導電流は直流的な電流であるので、避雷装置１０において他端が接地されている基本スタブ１１が誘導電流を大地に流し、避雷装置１０は、送信機１Ａに誘導電流が流れることを防いでいる。
【００３９】
このように、この実施の形態によれば、落雷による直流的な誘導電流に対しては短絡状態になり、周波数ｆｐの高周波信号に対してはインピーダンスが無限大の状態になり、かつ、周波数ｆｒの不要信号に対してはインピーダンスがゼロになるので、避雷器の機能と、高周波の不要信号を減衰させるフィルタの機能とを併せ持たせることができる。また、この実施の形態によれば、分布定数線路である基本スタブ１１と補正スタブ１２とで避雷装置１０、２０を主に構成するので、金属素子を用いる従来のフィルタに比べて外部環境の影響を受け難くすることができる。また、この実施の形態によれば、避雷装置１０、２０の補正スタブ１２の長さを調節することにより、任意の周波数の不要信号を減衰させることが可能である。さらに、この実施の形態によれば、送信機１Ａの高周波信号の周波数をｆｐと、送信機２Ａの高周波信号の周波数をｆｒとがｆｐ＞ｆｒの関係にある場合、波長はλｐ＜λｒであるので、最短の伝送路長で避雷装置１０、２０を構成することができ、装置の小型化が可能である。
【００４０】
なお、高周波信号が、
ｆｐ＝１６０ＭＨｚ
ｆｒ＝６０ＭＨｚ
である場合の、避雷装置１０の周波数特性を図６に示す。図６に示すように、６０ＭＨｚでの減衰量がほぼ３０ｄｂであり、１６０ＭＨｚでの減衰量がほぼゼロである。この実測データからも、この実施の形態による避雷装置１０、２０がフィルタとしての機能を持つことが示されている。
【００４１】
また、この実施の形態では基本スタブ１１が短絡されているが、この実施の形態による、基本スタブ１１および補正スタブ１２の長さの算出手法により、基本スタブ１１と補正スタブ１２の両方が短絡されている避雷装置１０や、基本スタブ１１が開放されていると共に補正スタブ１２が短絡されている避雷装置１０も可能である。
【００４２】
（実施の形態２）
実施の形態１では、図７に示すように、送信機１Ａの高周波信号の周波数をｆｐと、送信機２Ａの高周波信号の周波数をｆｒとが、
ｆｐ＞ｆｒ
の関係にあったが、この実施の形態では、
ｆｐ＜ｆｒ
の関係にある場合について説明する。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この実施の形態では、実施の形態１の基本スタブ１１と補正スタブ１２の代わりに、基本スタブ２１と補正スタブ２２とを備えている。
【００４３】
基本スタブ２１は、基本スタブ１１と同様の同軸ケーブルであり、長さＬ５である。基本スタブ２１は、周波数ｆｐの３／４波長の伝送路であり、基本スタブ２１の一端は接続点Ｅで給電線１Ｂに接続され、他端は開放されている。基本スタブ２１には次の作用がある。他端が開放されている基本スタブ２１により、周波数ｆｒの高周波信号に対して、給電線１Ｂの接続点Ｅから見た基本スタブ２１のインピーダンスがゼロになる。つまり、避雷装置１０は、空中線１Ｃが受信して給電線１Ｂを流れる、周波数ｆｒの高周波信号を基本スタブ２１に流して、この高周波信号が給電線１Ｂを通過すること、つまり、この高周波信号が送信機１Ａに流れることを防いでいる。
【００４４】
こうした基本スタブ２１の長さＬ５は次のようにして得られる。接続点Ｅから分岐点Ｆまでの長さをＬ５１とし、開放されている他端から分岐点Ｆまでの長さをＬ５２とする。長さＬ５１の基本スタブ２１は周波数ｆｒの１／２波長であるので、長さＬ５１は、
【数８】
によって得られる。一方、長さＬ５２の基本スタブ２１は周波数ｆｒの１／４波長であるので、長さＬ５２は、
【数９】
によって得られる。このように算出した長さＬ５１とＬ５２との和により基本スタブ２１の長さＬ５を算出する。
【００４５】
補正スタブ２２は、実施の形態１の補正スタブ１２と同様の同軸ケーブルである。補正スタブ２２の一端は、分岐点Ｆで基本スタブ２１に接続されている。このとき、補正スタブ２２の一端は、波長λｒの１／２だけ接続点Ｅから離れた長さＬ５１の位置にあると共に基本スタブ２１の短絡点から長さＬ５２の位置にある。補正スタブ２２の他端は実施の形態１の基本スタブ１１の他端と同様に接地されている。これにより、補正スタブ２２は、雷による誘導電流を大地に流し、誘導電流が送信機１Ａに流れることを防いでいる。
【００４６】
補正スタブ２２には次の作用がある。先に述べたように、給電線１Ｂに流れる周波数ｆｒの高周波信号は送信機１Ａに対しては不要信号であるが、通過周波数ｆｐの高周波信号は必要な信号である。そこで、補正スタブ２２のインピーダンスを利用して、先の図７に示す接続点Ｅにおいて、周波数ｆｐに対してインピーダンスを無限大にすれば、給電線１Ｂでは周波数ｆｐの高周波信号が影響を受けないことになる。そこで、長さがＬ６である補正スタブ２２を利用して、周波数ｆｐにおいて接続点Ｅから基本スタブ２１側を見たインピーダンスが無限大になるようにしている。
【００４７】
このために、補正スタブ２２の長さは次のように設定されている。接続点Ｅから基本スタブ２１の分岐点Ｆまでの周波数ｆｐにおける正規化波長ＮＷ５１は、
【数１０】
により得られる。同様に、スタブ５１の開放端から分岐点Ｆまでの周波数ｆｐにおける正規化された波長ＮＷ５２は、
【数１１】
により得られる。
【００４８】
この後、スミスチャートを用いて、図８（ａ）に示すように、分岐点Ｆにおける正規化波長ＮＷ５１、ＮＷ５２のそれぞれの正規化されたリアクタンスＸ５１、Ｘ５２を求める。分岐点Ｆにおいては、正規化リアクタンスＸ５１と正規化リアクタンスＸ５２とが並列に接続されているので、これらの合成正規化リアクタンスＣＸ５は、
【数１２】
により得られる。この合成正規化リアクタンスＣＸ５の逆符号の正規化リアクタンスである、
【数１３】
を、補正スタブ２２により分岐点Ｆに提供すれば、接続点Ｅにおける整合がとれることになる。このために、図８（ｂ）に示すように、スミスチャートを用いて、正規化リアクタンスＸ６を与える正規化波長ＮＷ６を読み取る。そして、補正スタブ２２の長さＬ６を、
【数１４】
により算出する。
【００４９】
具体的には、送信機１Ａの高周波信号の周波数ｆｐが１５０ＭＨｚであり、送信機２Ａの高周波信号の周波数ｆｒが３７０ＭＨｚであるとする。まず、基本スタブ２１の開放点から中途分岐部（分岐点Ｂ）までの、１５０ＭＨｚに対する正規化リアクタンスを求める。基本スタブ２１の他端の短絡点から中途分岐部（分岐点Ｆ）までの波長はλｒ／４である。リアクタンスを求めるために、図９（ａ）に示すように、信号源への波長を表すライン１０１Ａの値２．５の点を基点として、
０．２５λ×（１５０／３７０）＝０．１０１４λ
で算出される位置だけ離れた点と、チャートの中心とを直線２０１で結ぶ。この後、抵抗成分がゼロであるときのインピーダンスを表す円１０３と、直線２０１とが交差する点での、正規化リアクタンスの値−ｊ１．３６を得る。なお、値λは波長λｒである。
【００５０】
次に、給電線１Ｂと基本スタブ２１との接続部（接続点Ｅ）において、１５０ＭＨｚの高周波信号に対して、インピーダンスが無限大となるための、接続部（接続点Ｅ）から中途分岐部（分岐点Ｆ）までのリアクタンスを求める。基本スタブ２１の接続部（接続点Ｅ）から中途分岐部（分岐点Ｆ）までの波長はλｒ／２である。図９（ｂ）に示すように、信号源への正規化波長を表すライン１０１Ａの値２．５の点を基点として、
０．５λ×（１５０／３７０）＝０．２０２７λ
で算出される位置だけ離れた点と、チャートの中心とを直線２０２で結ぶ。この後、抵抗成分がゼロであるときのインピーダンスを表す円１０３と、直線２０２とが交差する点での、正規化リアクタンスの値−ｊ０．３０５を得る。
【００５１】
次に、１５０ＭＨｚに対する先に算出した正規化リアクタンス−ｊ１．３６と正規化リアクタンス−ｊ０．３０５とが並列接続の関係になるので、このときの合成正規化リアクタンスの値は、
