同轴电涌放电器/功率抽取器组件 与此有关的申请 此申请是在1996年7月25日申请的、编号为08/687,229的申请的部分继续申请。
本发明涉及保护传送RF信号和AC功率的同轴传输线和从同轴传输线中抽取AC功率的设备。
于1985年10月1日授权的Kawanami的美国专利4,544,984(Kawanami＇984)公开了一种用于同轴传输线的气体放电管电涌放电器。根据Kawanami＇984的专利，传统的气体放电管虽然能用作电话线的电涌放电器，但不能用于高频同轴传输线，因为，(1)气体放电管的电容量相当大，(2)所需放电管的连接的性质会使同轴传输线的阻抗有很大的变化，从而在传输线中造成反射。根据Kawanami＇984的专利，以前是没有能用在高频同轴传输线地电涌放电器(第1栏第57行至第2栏第4行)的。
Kawanami＇984的专利公开了一种电涌放电器，该电涌放电器在一与信号传输垂直的方向上把一气体放电管连接在同轴传输线的内外导体之间。通过减少内导体的有效横截面面积而使由于在同轴传输线中使用气体放电管而引起的、不希望有的电容的增加得到补偿，减少横截面的办法是在气体放电管与内导体接触处去掉一部分中心导体以形成气体放电管置于其上的平面。
在1985年4月2日授权的Kawanami的美国专利4,509,090(Kawanami＇090)也说明了为什么传统的气体放电管不能成功地在同轴传输线中用作电涌放电器，同时公开了与在Kawanami＇984专利中所公开的相同类型的结构，即，在一垂直于信号传输方向的方向上把气体放电管连接在同轴传输线的内外导体之间的装置。在图7中，Kawanami＇090专利提供了有关在中心导体接触气体放电管处减少中心导体的有效横截面面积的作用的信息，表明1或2mm量级的小尺寸的改变对电压驻波比(VSWR)有显著的影响。
在1986年12月30日授权的Mickelson的美国专利4,633,359也公开了一同轴传输线的电涌放电器，在该电涌放电器中，气体放电管在一垂直于信号传输方向的方向上连接在传输线的内外导体之间。Mickelson的装置的优点被认为在于制造方便而成本低。同Kawanami＇090和＇984专利一样，Mickelson使用的是在气体放电管接触中心导体处被弄平的中心导体。此平面除用作气体管的管座之外，还可调整中心导体的电感，以补偿气体管的分布电容。并在邻近平面处设置槽以使电涌放电器的阻抗与传输线的阻抗匹配。众所周知，当使用匹配的阻抗时，功率的传递可达到最大。
Cook的GB2,083,945A的专利一种同轴传输线气体放电管电涌放电器，该放电器包括一中心电极7、一圆柱形外电极1和绝缘端3和5。中心导体可以是如图2所示成“弯曲状”。在DE3,212,684A1的专利中示出了一类似的同轴传输线电涌放电器。
于1995年8月10日公布的PCT申请WO95/21481揭示了一种适用于本发明同轴电涌放电器/功率提取器组合件的同轴电涌放电器。所公布的PCT申请以在1994年2月7日申请的编号为08/192,343的美国申请和在1994年12月8日申请的编号为08/351,667的美国申请、现在为5,566,056号的美国专利为基础，它们是本申请的母申请。该两个母申请的申请日在此不要求保护，所公布的PCT申请是本申请所保护的主题的已有技术。
本发明设计成与传送RF信号同时还向安装在例如建筑侧的用户界面装置中的线路提供AC功率的同轴传输线一起工作。同轴传输线传送诸如频率范围在5MHZ至1GHZ的电缆电视、电视电话、数据信号和类似信号。向在用户界面装置中的线路提供AC功率的一个途径是使用包括一同轴电缆和一双扭线的混合电缆，其中同轴电缆传送RF信号，双扭线传送AC功率。这种电缆有时被称作“双重连接”电缆。为安全起见，同轴电缆和双扭线都必须用电涌放电器保护，意即需要两个电涌放电器。此外，这类“双重连接”的同轴电缆安装的代价很大。在目前，用户界面装置只能允许“双重连接”电缆的方法。
本发明提供一种允许在从同轴电缆中提取AC功率的同时用一个信号同轴电涌放电器提供过电压保护的同轴电涌放电器/功率提取器组合的设备。这就避免了使用一根“双重连接”同轴电缆需要两个电涌保护器，即同轴电缆和双扭线各需要一个电涌保护器的缺点。本发明降低了成本，因为传统同轴电缆比“双重连接”电缆便宜，又因为只需要一个信号电涌放电器。现在只要用一个信号装置就能完成保护和功率提取的双重功能。如果需要，可省略同轴电涌放电器，在这种情况下，信号装置只能进行从由同轴传输线传送的RF信号和AC功率中提取AC功率的功能。
本发明包括一同轴电涌放电器/功率抽取器组件，它用于从传送RF信号和AC功率的同轴传输线中抽取AC功率，同时在过压情况下保护同轴传输线。电涌放电器/功率抽取器组件包括其每一端有同轴导体的导体外壳，该外壳适用于串联在同轴传输线中。导体外壳包含一与功率抽取线路串联的同轴电涌放电器。
