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1、(10)申请公布号 CN 102804526 A (43)申请公布日 2012.11.28 CN 102804526 A *CN102804526A* (21)申请号 201080027257.6 (22)申请日 2010.04.14 12/425,728 2009.04.17 US H01T 4/08(2006.01) H02H 9/02(2006.01) (71)申请人 约翰梅扎林瓜联合有限公司 地址 美国纽约州 (72)发明人 N. 蒙特纳 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 彭武 杨楷 (54) 发明名称 同轴宽带电涌保护器 (57) 摘要 一种具。
2、有特性阻抗的高压电涌保护设备包 括 ： 限定轴线的中心导体 ； 相对于内部导体成环 绕关系同轴地布置的导电的外部主体 ； 和布置在 中心导体和外部主体之间的电介质层。具有第 一有效阻抗值的导电的电涌保护元件布置为与外 部主体电接触并且与中心导体成间隔开关系。该 间隔开关系形成电涌保护元件和中心导体之间的 间隙。具有比第一有效阻抗值大的第二有效阻抗 值的绝缘的调谐元件以阻抗复原关系连接到电涌 保护元件。第一有效阻抗值和第二有效阻抗值的 结合有效地等于所述高压电涌保护设备的特性阻 抗。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.12.19 (86)PCT申请的申请数据 PCT。
3、/US2010/030962 2010.04.14 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/120834 EN 2010.10.21 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 11 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 11 页 1/3 页 2 1. 一种具有特性阻抗的高压电涌保护设备， 所述设备包括 ： 限定轴线的中心导体 ； 相对于中心导体成环绕关系布置的导电的外部主体 ； 布置在中心导体和外部主体之间的电介质层 ； 具有第一有效阻抗值的导电的电涌保护元件， 电涌保护元件布置为与外部主体电接触 。
4、并且与中心导体成间隔开关系， 该间隔开关系形成间隙 ； 具有比第一有效阻抗值大的第二有效阻抗值的绝缘的调谐元件， 调谐元件以阻抗复原 关系连接到电涌保护元件 ； 和 其中第一有效阻抗值和第二有效阻抗值的结合有效地等于所述高压电涌保护设备的 特性阻抗。 2. 根据权利要求 1 所述的高压电涌保护设备， 其中电介质层是空气， 并且电涌保护设 备还包括支撑绝缘件， 所述支撑绝缘件在中心导体和外部主体之间沿所述轴线中心地布置 并且与中心导体和外部主体接触， 所述支撑绝缘件具有穿过所述支撑绝缘件中心地布置的 孔， 用于接纳内部导体。 3. 根据权利要求 2 所述的高压电涌保护设备， 其中所述电涌保护元件。
5、包括所述支撑绝 缘件。 4. 根据权利要求 1 所述的高压电涌保护设备， 其中所述间隙配置为放电高于 500 伏特 的电压。 5. 根据权利要求 4 所述的高压电涌保护设备， 其中所述间隙在 0.005 英寸和 0.030 英 寸之间的范围内。 6. 根据权利要求 5 所述的高压电涌保护设备， 其中所述电涌保护元件包括环形的外部 主体和多个从环形的外部主体径向向内延伸的叉臂， 与每个叉臂相关联的所述间隙具有不 同大小。 7. 根据权利要求 4 所述的高压电涌保护设备， 其中所述电涌保护元件具有比中心导体 的横截面积大的横截面积。 8. 根据权利要求 7 所述的高压电涌保护设备， 其中所述电涌保。
6、护元件的横截面积配置 为对至少 50 微秒在 10000 安培下放电至少 20000 伏特。 9. 根据权利要求 1 所述的高压电涌保护设备， 其中所述特性阻抗是 50 欧姆。 10.根据权利要求1所述的高压电涌保护设备， 其中所述特性阻抗是75欧姆， 并且电涌 保护元件配置为对 50 微秒的时间段在 3000 安培下放电大于 6000 伏特。 11.根据权利要求1所述的高压电涌保护设备， 其中所述电涌保护元件是n个导电的电 涌保护元件， n 为复数个， 每个具有有效阻抗值， 所述第一阻抗值等于该 n 个有效阻抗值的 结合。 12.根据权利要求1所述的高压电涌保护设备， 其中所述调谐元件是m个。