（−１．３６）×（−０．３０５）／（（−１．３６）＋（−０．３０５））
＝−０．２４９
で算出される値から、−ｊ０．２４９になる。
【００５２】
算出した合成正規化リアクタンスに対して逆符号の正規化リアクタンスは、図９（ｃ）に示すように、ｊ０．２４９である。そして、この逆符号の正規化リアクタンスｊ０．２４９を与える、先端が短絡された補正スタブ２２の回路長は、電源側への波長を表すライン１０１Ａにより、０．０３８λである。
【００５３】
この後、正規化波長０．０３８λにより、補正スタブ２２の長さＬ６を算出する。
【００５４】
こうして算出された長さの補正スタブ２２が分岐点Ｆで基本スタブ２１に接続されると、基本スタブ２１による長さＬ５１と、補正スタブ２２による長さＬ５２とによって生じる合成正規化リアクタンスと同じ値で、逆符号の正規化リアクタンスを補正スタブ２２が与えるので、周波数ｆｐの高周波信号に対しては、接続点Ｅにおいて基本スタブ２１側のインピーダンスが無限大になる。
【００５５】
この実施の形態により、実施の形態１と同様に避雷器の機能と、不要な高周波信号を減衰させるフィルタの機能とを併せ持たせることができる。また、この実施の形態によれば、送信機１Ａの高周波信号の周波数をｆｐと、送信機２Ａの高周波信号の周波数をｆｒとが、ｆｐ＜ｆｒの関係にある場合、λｐ＞λｒであるので、最短の伝送路長で避雷装置１０を構成することができ、装置の小型化が可能である。
【００５６】
（実施の形態３）
この実施の形態を基にした送信設備を図１０に示す。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。図１０の送信設備では、実施の形態１または実施の形態２による複数の避雷装置１０、２０を、給電線１Ｂ、２Ｂに対してｆｒの１／４波長の間隔あるいはその奇数倍の間隔で直列に接続する。つまり、この実施の形態では、避雷装置が複数の避雷装置１０、２０によって構成される。
【００５７】
このように、複数の避雷装置１０、２０を縦続接続することにより、減衰量を増やすことができる。また、異なる周波数の高周波信号を減衰するように避雷装置１０、２０を構成すれば、この実施の形態により、不要な複数の周波数の高周波信号を減衰することができる。
【００５８】
（実施の形態４）
先に述べた実施の形態１〜実施の形態３では、補正スタブ１２、２２の長さＬ２、Ｌ６を求める際にスミスチャートを利用したが、この実施の形態では三角関数を利用して長さＬ２、Ｌ６を求める。
【００５９】
一般的な伝送路であり例えば図１１に示す伝送路では、インピーダンスは次のとおりである。
【数１５】
Ｚｓ：入力端におけるインピーダンス
Ｚ０：伝送路の特性インピーダンス
ＺＬ：負荷インピーダンス
Γｓ：入力端から伝送路を見た反射係数
γ：伝播定数（γ＝α＋ｊβ：αは減衰定数、βは位相定数）
ｄ：入力端から伝送路の終端までの線路長
以下では、伝送路が無損失である場合について説明する。伝送路が無損失である場合には伝播定数γにおいて減衰定数α＝０になることから、無損失伝送路のインピーダンスは次のとおりである。
【数１６】
この実施の形態では、先の実施の形態と同様に、使用するスタブは先端短絡と先端開放の２種類である。先端短絡の場合のインピーダンス（実際にはリアクタンス）は、
ＺＬ＝０
であるので、先の数１６式にこの条件を代入すると、
【数１７】
になる。ここで、
β＝２π／λ
であるので、インピーダンスは、
【数１８】
になる。
【００６０】
また、先端開放の場合のインピーダンスは、
ＺＬ＝∞
であるので、先の数１６式にこの条件を代入すると、
【数１９】
になる。
【００６１】
先の各実施の形態で述べたように設計基準周波数には、通過させる周波数ｆｐと、通過を阻止する周波数ｆｒの２つがある。これらの中で高い方の周波数（波長λ）に着目し、図１２に示すように、その３／４波長に相当する基本スタブを設ける。基本スタブの一端は接続点で給電線に接続され、他端である先端は短絡または開放されている。基本スタブの中途の位置に分岐点が設けられ、リアクタンスを補正するための補正スタブの一端が分岐点で基本スタブに対して並列に接続されている。補正スタブの他端である先端は短絡または開放されている。分岐点は１／４波長の位置または２／４波長の位置であり、周波数ｆｐと周波数ｆｒとの関係で分岐点が選択される。
【００６２】
次に、周波数ｆｐと周波数ｆｒとの関係による具体例について説明する。
＜具体例１＞
具体例１は、通過周波数ｆｐと阻止周波数ｆｒとが、
通過周波数ｆｐ＞阻止周波数ｆｒ×１．５
の関係にある場合である。
【００６３】
この具体例では、図１３に示すように、基本スタブは通過周波数ｆｐの３／４波長の長さとし、先端は短絡して接地する。そして、給電線の接続点から通過周波数ｆｐの１／４波長の位置が分岐点である。この分岐点には、長さｄの補正スタブが基本スタブに対して並列に接続されている。補正スタブの先端は開放する。
【００６４】
分岐点では、この分岐点から給電線側の線路つまり基本スタブの１／４波長の部分については、阻止周波数ｆｒに関して先端短絡の線路のインピーダンスＺ１が現れる。同様に、分岐点から短絡点側の線路つまり基本スタブの１／２波長の部分については、阻止周波数ｆｒに関して先端短絡の線路のインピーダンスＺ２が現れる。
【数２０】
インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２の並列合成インピーダンスは、
【数２１】
であり、この並列合成インピーダンスと逆符号のインピーダンスを補正スタブで作成し、分岐点に並列に接続すればよい。つまり、逆符号のインピーダンスは、
【数２２】
である。これより、
【数２３】
となり、補正スタブの長さｄを得ることができる。
＜具体例２＞
具体例２は、通過周波数ｆｐと阻止周波数ｆｒとが、
通過周波数ｆｐ＜阻止周波数ｆｒ×０．５
の関係にある場合である。
【００６５】
この具体例では、図１４に示すように、基本スタブは阻止周波数ｆｒの３／４波長の長さとし、先端は開放する。そして、給電線の接続点から阻止周波数ｆｒの１／２波長の位置が分岐点である。この分岐点には、長さｄの補正スタブが基本スタブに対して並列に接続されている。補正スタブの先端は短絡して接地する。
【００６６】
分岐点では、この分岐点から給電線側の線路つまり基本スタブの１／２波長の部分については、通過周波数ｆｐに関して先端開放の線路のインピーダンスＺ１が現れる。同様に、分岐点から開放点側の線路つまり基本スタブの１／４波長の部分については、通過周波数ｆｐに関して先端開放の線路のインピーダンスＺ２が現れる。
【数２４】
インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２の並列合成インピーダンスは、先の数２１式に示すとおりであり、この並列合成インピーダンスと逆符号のインピーダンスを補正スタブで作成し、分岐点に並列に接続すればよい。つまり、逆符号のインピーダンスは、
【数２５】
であり、
【数２６】
である。これより、
【数２７】
となり、補正スタブの長さｄを得ることができる。
＜具体例３＞
具体例３は、通過周波数ｆｐと阻止周波数ｆｒとが、
通過周波数ｆｐ（＝ｆｒ×１．５）＞阻止周波数ｆｒ
の関係にある場合である。
【００６７】
この具体例では、図１５に示すように、基本スタブは通過周波数ｆｐの３／４波長の長さとし、先端は短絡して接地する。そして、給電線の接続点から通過周波数ｆｐの１／４波長の位置が分岐点である。この分岐点には、長さｄの補正スタブが基本スタブに対して並列に接続されている。補正スタブの先端は短絡する。
【００６８】
分岐点では、この分岐点から給電線側の線路つまり基本スタブの１／４波長の部分については、阻止周波数ｆｒに関して先端短絡の線路のインピーダンスＺ１が現れる。同様に、分岐点から開放点側の線路つまり基本スタブの１／２波長の部分については、阻止周波数ｆｒに関して先端短絡の線路のインピーダンスＺ２が現れる。
【数２８】
インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２の並列合成インピーダンスは、先の数２１式に示すとおりであり、この並列合成インピーダンスと逆符号のインピーダンスを補正スタブで作成し、分岐点に並列に接続すればよい。つまり、逆符号のインピーダンスは、
【数２９】
であり、
【数３０】
である。これより、
【数３１】
となり、補正スタブの長さｄを得ることができる。
【００６９】
なお、具体例３では、図１６に示すように、先端開放の基本スタブにより、使用するスタブ長を短くして、装置を構成してもよい。
＜具体例４＞
具体例４は、通過周波数ｆｐと阻止周波数ｆｒとが、
通過周波数ｆｐ（＝ｆｒ×０．５）＜阻止周波数ｆｒ
の関係にある場合である。
【００７０】
この具体例では、図１７に示すように、基本スタブは阻止周波数ｆｒの３／４波長の長さとし、先端は開放する。そして、給電線の接続点から阻止周波数ｆｒの１／２波長の位置が分岐点である。この分岐点には、長さｄの補正スタブが基本スタブに対して並列に接続されている。補正スタブの先端は短絡して接地する。
【００７１】
分岐点では、この分岐点から給電線側の線路つまり基本スタブの１／２波長の部分については、通過周波数ｆｐに関して先端開放の線路のインピーダンスＺ１が現れる。同様に、分岐点から開放点側の線路つまり基本スタブの１／４波長の部分については、通過周波数ｆｐに関して先端開放の線路のインピーダンスＺ２が現れる。
【数３２】
インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２の並列合成インピーダンスは、先の数２１式に示すとおりであり、この並列合成インピーダンスと逆符号のインピーダンスを補正スタブで作成し、分岐点に並列に接続すればよい。なお、補正スタブの長さｄは、
ｄ＝ｄ１＋（ｆｐのλ／４）
である。そして、逆符号のインピーダンスは、
【数３３】
であり、
【数３４】
である。そして、
【数３５】
である。これより、
【数３６】
となり、補正スタブの長さｄを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
この発明は、無線の送信設備や受信設備に限らず、各種の高周波信号を扱う設備や回路に利用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１Ａ、２Ａ 送信機
１Ｂ、２Ｂ 給電線
１Ｃ、２Ｃ 空中線
１０、２０ 避雷装置
１１、２１ 基本スタブ（第１の分布定数線路）
１２、２２ 補正スタブ（第２の分布定数線路）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、落雷による影響から送信設備や受信設備を保護する避雷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＨＦ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯やＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の無線を利用する事業部門、例えば電力会社の配電部門や営業部門で使用される営配用無線の送信設備および受信設備のような無線設備では、見晴らしの良い山頂などに送信機および受信機などの無線機が設置されている。これにより、広範囲の通信が可能である。
【０００３】
しかし、無線機が山頂などに設置されているために、雷の影響を受ける。つまり、無線機の空中線に金属柱を用いるので、落雷の可能性がある。雷の影響を防ぐために、通常、空中線の近傍に避雷針が設置されている。これにより、空中線に対する落雷を防ぐことができる。しかし、避雷針に落雷があると、雷による強い電流が流れ、空中線や空中線に接続されている給電線には誘導電流が流れる。この誘導電流は、給電線が接続されている無線設備に悪影響を及ぼす。この誘導電流の影響を軽減するために、給電線には各種の避雷器が設けられている（引用文献１〜引用文献６参照）。これらの避雷器は、同軸ケーブルの内部導体に対して、高周波信号の通過を阻止すると共に一端が接地されているコイルの他端を接続する構成である。雷による誘導電流は直流に近いので、コイルは内部導体に流れる誘導電流をアース側に流す。
【０００４】
こうした方式の他にも、避雷器には、同軸ケーブルの内部導体と外部導体とを一端側で短絡して接地し、空中線近傍の給電線経路に他端を並列接続するものがある（引用文献７参照）。つまり、同軸ケーブルにより避雷器を形成する。この方式では、同軸ケーブルである高周波伝送路を高周波信号の波長の１／４の長さにし、その一端側の内部導体と外部導体とを電気的に短絡した場合に、短絡していない側の高周波伝送路端から見た、高周波信号の周波数におけるインピーダンスが無限大となり、直流抵抗が実質的にゼロである、という特性を利用している。給電線を直流的に接地状態にすることで、雷の誘導電流による被害が軽減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２３００４７号公報
【特許文献２】特開２００３−２０８９６２号公報
【特許文献３】特開２００３−２０９００３号公報
【特許文献４】特開２００３−２１７９０７号公報
【特許文献５】特開２００３−２２９２２９号公報
【特許文献６】特開２００６−２９６１６３号公報
【特許文献７】実願平６−１６８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば送信設備では、送信される高周波信号に対して高調波が発生するが、この高調波の強度は電波法で規制されている。一方、受信設備では、受信を目的としない高周波信号が空中線によって受信されるが、この信号が受信機に入力される前に、この信号を排除することが望ましい。このために、無線設備の空中線回路には、高調波の抑制や目的外の高周波信号を排除するために、つまり、不要な周波数の高周波信号（以下、「不要信号」という）を除去するために、フィルタが適所に挿入されている。
【０００７】
しかし、先に述べたように、無線設備の空中線側には避雷器が設置されているので、不要信号を除去するフィルタを設けることは、設備のコストアップにつながる。また、不要な周波数を除去するフィルタは一般的にコイルやコンデンサなどの集中定数回路で構成される。しかし、山頂などに設置されている無線設備は季節による寒暖の影響を受けるので、コイルやコンデンサなどのような金属素子は温度によって伸縮する。これにより、集中定数回路に用いられている金属素子の電気的な特性が変化し、フィルタの特性も変化してしまう。つまり、気象等の外部環境による影響を受けやすい野外に設置されている空中線の近傍に対して、フィルタなどを設置することは適切ではない。
【０００８】
この発明の目的は、前記の課題を解決し、フィルタと避雷器とを個別に設置することを不要にし、しかも、外部環境による影響を受けにくい避雷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、空中線に接続されている給電線であり、かつ、所定の高周波信号に対して低い周波数の不要な高周波信号が流れる給電線に接続される避雷装置であって、一端が短絡されて接地されると共に他端が前記給電線に接続され、前記所定の高周波信号に対して接続点でのインピーダンスを無限大にするために、前記所定の高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路と、前記第１の分布定数線路に分岐して接続されると共に前記不要な高周波信号に対して前記接続点でのインピーダンスをゼロにするために、長さが設定された第２の分布定数線路と、を備えることを特徴とする避雷装置である。
【００１０】