7、绝缘的调谐元 件， m 为复数个， 每个具有有效阻抗值， 所述第二有效阻抗值等于该 m 个有效阻抗值的结合。 13. 根据权利要求 12 所述的高压电涌保护设备， 其中所述电涌保护元件是 n 个导电的 电涌保护元件， n 为复数个， 每个具有有效阻抗值， 所述第一阻抗值等于该 n 个有效阻抗值 的结合。 14. 根据权利要求 1 所述的高压电涌保护设备， 其中所述调谐元件物理接触所述电涌 权 利 要 求 书 CN 102804526 A 2 2/3 页 3 保护元件。 15. 一种同轴连接器， 包括 ： 限定轴线的中心导体 ； 相对于内部导体成环绕关系布置的导电的外部主体 ； 布置在中心导体和。
8、外部主体之间的电介质层 ； 导电的电涌保护元件， 电涌保护元件相对于内部导体成环绕关系布置并且具有至少一 个叉臂， 所述叉臂与中心导体成间隔开关系， 其中该间隔开关系形成间隙 ； 和 绝缘的调谐元件， 调谐元件相对于内部导体成环绕关系布置， 所述调谐元件与所述电 涌保护元件物理接触 ； 其中所述同轴连接器具有在470兆赫至3000兆赫范围内的有效性能频带， 并且在所述 有效性能频带内具有不小于 20 分贝的返回损失。 16. 根据权利要求 15 所述的同轴连接器， 还包括支撑绝缘件， 所述支撑绝缘件在中心 导体和外部主体之间布置并且与中心导体和外部主体接触。 17. 根据权利要求 15 所述的。
9、同轴连接器， 其中外部主体包括连接器接口， 所述连接器 接口从 BNC 连接器、 TNC 连接器、 F 型连接器、 RCA 型连接器、 7/16DIN 凸形连接器、 7/16DIN 凹形连接器、 N 凸形连接器、 N 凹形连接器、 SMA 凸形连接器和 SMA 凹形连接器构成的连接器 接口组中选择。 18. 根据权利要求 15 所述的同轴连接器， 还包括接地元件， 所述接地元件固定到所述 外部主体并且适于将电压电涌从外部主体传输到地。 19. 根据权利要求 15 所述的同轴连接器， 其中所述有效性能频带从 800-870 MHz, 824-896 MHz, 870-960 MHz, 1425-。
10、1535 MHz, 1700-1900 MHz, 1850-1990 MHz, 2110-2170 MHz和2300-2485 MHz构成的组中选择， 并且所述返回损失在有效性能频带内大 于 30 分贝。 20. 一种在同轴连接器中提供高压电涌保护的方法， 所述同轴连接器包括形成轴线的 中心导体和同心于所述轴线成串联关系布置的多个元件， 至少包括外部主体和布置在中心 导体与外部主体之间的电介质层， 所述连接器具有目标特性阻抗并且每个元件具有有效阻 抗， 所述方法包括以下步骤 ： 确定期望电涌保护的阈值电压 ； 选择导电的电涌保护元件， 电涌保护元件与中心导体成间隔开关系， 该间隔开关系由 从中。
11、心导体电弧放电到电涌保护元件的阈值电压值确定， 电涌保护元件与外部主体电接触 并且具有第一有效阻抗值 ； 选择绝缘的调谐元件， 具有比第一有效阻抗值大的第二有效阻抗值， 第二有效阻抗值 被确定为使得每个元件的有效阻抗值与所述第一有效阻抗值及第二有效阻抗值结合基本 上等于所述目标特性阻抗 ； 和 将电涌保护元件和调谐元件以阻抗复原关系连接在所述连接器内。 21. 根据权利要求 20 所述的方法， 其中选择导电的电涌保护元件的步骤进一步由选择 叉臂的横截面积确定， 所述叉臂的横截面积大于中心导体的横截面积。 22. 根据权利要求 20 所述的方法， 其中第二有效阻抗值被确定为使得仅第一有效阻抗 值。
12、和第二有效阻抗值的结合基本上等于所述目标特性阻抗。 权 利 要 求 书 CN 102804526 A 3 3/3 页 4 23. 根据权利要求 20 所述的方法， 其中所述阈值电压是约 500 伏特。 24. 根据权利要求 20 所述的方法， 其中所述同轴连接器还包括接地元件， 并且所述方 法还包括将电压从外部主体转向到地的步骤。 权 利 要 求 书 CN 102804526 A 4 1/8 页 5 同轴宽带电涌保护器 技术领域 0001 本发明通常涉及电涌保护器， 并且更具体而言涉及在高频通信系统中使用的同轴 宽带电涌保护器。 背景技术 0002 在无线通信工业中， 基站通常使用 50 欧姆。