請求項１の発明では、不要な高周波信号の周波数が所定の高周波信号に比べて低い場合を対象とし、所定の高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路に対して、不要な高周波信号について接続点でのインピーダンスをゼロにするために、長さが調節された第２の分布定数線路が設けられている。
【００１１】
請求項２の発明は、空中線に接続されている給電線であり、かつ、所定の高周波信号に対して高い周波数の不要な高周波信号が流れる給電線に接続される避雷装置であって、前記給電線に接続され、前記給電線に流れる不要な高周波信号に対して接続点でのインピーダンスをゼロにするために、前記不要な高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路と、一端が短絡されて接地されると共に前記第１の分布定数線路に分岐して他端が接続され、前記所定の高周波信号に対して前記接続点でのインピーダンスを無限大にするために、長さが設定された第２の分布定数線路と、を備えることを特徴とする避雷装置である。
【００１２】
請求項２の発明では、不要な高周波信号の周波数が所定の高周波信号に比べて高い場合を対象とし、不要な高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路に対して、所定の高周波信号について接続点でのインピーダンスを無限大にするために、長さが設定された第２の分布定数線路が設けられている。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の複数の避雷装置を、給電線に対して所定の間隔をおいて直列に接続したことを特徴とする避雷装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、落雷等による直流的な電流に対しては、一端が短絡されている第１の分布定数線路により短絡状態になり、所定の高周波信号に対してはインピーダンスが無限大の状態になり、かつ、不要な高周波信号に対してはインピーダンスがゼロになる。これにより、避雷器の機能と、不要な高周波信号を減衰させるフィルタの機能とを併せ持たせることができる。また、この発明によれば、分布定数線路を用いて装置を構成するので、金属素子を用いる従来のフィルタに比べて外部環境の影響を受け難くすることができる。また、この発明によれば、第２の分布定数線路の長さを調節することにより、任意の周波数の信号を減衰させることが可能である。さらに、この発明によれば、所定の高周波信号の短い波長を基に第１の分布定数線路を形成するので、装置の小型化が可能である。
【００１５】
請求項２の発明によれば、直流的な電流に対しては、先端が短絡されている第２の分布定数線路により短絡状態になり、所定の高周波信号に対してはインピーダンスが無限大の状態になり、かつ、不要な高周波信号に対してはインピーダンスがゼロになる。これにより、避雷器の機能と、不要な高周波信号を減衰させるフィルタの機能とを併せ持たせることができる。また、この発明によれば、請求項１の発明と同様に、外部環境の影響を受け難くすることができ、任意の周波数の信号を減衰させることが可能である。さらに、この発明によれば、不要な高周波信号の短い波長を基に第１の分布定数線路を形成するので、装置の小型化が可能である。
【００１６】
請求項３の発明によれば、複数の避雷装置を縦続接続することにより、減衰量を増やすことができる。また、異なる周波数の高周波信号を減衰するように避雷装置を構成すれば、複数の周波数の高周波信号を減衰することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１による避雷装置と、この避雷装置が適用されている送信設備とを示す構成図である。
【図２】実施の形態１による避雷装置を示す構成図である。
【図３】実施の形態１による避雷装置を説明するための説明図である。
【図４】スミスチャートを用いてスタブの長さを求める基本的な方法を説明する図であり、図４（ａ）は短絡点から中途分岐部までのリアクタンスを求めるための説明図、図４（ｂ）はスタブの長さを求めるための説明図である。
【図５】スミスチャートを用いてスタブの長さを求める方法を説明する図であり、図５（ａ）は短絡点から中途分岐部までのリアクタンスを求めるための説明図、図５（ｂ）は給電線の接続部までのリアクタンスを求めるための説明図、図５（ｃ）はスタブの長さを求めるための説明図である。
【図６】避雷装置の周波数特性を示す図である。
【図７】実施の形態２による避雷装置を説明する説明図である。
【図８】スミスチャートを用いてスタブの長さを求める基本的な方法を説明する図であり、図８（ａ）は短絡点から中途分岐部までのリアクタンスを求めるための説明図、図８（ｂ）はスタブの長さを求めるための説明図である。
【図９】スミスチャートを用いてスタブの長さを求める方法を説明する図であり、図９（ａ）は短絡点から中途分岐部までのリアクタンスを求めるための説明図、図９（ｂ）は給電線の接続部までのリアクタンスを求めるための説明図、図９（ｃ）はスタブの長さを求めるための説明図である。
【図１０】実施の形態３を基にした送信設備を示す構成図である。
【図１１】実施の形態４を説明するための伝送路を示す図である。
【図１２】基本スタブと補正スタブとを説明するための図である。
【図１３】具体例１の基本スタブと補正スタブとを説明するための図である。
【図１４】具体例２の基本スタブと補正スタブとを説明するための図である。
【図１５】具体例３の基本スタブと補正スタブとを説明するための図である。
【図１６】具体例３の基本スタブと補正スタブとの、他の例を説明するための図である。
【図１７】具体例４の基本スタブと補正スタブとを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。各実施の形態では、送信設備に対してこの発明を適用した場合を例としている。
【００１９】
（実施の形態１）
この実施の形態による避雷装置と、この避雷装置が適用されている送信設備とを図１に示す。図１の送信設備は送信機１Ａ、２Ａを備えている。送信機１Ａ、２Ａは、給電線１Ｂ、２Ｂによって空中線１Ｃ、２Ｃにそれぞれ接続されている。給電線１Ｂ、２Ｂは送信機１Ａ、２Ａからの高周波信号を流すための同軸ケーブル（分布定数線路）である。空中線１Ｃ、２Ｃは設置柱３に対して離れて設置されている。空中線１Ｃ、２Ｃは給電線１Ｂ、２Ｂを流れて来る高周波信号を、電波で空中に放出する。また、設置柱３には、空中線１Ｃ、２Ｃを落雷から保護するために避雷針４が設置され、避雷針４は接地線５によって接地されている。これにより、避雷針４に落雷があると、雷による強電流は接地線５を経て大地に流れる。
【００２０】
送信機１Ａは、例えば営配用無線に用いられるものであり、送信機１Ａの高周波信号の周波数をｆｐ（波長λｐ）とする。また、送信機２Ａは、例えば工務用無線に用いられるものであり、送信機２Ａの高周波信号の周波数をｆｒ（波長λｒ）とする。そして、この実施の形態では、
ｆｐ＞ｆｒ
である。
【００２１】
こうした送信設備の給電線１Ｂ、２Ｂには、この実施の形態による避雷装置１０、２０がそれぞれ接続されている。避雷装置２０は避雷装置１０と同じであるので、以下では避雷装置１０について説明し、避雷装置２０の説明を省略する。
【００２２】
避雷装置１０は、図２に示すように、給電線１Ｂに対して並列に接続されている。避雷装置１０は、基本スタブ１１および補正スタブ１２と、アダプタ１３、１４と、プラグ１５と、接地端子１６とを備えている。アダプタ１３はＴ字状をした分岐用の部品である。アダプタ１３の３つの端部にはジャックが設けられ、各ジャックにはプラグ１５がそれぞれ取り付け可能である。これらのアダプタ１３、１４とプラグ１５とにより、基本スタブ１１および補正スタブ１２が接続される。
【００２３】
基本スタブ１１は所定長の同軸ケーブルである。基本スタブ１１の一端は、アダプタ１３とプラグ１５とにより、給電線１Ｂの途中の接続点Ａ（破線円で示す）で、給電線１Ｂに接続されている。つまり、基本スタブ１１の内部導体が給電線１Ｂの内部導体に接続され、基本スタブ１１の外部導体が給電線１Ｂの外部導体に接続されている。これにより、基本スタブ１１が給電線１Ｂに対して接続点Ａで並列に接続されている。基本スタブ１１の他端は、接地端子１６により、内部導体と外部導体とが短絡されて接地されている。
【００２４】
基本スタブ１１には次の作用がある。図３に示すように、長さＬ１の基本スタブ１１は周波数ｆｐの３／４波長の伝送路である。なお、図３では図示の簡略化のために、給電線１Ｂと基本スタブ１１および補正スタブ１２とを平行２線で示している。周波数ｆｐの３／４波長の基本スタブ１１を給電線１Ｂに接続すると、周波数ｆｐの高周波信号に対しては、給電線１Ｂの接続点Ａから見た基本スタブ１１のインピーダンスが無限大になり、送信機１Ａからの周波数ｆｐの高周波信号が基本スタブ１１に流れることを防いでいる。つまり、周波数ｆｐは給電線１Ｂのみを通過させる通過周波数である。一方、給電線１Ｂに流れる誘導電流は直流的な電流であるので、他端が接地されている基本スタブ１１が誘導電流を大地に流し、誘導電流が送信機１Ａに流れることを防いでいる。つまり、避雷針４に落雷があり、強電流が接地線５に流れたときに、給電線１Ｂに発生する誘導電流を基本スタブ１１が大地に流して、この誘導電流が給電線１Ｂを通過することを防ぎ、送信機１Ａを保護している。
【００２５】
こうした基本スタブ１１の長さＬ１は次のようにして得られる。接続点Ａから分岐点Ｂまでの長さをＬ１１とし、短絡されている他端から分岐点Ｂまでの長さをＬ１２とする。長さＬ１１の基本スタブ１１は周波数ｆｐの１／４波長であるので、長さＬ１１は、
【数１】
によって得られる。なお、値ｖｐは使用する伝送路の速度係数であり、伝送路中の伝播速度と光速との比である。一方、長さＬ１２の基本スタブ１１は周波数ｆｐの１／２波長であるので、長さＬ１２は、
【数２】
によって得られる。このように算出した長さＬ１１とＬ１２との和により基本スタブ１１の長さＬ１を算出する。
【００２６】
補正スタブ１２は基本スタブ１１に接続されている同軸ケーブルである。補正スタブ１２の一端は、アダプタ１４とプラグ１５とにより、分岐点Ｂ（破線円で示す）で基本スタブ１１に接続されている。このとき、補正スタブ１２の一端は、波長λｐの１／４だけ接続点Ａから離れた長さＬ１１の位置にあると共に基本スタブ１１の短絡点から長さＬ１２の位置にある。分岐点Ｂでは補正スタブ１２の内部導体が基本スタブ１１の内部導体に接続され、補正スタブ１２の外部導体が基本スタブ１１の外部導体に接続されて、補正スタブ１２が基本スタブ１１から分岐されている。補正スタブ１２の他端は開放されている。
【００２７】
補正スタブ１２には次の作用がある。先に述べたように、設置柱３には空中線１Ｃ、２Ｃが併設されている。したがって、空中線２Ｃからの電波を空中線１Ｃが受信することで、給電線１Ｂに流れる周波数ｆｒの高周波信号は、送信機１Ａに対しては不要信号になる。そこで、補正スタブ１２のインピーダンスを利用して不要信号を除去し、周波数ｆｒの高周波信号が給電線１Ｂを通過することを防いでいる。このために、先の図３に示す接続点Ａにおいて、周波数ｆｒに対してインピーダンスをゼロにすれば、給電線１Ｂでは周波数ｆｒの高周波信号が短絡状態になり、この信号の伝送を阻止することができる。そこで、長さがＬ２である補正スタブ１２を利用して、阻止周波数である周波数ｆｒにおいて接続点Ａから基本スタブ１１側を見たインピーダンスがゼロになるようにしている。
【００２８】
このために、補正スタブ１２の長さは次のように設定されている。接続点Ａから基本スタブ１１の分岐点Ｂまでの周波数ｆｒにおける正規化された波長ＮＷ１１は、
【数３】
により得られる。同様に、基本スタブ１１の短絡点から分岐点Ｂまでの周波数ｆｒにおける正規化された波長ＮＷ１２は、
【数４】
により得られる。
【００２９】
この後、スミスチャートを用いて、図４（ａ）に示すように、分岐点Ｂにおける正規化波長ＮＷ１１、ＮＷ１２のそれぞれの正規化されたリアクタンスＸ１１、Ｘ１２を求める。分岐点Ｂにおいては、正規化リアクタンスＸ１１と正規化リアクタンスＸ１２とが並列に接続されているので、これらの合成正規化リアクタンスＣＸ１は、
【数５】
により得られる。この合成正規化リアクタンスＣＸ１の逆符号の正規化リアクタンスである、
【数６】
を、補正スタブ１２により分岐点Ｂに提供すれば、接続点Ａにおける整合がとれることになる。このために、図４（ｂ）に示すように、スミスチャートを用いて、正規化リアクタンスＸ２を与える正規化波長ＮＷ２を読み取る。そして、補正スタブ１２の長さＬ２を、
【数７】
により算出する。
【００３０】
具体的には、送信機１Ａの高周波信号の周波数ｆｐが３７０ＭＨｚであり、送信機２Ａの高周波信号の周波数ｆｒが１５０ＭＨｚであるとする。まず、基本スタブ１１の短絡点から中途分岐部（分岐点Ｂ）までの、１５０ＭＨｚに対する正規化リアクタンスを求める。基本スタブ１１の他端の短絡点から中途分岐部（分岐点Ｂ）までの波長はλｐ／２である。正規化リアクタンスを求めるために、図５（ａ）に示すように、信号源への波長を表すライン１０１Ａのゼロ点を基点として、
０．５λ×（１５０／３７０）＝０．２０２７λ
で算出される点と、チャートの中心とを直線１０２で結ぶ。この後、抵抗成分がゼロであるときのインピーダンスを表す円１０３と、直線１０２とが交差する点での、正規化リアクタンスの値ｊ３．３を得る。なお、値λは通過周波数ｆｐおよび阻止周波数ｆｒの中で高い方の周波数の波長であり、この実施の形態では波長λｐである。
【００３１】
次に、給電線１Ｂと基本スタブ１１との接続部（接続点Ａ）において、１５０ＭＨｚの高周波信号に対して、インピーダンスがゼロとなるための、接続部（接続点Ａ）から中途分岐部（分岐点Ｂ）までの正規化リアクタンスを求める。基本スタブ１１の接続部（接続点Ａ）から中途分岐部（分岐点Ｂ）までの波長はλｐ／４である。正規化リアクタンスを求めるために、図５（ｂ）に示すように、信号源への波長を表すライン１０１Ａのゼロ点を基点として、
０．２５λ×（１５０／３７０）＝０．１０１４λ
で算出される点と、チャートの中心とを直線１０４で結ぶ。この後、抵抗成分がゼロであるときのインピーダンスを表す円１０３と、直線１０４とが交差する点での、正規化リアクタンスの値ｊ０．７４を得る。
【００３２】
次に、１５０ＭＨｚに対する先に算出した正規化リアクタンスｊ３．３と正規化リアクタンスｊ０．７４とが並列接続の関係になるので、このときの合成正規化リアクタンスの値は、
３．３×０．７４／（３．３＋０．７４）＝０．６０４
で算出される値から、ｊ０．６０４になる。
【００３３】
算出した合成正規化リアクタンスに対して逆符号の正規化リアクタンスは、図５（ｃ）に示すように、−ｊ０．６０４０である。そして、この逆符号の正規化リアクタンス−ｊ０．６０４０を与える、先端が開放された補正スタブ１２の回路長は、負荷側への正規化波長を表すライン１０１Ｂにより、
０．２５−０．８７＝０．１６３
の値から、０．１６３λである。
【００３４】
この後、正規化波長０．１６３λにより、補正スタブ１２の長さを算出する。
【００３５】
こうして算出された長さの補正スタブ１２が分岐点Ｂで基本スタブ１１に接続されると、基本スタブ１１による長さＬ１１と、基本スタブ１１による長さＬ１２によって生じる合成リアクタンスと同じ値で、逆符号のリアクタンスを補正スタブ１２が与えるので、周波数ｆｒが１５０ＭＨｚである高周波信号に対しては、接続点Ａにおいて基本スタブ１１側のインピーダンスがゼロになる。
【００３６】