13、同轴电缆连接到发射塔。发射塔频繁地 成为雷击的目标。 尽管尽了最大努力将塔充分接地， 仍然时有高压电涌传输通过同轴电缆。 如果高压电涌被允许由同轴电缆的中心导体获取并且沿着分布网络传输， 则互连处内和沿 着分布路径的电气设备将由于电涌导致的电气部件实质上熔化或其它劣化而变得不可操 作。替换这些部件将是昂贵、 耗时的， 并且导致蜂窝塔操作者的停机时间。为了减小雷击对 天线塔的影响， 电涌保护器通常与同轴电缆协调安装， 以防止可能损坏电子装置的危险电 涌或波峰的通过。在正常操作期间， 微波和射频信号经过电涌保护器而不会中断。在有雷 击或电压和 / 或电流中的其它电涌时， 电涌保护器将电涌分流到地。。
14、 0003 在天线塔的同轴电缆中使用的一种电涌保护器是四分之一波长短线柱设备， 其具 有 T 字形配置， 包括同轴通过部段和垂直于同轴通过部段的中间部分连接的四分之一波长 短线柱。同轴通过部段在任一端均与标准连接器匹配。在短线柱和同轴通过部段之间的 T 字形接头处， 短线柱的中心导体和外部导体连接到同轴通过部段的中心和外部导体。在短 线柱的终端端部， 中心和外部导体连接在一起， 由此产生短路， 其连接到地。短线柱的物理 长度等于经过同轴电缆的频率带的中心频率波长的四分之一。 0004 在正常操作期间， 四分之一波长短线柱设备允许期望频率带内的信号经过该通过 部段。期望信号的一部分在 T 字形接。
15、头处遭遇短线柱部分并且朝向短线柱的长度向下散 射， 其中该部分信号反射离开短接线路并且返回接头处。因为短线柱的物理长度等于经过 同轴电缆的频率带的中心频率波长的四分之一， 散射的信号部分在相位上增加到未散射信 号部分， 并且经过以到达同轴通过部段的相对端部。 0005 当在传输线中发生电涌时， 例如来自雷击， 短线柱的物理长度大大短于中心频率 波长的四分之一， 因为电涌处于比期望操作频率带低得多的频率。 因此， 电涌沿着同轴通过 部段的内部导体到达短线柱， 通过短线柱到达短接线路， 并且通过短接线路到达地。因此， 电涌被电涌保护器转向到地。 0006 四分之一波长短线柱设备的一个缺陷是其具有有。
16、限能力传递 dc 信号。这对于具 有安装在塔上放大器的蜂窝发射塔来说是个问题， 在这样的蜂窝发射塔中可能需要通过同 轴电缆从基站传递高达 90 伏特上行到塔。 0007 四分之一波长短线柱设备的另一个缺陷是其具有有限的操作带宽， 仅仅传递窄带 的频率信号。随着社区对增加更多蜂窝塔的主力增大， 许多蜂窝载波通过双倍或者甚至三 倍其相应频率带来共同定位其操作系统。 这样， 每个载波系统的不同频谱在塔的顶部结合， 通过共用宽带同轴电缆发送到塔的底部， 并且分离到它们各自的天线和无线设备。如果四 分之一波长短线柱安装在宽带同轴电缆中， 其将仅仅传送小频率范围的信号， 并且过滤掉 说 明 书 CN 10。
17、2804526 A 5 2/8 页 6 其余信号， 由此用作窄通带滤波器。 如果特定的载波的信号处于被过滤的范围内， 这将完全 不是所期望的。 0008 共同定位的载波系统还可以将其自身单独的同轴电缆从塔延伸到基站， 但此方法 是浪费的并且需要无线服务提供商或者塔操作者库存有一定范围的四分之一波长短线柱 电涌保护器来适应全部通常分配的带宽 （例如， 800-870 MHz, 824-896 MHz, 870-960 MHz, 1425-1535 MHz, 1700-1900 MHz, 1850-1990 MHz, 2110-2170 MHz, 2300-2485 MHz 等） 。 0009 与。
18、在天线塔的同轴电缆协调安装的另一种电涌保护器是气体管道避雷器。 气体管 道避雷器通常容纳气体囊管， 气体囊管放置在同轴管线中的中心导体和外部导体之间。管 道中的气体通常是惰性的， 但是在其上应用阈值电压势时电离并且变得导电。气体管道避 雷器在正常操作下允许操作信号通过设备， 但是在发生电涌时气体电离并且产生从中心导 体到外部导体的电流路径， 由此将电压转向到地。 当管道上的电压势降低到阈值下时， 管道 中的气体再次变得惰性。 0010 气体管道避雷器的一个缺陷是设备的响应时间允许电压波峰在气体电离并且变 得导电前的时间段内经过设备。虽然此时间段仅仅为毫秒级， 但高达 1kV 的电压可经过以 到。