次に、この実施の形態の動作について説明する。営配用無線については、送信機１Ａからの、周波数がｆｐである高周波信号により、空中線１Ｃから電波が出力される。このとき、周波数ｆｐの高周波信号に対して、避雷装置１０の接続点Ａから基本スタブ１１側を見たインピーダンスが無限大であるので、避雷装置１０が周波数ｆｐの高周波信号に影響を与えることがない。
【００３７】
一方、工務用無線については、送信機２Ａからの、周波数がｆｒである高周波信号により、空中線２Ｃから電波が出力される。このとき、空中線１Ｃは空中線２Ｃからの電波を受信して、周波数がｆｒの高周波信号つまり不要信号を給電線１Ｂに流す。避雷装置１０の接続点Ａにおいては、補正スタブ１２が分岐点Ｂで基本スタブ１１に接続されているので、基本スタブ１１側のインピーダンスがゼロである。これにより、避雷装置１０は、周波数をｆｒの不要信号を基本スタブ１１側に流し、この信号が送信機１Ａに流れ込むことを防いでいる。
【００３８】
また、避雷針４に落雷があると、接地線５により強電流が大地に流れるが、このとき、給電線１Ｂにも誘導電流が流れる。給電線１Ｂに流れる誘導電流は直流的な電流であるので、避雷装置１０において他端が接地されている基本スタブ１１が誘導電流を大地に流し、避雷装置１０は、送信機１Ａに誘導電流が流れることを防いでいる。
【００３９】
このように、この実施の形態によれば、落雷による直流的な誘導電流に対しては短絡状態になり、周波数ｆｐの高周波信号に対してはインピーダンスが無限大の状態になり、かつ、周波数ｆｒの不要信号に対してはインピーダンスがゼロになるので、避雷器の機能と、高周波の不要信号を減衰させるフィルタの機能とを併せ持たせることができる。また、この実施の形態によれば、分布定数線路である基本スタブ１１と補正スタブ１２とで避雷装置１０、２０を主に構成するので、金属素子を用いる従来のフィルタに比べて外部環境の影響を受け難くすることができる。また、この実施の形態によれば、避雷装置１０、２０の補正スタブ１２の長さを調節することにより、任意の周波数の不要信号を減衰させることが可能である。さらに、この実施の形態によれば、送信機１Ａの高周波信号の周波数をｆｐと、送信機２Ａの高周波信号の周波数をｆｒとがｆｐ＞ｆｒの関係にある場合、波長はλｐ＜λｒであるので、最短の伝送路長で避雷装置１０、２０を構成することができ、装置の小型化が可能である。
【００４０】
なお、高周波信号が、
ｆｐ＝１６０ＭＨｚ
ｆｒ＝６０ＭＨｚ
である場合の、避雷装置１０の周波数特性を図６に示す。図６に示すように、６０ＭＨｚでの減衰量がほぼ３０ｄｂであり、１６０ＭＨｚでの減衰量がほぼゼロである。この実測データからも、この実施の形態による避雷装置１０、２０がフィルタとしての機能を持つことが示されている。
【００４１】
また、この実施の形態では基本スタブ１１が短絡されているが、この実施の形態による、基本スタブ１１および補正スタブ１２の長さの算出手法により、基本スタブ１１と補正スタブ１２の両方が短絡されている避雷装置１０や、基本スタブ１１が開放されていると共に補正スタブ１２が短絡されている避雷装置１０も可能である。
【００４２】
（実施の形態２）
実施の形態１では、図７に示すように、送信機１Ａの高周波信号の周波数をｆｐと、送信機２Ａの高周波信号の周波数をｆｒとが、
ｆｐ＞ｆｒ
の関係にあったが、この実施の形態では、
ｆｐ＜ｆｒ
の関係にある場合について説明する。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この実施の形態では、実施の形態１の基本スタブ１１と補正スタブ１２の代わりに、基本スタブ２１と補正スタブ２２とを備えている。
【００４３】
基本スタブ２１は、基本スタブ１１と同様の同軸ケーブルであり、長さＬ５である。基本スタブ２１は、周波数ｆｐの３／４波長の伝送路であり、基本スタブ２１の一端は接続点Ｅで給電線１Ｂに接続され、他端は開放されている。基本スタブ２１には次の作用がある。他端が開放されている基本スタブ２１により、周波数ｆｒの高周波信号に対して、給電線１Ｂの接続点Ｅから見た基本スタブ２１のインピーダンスがゼロになる。つまり、避雷装置１０は、空中線１Ｃが受信して給電線１Ｂを流れる、周波数ｆｒの高周波信号を基本スタブ２１に流して、この高周波信号が給電線１Ｂを通過すること、つまり、この高周波信号が送信機１Ａに流れることを防いでいる。
【００４４】
こうした基本スタブ２１の長さＬ５は次のようにして得られる。接続点Ｅから分岐点Ｆまでの長さをＬ５１とし、開放されている他端から分岐点Ｆまでの長さをＬ５２とする。長さＬ５１の基本スタブ２１は周波数ｆｒの１／２波長であるので、長さＬ５１は、
【数８】
によって得られる。一方、長さＬ５２の基本スタブ２１は周波数ｆｒの１／４波長であるので、長さＬ５２は、
【数９】
によって得られる。このように算出した長さＬ５１とＬ５２との和により基本スタブ２１の長さＬ５を算出する。
【００４５】
補正スタブ２２は、実施の形態１の補正スタブ１２と同様の同軸ケーブルである。補正スタブ２２の一端は、分岐点Ｆで基本スタブ２１に接続されている。このとき、補正スタブ２２の一端は、波長λｒの１／２だけ接続点Ｅから離れた長さＬ５１の位置にあると共に基本スタブ２１の短絡点から長さＬ５２の位置にある。補正スタブ２２の他端は実施の形態１の基本スタブ１１の他端と同様に接地されている。これにより、補正スタブ２２は、雷による誘導電流を大地に流し、誘導電流が送信機１Ａに流れることを防いでいる。
【００４６】
補正スタブ２２には次の作用がある。先に述べたように、給電線１Ｂに流れる周波数ｆｒの高周波信号は送信機１Ａに対しては不要信号であるが、通過周波数ｆｐの高周波信号は必要な信号である。そこで、補正スタブ２２のインピーダンスを利用して、先の図７に示す接続点Ｅにおいて、周波数ｆｐに対してインピーダンスを無限大にすれば、給電線１Ｂでは周波数ｆｐの高周波信号が影響を受けないことになる。そこで、長さがＬ６である補正スタブ２２を利用して、周波数ｆｐにおいて接続点Ｅから基本スタブ２１側を見たインピーダンスが無限大になるようにしている。
【００４７】
このために、補正スタブ２２の長さは次のように設定されている。接続点Ｅから基本スタブ２１の分岐点Ｆまでの周波数ｆｐにおける正規化波長ＮＷ５１は、
【数１０】
により得られる。同様に、スタブ５１の開放端から分岐点Ｆまでの周波数ｆｐにおける正規化された波長ＮＷ５２は、
【数１１】
により得られる。
【００４８】
この後、スミスチャートを用いて、図８（ａ）に示すように、分岐点Ｆにおける正規化波長ＮＷ５１、ＮＷ５２のそれぞれの正規化されたリアクタンスＸ５１、Ｘ５２を求める。分岐点Ｆにおいては、正規化リアクタンスＸ５１と正規化リアクタンスＸ５２とが並列に接続されているので、これらの合成正規化リアクタンスＣＸ５は、
【数１２】
により得られる。この合成正規化リアクタンスＣＸ５の逆符号の正規化リアクタンスである、
【数１３】
を、補正スタブ２２により分岐点Ｆに提供すれば、接続点Ｅにおける整合がとれることになる。このために、図８（ｂ）に示すように、スミスチャートを用いて、正規化リアクタンスＸ６を与える正規化波長ＮＷ６を読み取る。そして、補正スタブ２２の長さＬ６を、
【数１４】
により算出する。
【００４９】
具体的には、送信機１Ａの高周波信号の周波数ｆｐが１５０ＭＨｚであり、送信機２Ａの高周波信号の周波数ｆｒが３７０ＭＨｚであるとする。まず、基本スタブ２１の開放点から中途分岐部（分岐点Ｂ）までの、１５０ＭＨｚに対する正規化リアクタンスを求める。基本スタブ２１の他端の短絡点から中途分岐部（分岐点Ｆ）までの波長はλｒ／４である。リアクタンスを求めるために、図９（ａ）に示すように、信号源への波長を表すライン１０１Ａの値２．５の点を基点として、
０．２５λ×（１５０／３７０）＝０．１０１４λ
で算出される位置だけ離れた点と、チャートの中心とを直線２０１で結ぶ。この後、抵抗成分がゼロであるときのインピーダンスを表す円１０３と、直線２０１とが交差する点での、正規化リアクタンスの値−ｊ１．３６を得る。なお、値λは波長λｒである。
【００５０】
次に、給電線１Ｂと基本スタブ２１との接続部（接続点Ｅ）において、１５０ＭＨｚの高周波信号に対して、インピーダンスが無限大となるための、接続部（接続点Ｅ）から中途分岐部（分岐点Ｆ）までのリアクタンスを求める。基本スタブ２１の接続部（接続点Ｅ）から中途分岐部（分岐点Ｆ）までの波長はλｒ／２である。図９（ｂ）に示すように、信号源への正規化波長を表すライン１０１Ａの値２．５の点を基点として、
０．５λ×（１５０／３７０）＝０．２０２７λ
で算出される位置だけ離れた点と、チャートの中心とを直線２０２で結ぶ。この後、抵抗成分がゼロであるときのインピーダンスを表す円１０３と、直線２０２とが交差する点での、正規化リアクタンスの値−ｊ０．３０５を得る。
【００５１】
次に、１５０ＭＨｚに対する先に算出した正規化リアクタンス−ｊ１．３６と正規化リアクタンス−ｊ０．３０５とが並列接続の関係になるので、このときの合成正規化リアクタンスの値は、
（−１．３６）×（−０．３０５）／（（−１．３６）＋（−０．３０５））
＝−０．２４９
で算出される値から、−ｊ０．２４９になる。
【００５２】
算出した合成正規化リアクタンスに対して逆符号の正規化リアクタンスは、図９（ｃ）に示すように、ｊ０．２４９である。そして、この逆符号の正規化リアクタンスｊ０．２４９を与える、先端が短絡された補正スタブ２２の回路長は、電源側への波長を表すライン１０１Ａにより、０．０３８λである。
【００５３】
この後、正規化波長０．０３８λにより、補正スタブ２２の長さＬ６を算出する。
【００５４】
こうして算出された長さの補正スタブ２２が分岐点Ｆで基本スタブ２１に接続されると、基本スタブ２１による長さＬ５１と、補正スタブ２２による長さＬ５２とによって生じる合成正規化リアクタンスと同じ値で、逆符号の正規化リアクタンスを補正スタブ２２が与えるので、周波数ｆｐの高周波信号に対しては、接続点Ｅにおいて基本スタブ２１側のインピーダンスが無限大になる。
【００５５】
この実施の形態により、実施の形態１と同様に避雷器の機能と、不要な高周波信号を減衰させるフィルタの機能とを併せ持たせることができる。また、この実施の形態によれば、送信機１Ａの高周波信号の周波数をｆｐと、送信機２Ａの高周波信号の周波数をｆｒとが、ｆｐ＜ｆｒの関係にある場合、λｐ＞λｒであるので、最短の伝送路長で避雷装置１０を構成することができ、装置の小型化が可能である。
【００５６】
（実施の形態３）
この実施の形態を基にした送信設備を図１０に示す。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。図１０の送信設備では、実施の形態１または実施の形態２による複数の避雷装置１０、２０を、給電線１Ｂ、２Ｂに対してｆｒの１／４波長の間隔あるいはその奇数倍の間隔で直列に接続する。つまり、この実施の形態では、避雷装置が複数の避雷装置１０、２０によって構成される。
【００５７】
このように、複数の避雷装置１０、２０を縦続接続することにより、減衰量を増やすことができる。また、異なる周波数の高周波信号を減衰するように避雷装置１０、２０を構成すれば、この実施の形態により、不要な複数の周波数の高周波信号を減衰することができる。
【００５８】
（実施の形態４）
先に述べた実施の形態１〜実施の形態３では、補正スタブ１２、２２の長さＬ２、Ｌ６を求める際にスミスチャートを利用したが、この実施の形態では三角関数を利用して長さＬ２、Ｌ６を求める。
【００５９】
一般的な伝送路であり例えば図１１に示す伝送路では、インピーダンスは次のとおりである。
【数１５】
Ｚｓ：入力端におけるインピーダンス
Ｚ０：伝送路の特性インピーダンス
ＺＬ：負荷インピーダンス
Γｓ：入力端から伝送路を見た反射係数
γ：伝播定数（γ＝α＋ｊβ：αは減衰定数、βは位相定数）
ｄ：入力端から伝送路の終端までの線路長
以下では、伝送路が無損失である場合について説明する。伝送路が無損失である場合には伝播定数γにおいて減衰定数α＝０になることから、無損失伝送路のインピーダンスは次のとおりである。
【数１６】
この実施の形態では、先の実施の形態と同様に、使用するスタブは先端短絡と先端開放の２種類である。先端短絡の場合のインピーダンス（実際にはリアクタンス）は、
ＺＬ＝０
であるので、先の数１６式にこの条件を代入すると、
【数１７】
になる。ここで、
β＝２π／λ
であるので、インピーダンスは、
【数１８】
になる。
【００６０】
また、先端開放の場合のインピーダンスは、
ＺＬ＝∞
であるので、先の数１６式にこの条件を代入すると、
【数１９】
になる。
【００６１】
先の各実施の形態で述べたように設計基準周波数には、通過させる周波数ｆｐと、通過を阻止する周波数ｆｒの２つがある。これらの中で高い方の周波数（波長λ）に着目し、図１２に示すように、その３／４波長に相当する基本スタブを設ける。基本スタブの一端は接続点で給電線に接続され、他端である先端は短絡または開放されている。基本スタブの中途の位置に分岐点が設けられ、リアクタンスを補正するための補正スタブの一端が分岐点で基本スタブに対して並列に接続されている。補正スタブの他端である先端は短絡または開放されている。分岐点は１／４波長の位置または２／４波長の位置であり、周波数ｆｐと周波数ｆｒとの関係で分岐点が選択される。
【００６２】
次に、周波数ｆｐと周波数ｆｒとの関係による具体例について説明する。
＜具体例１＞
具体例１は、通過周波数ｆｐと阻止周波数ｆｒとが、
通過周波数ｆｐ＞阻止周波数ｆｒ×１．５
の関係にある場合である。
【００６３】
この具体例では、図１３に示すように、基本スタブは通過周波数ｆｐの３／４波長の長さとし、先端は短絡して接地する。そして、給電線の接続点から通過周波数ｆｐの１／４波長の位置が分岐点である。この分岐点には、長さｄの補正スタブが基本スタブに対して並列に接続されている。補正スタブの先端は開放する。
【００６４】
分岐点では、この分岐点から給電線側の線路つまり基本スタブの１／４波長の部分については、阻止周波数ｆｒに関して先端短絡の線路のインピーダンスＺ１が現れる。同様に、分岐点から短絡点側の線路つまり基本スタブの１／２波長の部分については、阻止周波数ｆｒに関して先端短絡の線路のインピーダンスＺ２が現れる。
【数２０】
インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２の並列合成インピーダンスは、
【数２１】
であり、この並列合成インピーダンスと逆符号のインピーダンスを補正スタブで作成し、分岐点に並列に接続すればよい。つまり、逆符号のインピーダンスは、
【数２２】
である。これより、
【数２３】
となり、補正スタブの長さｄを得ることができる。
＜具体例２＞
具体例２は、通過周波数ｆｐと阻止周波数ｆｒとが、
通過周波数ｆｐ＜阻止周波数ｆｒ×０．５
の関係にある場合である。
【００６５】
この具体例では、図１４に示すように、基本スタブは阻止周波数ｆｒの３／４波長の長さとし、先端は開放する。そして、給電線の接続点から阻止周波数ｆｒの１／２波長の位置が分岐点である。この分岐点には、長さｄの補正スタブが基本スタブに対して並列に接続されている。補正スタブの先端は短絡して接地する。
【００６６】
分岐点では、この分岐点から給電線側の線路つまり基本スタブの１／２波長の部分については、通過周波数ｆｐに関して先端開放の線路のインピーダンスＺ１が現れる。同様に、分岐点から開放点側の線路つまり基本スタブの１／４波長の部分については、通過周波数ｆｐに関して先端開放の線路のインピーダンスＺ２が現れる。
【数２４】
インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２の並列合成インピーダンスは、先の数２１式に示すとおりであり、この並列合成インピーダンスと逆符号のインピーダンスを補正スタブで作成し、分岐点に並列に接続すればよい。つまり、逆符号のインピーダンスは、