19、达基站处的装置， 这可能损坏该装置。 0011 气体管道避雷器的另一个缺陷是随着时间经过和经历多个电涌事件， 管道中的气 体保持一定的导电性并且可能 “泄漏” 电流到地。此外， 没有办法确定该设备的状况是否劣 化， 直到在电涌事件期间其不能工作。 因此， 制造商推荐周期性替换气体管道避雷器而无论 其状况如何， 这浪费时间、 人力和金钱。 发明内容 0012 考虑到上述背景， 因此本发明的一个目的是提供一种电涌保护器， 其将保护同轴 传输线免于大的电压和电流波峰， 并且在正常使用中传递 dc 功率。简而言之， 一种具有特 性阻抗的高压电涌保护设备包括 ： 限定轴线的中心导体 ； 相对于内部导体成。
20、环绕关系布置 的导电的外部主体 ； 和布置在中心导体和外部主体之间的电介质层。具有第一有效阻抗值 的导电的电涌保护元件布置为与外部主体电接触并且与中心导体成间隔开关系。 该间隔开 关系形成电涌保护元件和中心导体之间的间隙。 具有比第一有效阻抗值大的第二有效阻抗 值的绝缘的调谐元件以阻抗复原关系连接到电涌保护元件。 第一有效阻抗值和第二有效阻 抗值的结合有效地等于所述高压电涌保护设备的特性阻抗。 0013 根据本发明的实施例， 提供一种电涌保护器， 其中所述间隙配置为放电高于 500 伏特的电压。 0014 根据本发明的另一个实施例， 电涌保护设备包括 n 个导电的电涌保护元件， n 为复 数个。
21、， 其具有 n 个有效阻抗值。所述第一阻抗值包括该 n 个有效阻抗值的结合。 0015 根据本发明的另一个实施例， 电涌保护设备包括 m 个绝缘的调谐元件， m 为复数 个， 其具有 m 个有效阻抗值。所述第二有效阻抗值包括该 m 个有效阻抗值的结合。 附图说明 0016 作为本发明优选实施例的特性的新颖特征在权利要求中具体阐述。 结合附图参考 以下描述可以最好地理解该发明本身， 针对其组织及操作方法而言， 在附图中 ： 说 明 书 CN 102804526 A 6 3/8 页 7 图 1 是根据本发明实施例的电涌保护器的立体分解视图 ； 图 2 是图 1 所示的电涌保护器的横截面视图 ； 图。
22、 3 是图 2 所示的电涌保护元件的替代实施例的横截面视图 ； 图 4A 是电涌保护元件的替代实施例的横截面视图 ； 图 4B 是电涌保护元件的替代实施例的横截面视图 ； 图 4C 是电涌保护元件的替代实施例的横截面视图 ； 图 5 是是根据本发明另一个实施例的电涌保护器的立体分解视图 ； 图 6 是图 4 所示的电涌保护器的横截面视图 ； 图 7 是根据本发明另一个实施例的电涌保护器的立体分解视图 ； 图 8 是图 6 所示的电涌保护器的横截面视图 ； 和 图 9 是根据本发明实施例用于提供高压电涌保护器的方法的框图。 具体实施方式 0017 根据 IEEE 规范 62.41， 用于 75 。
23、欧姆同轴电缆的气隙电涌避雷器已经被公开， 其在 50微秒的时间段上在3000安培下耗散高达6000伏特的电涌。 虽然所公开的电涌避雷器可 以是有用的， 并且对特定应用是有利的， 但其具有缺陷。 0018 对于为 75 欧姆同轴服务配置的电涌避雷器所指出的一个这样的问题在于， 其是 为相对较小电涌而设计的， 例如在雷击附近的室内线路中的电涌。 在这样的应用中， 仅有小 部分的电涌脉冲通过同轴电缆承载。但是， 适用于室外发射塔中的 50 欧姆服务的电涌避雷 器可能非常靠近雷击， 或者承受直接冲击。通过同轴线路冲击的能量脉冲可能在相同的电 涌事件期间处于比室内 75 欧姆同轴连接器中的能量脉冲大的幅。
24、值量级。因此， 所公开的 75 欧姆电涌保护器的设计不能例如缩放用在发射塔中的 50 欧姆服务中。根据 IEEE 标准 62.41， 在发射塔中使用的电涌保护器 （例如具有高暴露率的位置 C） 可能需要在 500 伏特启 动， 并且在 50 微米中耗散高达 20000 伏特和 10000 安培。对 75 欧姆使用公开的设备将在 直接雷击期间存在的能量电涌期间肯定熔化， 因为该设备通常非常薄， 在 0.02 英寸 （0.51 毫米） 的量级。一个可能的解决方案是将所公开的气隙电涌避雷器串联堆叠起来以形成足 够的厚度以在能量电涌中保存下来， 但是堆叠这些设备将不利地影响电涌避雷器的特性阻 抗。从 。
25、50 欧姆的特性阻抗小至 1 或 2 欧姆的偏离可能导致同轴线路中不可接受的返回损 失。 0019 此处描述了同轴电涌保护器的一个实施例以耗散雷击中的大能量电涌。 电涌保护 器还通过结合调谐元件来消除对特性阻抗的负面影响， 如下所述。 0020 参考附图的图 1， 图示了结合本发明的电压电涌保护设备的同轴电涌保护器 10。 电涌保护器 10 可以大体为圆柱形， 并且包括限定中心纵向轴线 14 的中心导体 12。中心导 体 12 适于与同轴连接器的中心导体匹配。取决于具体应用， 中心导体 12 可以是金属的， 例 如铜， 并且还可以是实心的或中空的。在一个示例中， 中心导体 12 在每个端部处包。
26、括筒夹， 其配置为接纳 7/16DIN 连接器的凸形销。电涌保护器 10 还包括同心地环绕中心导体 12 的 导电外部主体 16， 和布置在中心导体 12 与外部主体 16 之间的电介质层 18。在图 1 所示的 示例中， 电介质层 18 是空气， 但是也可以使用其他电介质材料， 例如聚碳酸酯。导电外部主 体 16 可以是刚性的， 如图所示， 或者替代地可以包括由保护外套环绕的挠性金属护套。 说 明 书 CN 102804526 A 7 4/8 页 8 0021 在一个示例中， 电涌保护器 10 包括连接器接口以与同轴连接器匹配。图 1 所示的 示例连接器接口是凹形-凹形7/16DIN连接器，。
27、 包括适于引导凸形7/16DIN连接器 （未示出） 的套筒 28。连接器接口可以从 BNC 连接器、 TNC 连接器、 F 型连接器、 RCA 型连接器、 7/16DIN 凸形连接器、 7/16DIN 凹形连接器、 N 凸形连接器、 N 凹形连接器、 SMA 凸形连接器和 SMA 凹 形连接器构成的连接器接口组中选择。 0022 如上所述， 在一个实施例中的电介质层 18 可以是空气， 如图 1 所示。中心导体 12 于是必须支撑在电涌保护器 10 中。在此配置中， 电涌保护器 10 还包括中心导体支撑绝缘 件 30， 其布置在中心导体 12 和外部主体 16 之间并且与两者接触。支撑绝缘件包。
28、括中心布 置穿过支撑绝缘件的孔 38， 用于接收中心导体 12。支撑绝缘件 30 可以由非导电材料制成， 例如塑料， 并且使得中心导体 12 围绕轴线 14 同心地布置在外部主体 16 内。在此公开实施 例中， 支撑绝缘件 30 是垫圈， 但其他配置也是可以的。例如， 支撑绝缘件 30 可以包括内环、 外环和将内环连接到外环的支撑臂。此外， 内环和外环可以是实心的或者分段的。支撑绝 缘件 30 是可选的， 如果电介质层 18 是固态的， 例如聚碳酸酯， 因为电介质 18 可以提供支撑 功能。 0023 电涌保护器 10 还包括电涌保护元件 20， 围绕轴线 14 同心地布置并且与外部主体 16。
29、 电接触。电涌保护元件 20 由导电材料构成， 例如青铜， 并且具有预定宽度 W。在公开的 实施例中， 电涌保护元件 20 的外径被压入配合到外部主体 16 中。 0024 参考附图的图 2， 在一个示例电涌保护元件 20 中， 电涌保护元件 20 包括环形外部 主体 22 和从环形外部主体 22 向内延伸的至少一个叉臂 24。 0025 虽然图中示出的电涌保护元件包括三个等距间隔的叉臂 24， 但已经发现四个叉臂 24 也一样好地工作。事实上， 叉臂 24 的数量对于本实施例并非关键因素 ； 因为一个或更多 叉臂 24 将满足需求。此外， 叉臂 24 不需要等距间隔。 0026 取决于具体使。
30、用和应用， 电涌保护器 10 可以包括单个电涌保护元件 20 或沿着轴 线 14 间隔的多个元件 20。一般地， 具有多个叉臂 24 的多个电涌保护元件 20 将增强电涌保 护器 10 的使用寿命， 但这些优点必须仔细与阻抗考虑相权衡， 如下所述。 0027 叉臂 24 与中心导体 12 成间隔关系， 意味着没有电涌保护元件 20 的部分与中心导 体 12 物理接触。电涌保护元件 20、 中心导体 12 和间隔关系的结合形成适于将中心导体 12 中的高压电涌转向到地的火花间隙 26。在公开的实施例中， 火花间隙 26 由空气构成， 空气 具有 3000000 伏特 / 米的介电强度。火花间隙 。
31、26 的大小规定了电流将从中心导体 12 电弧 放电到外部主体 16 的阈值电压水平。在一个实施例中， 火花间隙 26 使用在中心导体电压 达到 500 伏特时电弧放电。火花间隙 26 将为约 0.007 英寸 （0.18 毫米） 。 0028 在无线发射塔中利用的50欧姆同轴传输线在雷击期间可能遭受超过100000伏特 的电涌。虽然火花间隙 26 可以配置为在大大低于此值的电压下电弧放电， 例如在 500 伏 特， 但是电涌保护元件 20 的结构必须设计为使得其能够反复地承受不仅仅是高压， 还有在 电弧放电期间的等离子相中达到的延长的电流密度和高温。电涌保护元件 20 的宽度 W 和 材料成。