【数２５】
であり、
【数２６】
である。これより、
【数２７】
となり、補正スタブの長さｄを得ることができる。
＜具体例３＞
具体例３は、通過周波数ｆｐと阻止周波数ｆｒとが、
通過周波数ｆｐ（＝ｆｒ×１．５）＞阻止周波数ｆｒ
の関係にある場合である。
【００６７】
この具体例では、図１５に示すように、基本スタブは通過周波数ｆｐの３／４波長の長さとし、先端は短絡して接地する。そして、給電線の接続点から通過周波数ｆｐの１／４波長の位置が分岐点である。この分岐点には、長さｄの補正スタブが基本スタブに対して並列に接続されている。補正スタブの先端は短絡する。
【００６８】
分岐点では、この分岐点から給電線側の線路つまり基本スタブの１／４波長の部分については、阻止周波数ｆｒに関して先端短絡の線路のインピーダンスＺ１が現れる。同様に、分岐点から開放点側の線路つまり基本スタブの１／２波長の部分については、阻止周波数ｆｒに関して先端短絡の線路のインピーダンスＺ２が現れる。
【数２８】
インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２の並列合成インピーダンスは、先の数２１式に示すとおりであり、この並列合成インピーダンスと逆符号のインピーダンスを補正スタブで作成し、分岐点に並列に接続すればよい。つまり、逆符号のインピーダンスは、
【数２９】
であり、
【数３０】
である。これより、
【数３１】
となり、補正スタブの長さｄを得ることができる。
【００６９】
なお、具体例３では、図１６に示すように、先端開放の基本スタブにより、使用するスタブ長を短くして、装置を構成してもよい。
＜具体例４＞
具体例４は、通過周波数ｆｐと阻止周波数ｆｒとが、
通過周波数ｆｐ（＝ｆｒ×０．５）＜阻止周波数ｆｒ
の関係にある場合である。
【００７０】
この具体例では、図１７に示すように、基本スタブは阻止周波数ｆｒの３／４波長の長さとし、先端は開放する。そして、給電線の接続点から阻止周波数ｆｒの１／２波長の位置が分岐点である。この分岐点には、長さｄの補正スタブが基本スタブに対して並列に接続されている。補正スタブの先端は短絡して接地する。
【００７１】
分岐点では、この分岐点から給電線側の線路つまり基本スタブの１／２波長の部分については、通過周波数ｆｐに関して先端開放の線路のインピーダンスＺ１が現れる。同様に、分岐点から開放点側の線路つまり基本スタブの１／４波長の部分については、通過周波数ｆｐに関して先端開放の線路のインピーダンスＺ２が現れる。
【数３２】
インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２の並列合成インピーダンスは、先の数２１式に示すとおりであり、この並列合成インピーダンスと逆符号のインピーダンスを補正スタブで作成し、分岐点に並列に接続すればよい。なお、補正スタブの長さｄは、
ｄ＝ｄ１＋（ｆｐのλ／４）
である。そして、逆符号のインピーダンスは、
【数３３】
であり、
【数３４】
である。そして、
【数３５】
である。これより、
【数３６】
となり、補正スタブの長さｄを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
この発明は、無線の送信設備や受信設備に限らず、各種の高周波信号を扱う設備や回路に利用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１Ａ、２Ａ 送信機
１Ｂ、２Ｂ 給電線
１Ｃ、２Ｃ 空中線
１０、２０ 避雷装置
１１、２１ 基本スタブ（第１の分布定数線路）
１２、２２ 補正スタブ（第２の分布定数線路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中線に接続されている給電線であり、かつ、所定の高周波信号に対して低い周波数の不要な高周波信号が流れる給電線に接続される避雷装置であって、
一端が短絡されて接地されると共に他端が前記給電線に接続され、前記所定の高周波信号に対して接続点でのインピーダンスを無限大にするために、前記所定の高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路と、
前記第１の分布定数線路に分岐して接続されると共に前記不要な高周波信号に対して前記接続点でのインピーダンスをゼロにするために、長さが設定された第２の分布定数線路と、
を備えることを特徴とする避雷装置。
【請求項２】
空中線に接続されている給電線であり、かつ、所定の高周波信号に対して高い周波数の不要な高周波信号が流れる給電線に接続される避雷装置であって、
前記給電線に接続され、前記給電線に流れる不要な高周波信号に対して接続点でのインピーダンスをゼロにするために、前記不要な高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路と、
一端が短絡されて接地されると共に前記第１の分布定数線路に分岐して他端が接続され、前記所定の高周波信号に対して前記接続点でのインピーダンスを無限大にするために、長さが設定された第２の分布定数線路と、
を備えることを特徴とする避雷装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の複数の避雷装置を、給電線に対して所定の間隔をおいて直列に接続したことを特徴とする避雷装置。
【請求項１】
空中線に接続されている給電線であり、かつ、所定の高周波信号に対して低い周波数の不要な高周波信号が流れる給電線に接続される避雷装置であって、
一端が短絡されて接地されると共に他端が前記給電線に接続され、前記所定の高周波信号に対して接続点でのインピーダンスを無限大にするために、前記所定の高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路と、
前記第１の分布定数線路に分岐して接続されると共に前記不要な高周波信号に対して前記接続点でのインピーダンスをゼロにするために、長さが設定された第２の分布定数線路と、
を備えることを特徴とする避雷装置。
【請求項２】
空中線に接続されている給電線であり、かつ、所定の高周波信号に対して高い周波数の不要な高周波信号が流れる給電線に接続される避雷装置であって、
前記給電線に接続され、前記給電線に流れる不要な高周波信号に対して接続点でのインピーダンスをゼロにするために、前記不要な高周波信号の波長を基に長さが設定された第１の分布定数線路と、
一端が短絡されて接地されると共に前記第１の分布定数線路に分岐して他端が接続され、前記所定の高周波信号に対して前記接続点でのインピーダンスを無限大にするために、長さが設定された第２の分布定数線路と、
を備えることを特徴とする避雷装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の複数の避雷装置を、給電線に対して所定の間隔をおいて直列に接続したことを特徴とする避雷装置。
【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】
【図１６】
【図１７】
【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】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−１４２４１４（Ｐ２０１１−１４２４１４Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８０１（Ｐ２０１０−８０１）
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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