32、分适于承受这些极限条件。 0029 参考附图中的图 3， 示出了本发明的替代实施例， 其中火花间隙 26 具有不同大小 以适应不同条件。在一个实施例中， 间隙 26A 是 0.007 英寸 （0.18 毫米） , 其将在约 500 伏 特电弧放电。间隙 26B 为 0.026 英寸 （0.66 毫米） ， 其将在约 2000 伏特下电弧放电。最后， 说 明 书 CN 102804526 A 8 5/8 页 9 间隙26C大小为0.079英寸 （2.0毫米） ， 其将在6000伏特下电弧放电。 对应的叉臂24A-24C 还可以具有不同的宽度， 允许在更高电压下更稳固的配置。这样， 电涌保护元件 。
33、20 提供了 保证措施， 即在非常大的电涌发生时较大间隙的叉臂将承载部分该负载。 此外， 如果较小的 间隙 26A 和 / 或 26B 将被消耗或损坏， 未损坏的间隙 26C 仍然可用。 0030 参考附图中的图 4A-4C， 示出了用于电涌保护元件 20 的叉臂 24 的不同配置。在 图 4A 中， 一个叉臂 24 的顶部 25 示出为包括倒圆角的转角。在图 4B 中， 顶部 25 具有半圆 柱形轮廓， 由此产生与中心导体 12 的圆形轮廓平行的板配置。图 4C 示出了切凹口的顶部 25. 此配置具有使得叉臂到中心导体配置的电容效应最小化的优点， 而不会损失间隙的接 近性或者顶部 25 的大。
34、部分电流承载能力。取决于具体设计要求， 顶部 25 的配置可用选择 最适合的。 0031 在传统连接器设计中， 期望将连接器组件的阻抗尽可能接近地匹配传输线的特性 阻抗。如上所述， 无线通信工业中的信号可在蜂窝天线塔和基站之间使用特性阻抗为 50 欧 姆的同轴电缆来传输。因此， 一个实施例中的电涌保护器 10 可用适于匹配 50 欧姆的特性 阻抗。典型的， 连接器组件中的每个单个部件设计为具有紧密匹配组件的特性阻抗的有效 阻抗值。如此处所用， 术语 “有效阻抗” 是指组件中单个部件的阻抗值。通常， 同轴部段的有 效阻抗值以外部导体直径对中心导体直径之比的对数来变化。 换言之， 对于给定的电介质。
35、， 两个导电直径之间的距离越大， 有效阻抗值越大。如参考图 2 可见， 叉臂 24 的直径非常接 近中心导体 12 的直径， 仅仅由火花间隙 26 分开。因此， 局部阻抗值变得非常小， 也就是说， 叉臂阻抗的局部贡献用于降低整个有效阻抗值。因此， 电涌保护元件 20 的有效阻抗值被叉 臂 24 负面地影响。如果电涌保护元件 20 包括三个或四个叉臂 24， 该负面影响将加剧。 0032 此外， 电涌保护元件 20 的厚度 W 进一步地以负面方式影响有效阻抗值。以上讨论 的电涌保护元件20的每个配置适于承受非常大的电压波峰， 在许多情况下大于1000伏特， 并且在一些情况中高达 100000 伏。
36、特。因此， 每个电涌保护元件 20 的宽度 W 可能相对于电 涌保护器 10 中的其他部件而言相当厚， 以承载该电流。虽然 75 欧姆示例中公开的设备的 厚度约为 0.020 英寸厚， 电涌保护元件 20 的厚度可以厚得多， 在某些示例中可以高一个数 量级厚。厚度直接相关于叉臂 24 的横截表面积， 并且因此直接相关于元件 20 可以承载的 安培数。在某些示例中， 叉臂 24 的横截面积继而大于中心导体 12 的横截面积。这样， 叉臂 24 将配置为至少承载与中心导体一样大的电流。在其他示例中， 电涌保护元件 20 的厚度 W 可以为 0.250 英寸 （0.64 厘米） 或者甚至高达三英寸 。
37、（7.6 厘米） ， 取决于设计的需求电流容 量。 0033 对于简单的几何横截面， 有效阻抗值可以根据已知公式计算。 对于复杂横截面， 例 如如图2所示， 商业上可获得的软件， 例如由Computer Simulation Technology销售的CST Microwave Studio 可用于确定有效阻抗值。 0034 考虑到这些问题并且现在返回去参考附图中的图 1， 电涌保护器 10 还包括以阻抗 复原关系连接到电涌保护元件 20 的绝缘调谐元件 32。本发明的发明人已经认识到非常接 近中心导体 12 的电涌保护元件 20 将不会不利地影响电涌保护器 10 的信号响应， 如果由火 花间。
38、隙 26 产生的低阻抗的局部区域对电涌保护器 10 内的其他区域进行补充。 0035 通常， 调谐元件32将具有大于电涌保护元件20的值的有效阻抗值， 使得结合起来 时电涌保护器 10 的特性阻抗被复原到设计值。调谐元件 32 可以单纯地连接到电涌保护元 说 明 书 CN 102804526 A 9 6/8 页 10 件 20， 或者其可以对电涌保护器 10 中的每个部件的全部有效阻抗值进行考虑。在图 1 所 示的实施例中， 多个调谐元件 32 连接到多个电涌保护元件 20。阻抗复原关系可以通过将 调谐元件 32 布置为与电涌保护元件 20 物理接触来产生， 如图 1 所示， 或者通过将调谐元。
39、件 32 布置为在外部主体 16 内沿着轴线 14 的任何位置来产生。 0036 调谐元件 32 可以由绝缘材料制造， 例如聚碳酸酯、 DuPontTM Telflon 等。 0037 在一个实施例中， 阻抗复原关系通过将一个电涌保护元件 20 与一个调谐元件 32 配对来产生。调谐元件 32 的复原阻抗 Zm可以大体根据以下方程式计算 ： （1） 其中 Z0是电涌保护器 10 的特性阻抗， 并且 Zeff是电涌保护元件 20 的有效阻抗。 0038 电涌保护元件 20 和调谐元件 32 的具体配置和配对可以根据设计考虑而变化。例 如， 一个替代配置需要与单个调谐元件 32 配对的多个 （n 。
40、个） 导电电涌保护元件 20。每个 电涌保护元件 20 具有在计算单个有效阻抗值 Zeff时将被考虑的有效阻抗值。随着元件数 量增大， 各个有效阻抗可以使用上述软件 CST Microwave Studio 结合为单个有效阻抗值 Zeff。 0039 另一个替代配置需要与多个 （m 个） 绝缘调谐元件 32 配对的单个电涌保护元件 20。每个调谐元件 32 具有有效阻抗值。各个有效阻抗可以使用上述软件 CST Microwave Studio 结合为单个复原阻抗值 Zm。 0040 第三替代配置需要与多个 （m 个） 绝缘调谐元件 32 配对的多个 （n 个） 导电电涌保 护元件 20。在此配。
41、置中， 各个有效阻抗可以结合为单个有效阻抗值 Zeff， 并且各个有效阻抗 值可以结合为单个复原阻抗 Zm。 0041 如参考上述替代配置可以认识到， 出现垫片 44 可以用作至少一个调谐元件 32 的 特殊情况。 现有技术垫片通常设计为匹配连接器的特性阻抗， 但当在此处使用时， 垫片可以 设计为与电涌保护元件 20 为阻抗复原关系。 0042 同轴传输线中的电压电涌必须被转向到地。在一个实施例中， 电涌保护器 10 被用 于通过将来自中心导体 12 的电压波峰传递越过火花间隙 26 到外部主体 16 并且到地来实 现此功能。电涌保护器 10 可以包括与外部主体 16 电连通的接地元件 36。。
42、在此公开实施 例中， 接地元件 36 是牢固固定到外部主体 16（例如通过焊接） 的突耳， 以确保正确电传输。 接地元件 36 的另一个示例包括接地短线住或者带式接地夹子。 0043 参考附图中的图 5 和图 6， 电涌保护器 10 包括两个电涌保护元件 20A 和 20B 以及 一个调谐元件 32。中心导体 12 具有不规则形状。部段 12A 具有与前述实施例公开基本相 同的配置。中心导体 12 具有向外突出直径部段 12B， 包括 V 形切口 40， 用于增强通过将电 涌改向到叉臂 24 的顶部 25 而行进越过火花间隙 26 电弧放电的能力。V 形切口 40 还减小 在电涌顶部 25 的。
43、半圆形部分与中心导体 12 的圆柱形部分 12B 之间产生的电容的量。电容 的减小有助于消除电涌保护元件 20 产生的低阻抗。中心导体的部段 12C 具有在调谐元件 32的区域中的减小直径， 以提高有效阻抗值。 在所示的布置中， 通过增大由空气构成的电介 质层的径向距离可以对调谐元件 32 实现较高的有效阻抗值。 说 明 书 CN 102804526 A 10 7/8 页 11 0044 电涌保护元件 20A、 20B 的叉臂 24 不必要相对于轴线 14 具有相同的角度定向。如 图 5 最佳可见， 电涌保护元件 20B 上的叉臂 24 相对于电涌保护元件 20A 上的叉臂旋转大约 60 度。。
44、 0045 参考附图的图 7 和图 8， 电涌保护器 10 的另一个实施例包括越过电涌保护元件 20 和两个调谐元件 32A、 32B。中心导体 12 具有不规则形状。部段 12A 具有与前述实施例公开 基本相同的配置。中心导体 12 的部段 12B 具有在调谐元件 32A 和 32B 的区域中的减小直 径， 以提高有效阻抗值。 在所示的布置中， 通过增大由空气构成的电介质层的径向距离可以 对调谐元件 32A 和 32B 实现较高的有效阻抗值。中心导体 12 的部段 12C 具有比部段 12A 的直径大的向往突出直径。 0046 虽然在附图中未示出， 中心导体12可以包括突起， 类似于电涌保护。
45、元件12的叉臂 24， 并且电涌保护元件 20 可以没有叉臂， 仅由环形外部主体 22 构成。 0047 现在参考附图的图 9， 示出了用于提供同轴电缆的高压电涌保护的方法 200。方法 200 包括步骤 210， 确定期望电涌保护的阈值电压。如此处定义， 阈值电压是使得中心导体 中的电压跳跃到电涌保护元件 20 的值。在越过实施例中， 阈值电压是 500 伏特， 意味着连 接到同轴电缆的装置必须能够在短时间段内承受500伏特。 方法200还包括步骤220， 选择 与阈值电压一起使用的电涌保护元件20。 当选择元件200时考虑的一个因素包括火花间隙 26 的大小。火花间隙 26 将根据如下方面。
46、确定大小 ：（1） 将中心导体 12 和外部主体 16 分隔 开的电介质层 18 和 （2） 期望电涌保护的阈值电压。当选择电涌保护元件 20 时考虑的其他 因素包括叉臂 24 的数量和横截面积， 叉臂 24 具有与电涌保护器 10 的稳固性、 其耐用性和 电涌保护器 10 能承受的电涌次数相关的关系。在一个示例中， 叉臂的横截面积大于中心导 体的横截面积。在另一个示例中， 电涌保护元件 20 的选择包括在布置中选择多个电涌保护 元件 20。 0048 当电涌保护元件 20 的选择完成时， 该元件的第一有效阻抗值可以在布置 230 确 定。第一有效阻抗值可以例如使用 CST Microwave。
47、 Studio 来计算。由于电涌保护元件 20 的几何形状， 即叉臂24从中心导体12近距离地隔开， 第一有效阻抗值将很困难降低到同轴 传输线的特性阻抗之下。 0049 在步骤 240， 调谐元件 32 被选择， 其具有大于电涌保护元件 20 的第一有效阻抗值 的第二有效阻抗值。第二有效阻抗值被选择使得当与第一有效阻抗值配对时， 同轴连接器 的特性阻抗将基本上等于传输线的特性阻抗。通过 “基本上等于” ， 是指阻抗的差别将不会 不利地通过连接器影响传输的信号响应。电涌保护元件 20 和调谐元件 32 在步骤 250 以阻 抗复原关系连接在连接器内， 例如通过将两个部件以彼此物理接触关系组装。在。
48、某些实施 例中， 从外部主体 16 到地的路径可能是需要的。因此， 方法 200 还包括提供接地元件 36 的 步骤。 0050 本发明的一个优点在于， 非常大的电涌 （例如在 50 微秒内在 10000 安培下超过 20000 伏特） 可以容纳在传输线中， 而无需借助多个电涌保护设备。与四分之一波长短线柱 不同， 本发明的电涌保护器能够传递dc功率， 因为中心导体12在整个电涌事件期间保持电 连续性。此外， 本发明的电涌保护器在劣化时不遭受 “泄漏” 电流到地。 0051 所公开电涌保护器 10 的另一个优点在于， 对电涌保护元件 20 的宽度 W 实际上没 有约束。现有技术电涌保护元件试图。
49、最小化该宽度以最小化对阻抗和信号响应的负面影 说 明 书 CN 102804526 A 11 8/8 页 12 响。通过连接调谐元件 32 去除对宽度 W 的约束允许更稳固的设计， 并进一步允许电涌保护 器 20 设计用于在高得多电流下用于高得多的电压。 0052 所公开电涌保护器 10 的另一个优点是其有效性能频带不限于窄频率带。虽然四 分之一波长短线柱在约 10 兆赫宽的非常有限频率范围内可能很有用， 本发明不受这样的 限制。换言之， 电涌保护器 10 不以四分之一波长短线柱那样用作带通滤波器。本发明的电 涌保护器10适于在包括470兆赫 （开始于UHF频带） 达到3千兆赫 （蜂窝频率） 的宽频谱上操 作， 包括WiMAX频谱。 此外， 因为调谐元件32复原特性阻抗到线阻抗的特性阻抗 （例如50欧 姆） ， 有效性能频带内的返回损失不少于 20 分贝。实际上， 对于由离散频率范围构成的有效 性能频带 （例如， 800-870 MHz, 824-896 MHz, 870-960 MHz, 1425-1535 MHz, 1700-1900 MHz, 1850-199。