同轴传输线电涌放电器包括一空心导体外壳，该外壳具有密封外壳并把惰性气体保持在该外壳内的绝缘端。一中心导体在信号传输方向轴向延伸过导体外壳。绝缘端可以是陶瓷的，与导体外壳和中心导体接触的陶瓷端部分可金属化。导体外壳的至少一部分内表面和中心导体的至少一部分外表面被粗化扩大以集中电场，使气体放电管得以可靠运行。通过改变沿中心导体长度的导体外壳的内径与中心导体的外径之比和改变设备有效气体放电区域的长度使同轴电涌放电器的阻抗与同轴传输线的阻抗匹配。气体放电管可装有一故障安全机构(fail-safe mechanism)，该故障安全机构采用一种热敏的电绝缘材料，如果气体放电管在其保护运行的过程中过热，它就会使同轴传输线接地。此外，本发明的同轴电涌放电器可包含电流限制和/或低压保护。同轴电涌放电器的导体外壳电气连接于保护器/功率抽取器的导体外壳。
功率抽取线路包括一连接于同轴电涌放电器的输出端、用来抽取AC功率的感应器。一电阻可与该感应器并联。一电容器也连接于电涌放电器的输出端，使RF信号通过它。感应、电阻和电容的参数是这样选择的，感应器使AC功率通过但RF信号不能通过，电容器使RF信号通过但AV功率不能通过。
在说明书结尾的权利要求书中特别指出了发明人所认为的本发明的主题，参阅下面结合附图的描述，可更好地理解本发明以及本发明的工作方法和各种优点，附图中，相同的零部件用相同的编号表示。
为了更彻底地理解本发明，下面结合附图、通过非限制性的实施例描述本发明，其中：
图1是根据本发明的原理制成的气体放电管的一实施例的纵向剖视图；
图2是图1所示装置的端视图；
图3是去掉盖子后的气体放电管的部分剖开的的俯视图，该气体放电管插在其上固定一对同轴连接器的外壳中；
图4是部分剖开的外壳侧视图，示出了设置在外壳中的气体放电管；
图5是一接地夹的立体图；
图6是用来把气体放电管固定在外壳内的安装夹的立体图；
图7是用在气体放电管与安装夹之间的热敏绝缘体的立体示意图；
图8是根据本发明的原理制成的气体放电管的另一实施例的剖视图；
图9是图8所示装置的端视图；
图10是图8所示的气体放电管去掉盖子后的、部分剖开的俯视图，该气体放电管安装在外壳中；
图11是图10中所示装置的部分剖开的示意图；
图12是另一外壳去掉盖子的俯视图，连接器在外壳的不同表面上；
图13是图12所示的外壳的端视图；
图14是本发明气体放电管的再一个实施例的的剖视图；
图15A是使用本发明气体放电管的一印刷线路板同轴连接器的侧视图；
图15和15C是图15A的两个不同的同轴连接器的剖视图；
图16A是应用本发明气体放电管的轴向连接的同轴连接器的侧视图；
图16是图16A的同轴连接器的剖视图；
图17A是应用本发明的气体放电管的直角式同轴连接器的侧视图；
图17是图17A的同轴连接器的剖视图；
图18是按本发明的一同轴电涌放电器的示意图，图中有电流限制和低压保护部分；
图19是带有一采用本发明气体放电管的阳同轴连接器的同轴电缆的剖视图；以及
图20是具有形成一体的电涌放电器的阴-阴同轴连接器的剖视图。
图21是本发明一网络界面设备的平面图，它包括端接同轴传输线的设备和端接传统电话线而对同轴传输线和传统电话线提供保护的设备。
图22是用在一网络界面设备中的一同轴传输线分离器与一同轴传输线电涌放电器的部分示意图。
图23是用安置在一印刷线路板上的一同轴传输线电涌放电器和同轴连接器端接在网络界面设备中同轴传输线的装置的侧视图。
图24是本发明具有故障短路保护的气体放电管的另一实施例的剖视图。
图25是图24所示实施例的侧视图。
图26是本发具有故障短路保护和一备用空气间隙(back airgap)的气体放电管的另一实施例的剖视图。
图27是图26所示实施例的侧视图。
图28是本发明具有故障短路保护和一备用空气间隙的气体放电管的另一实施例的剖视图。
图29是图28所示实施例的侧视图。
图30是实施本发明具有故障短路保护的气体放电管的一同轴连接器的剖视图。
图31是一盖子取下的外套的俯视图，它示出了同轴电涌放电器和可熔连杆。
图32是同样外套、但盖子盖上的侧视图。
图33是本发明同轴电涌放电器/功率抽取器组件的剖视图。
下面参阅图1和2。图中示出根据本发明的原理制成的一气体放电管10。它有一圆筒形的、由导电材料制成的细长空心外套12。其内圆周壁14最好是作过粗化处理的，以便使性能更可靠，在图1中此粗糙用螺纹状的锯齿表示，这种粗糙圆周壁能集中放电间隙中的电场。一细长的导电电极16从外套12的一端18延伸到另一端20。
电极16具有朝外的延伸部分22和24，这两个延伸部分伸出外套12的端部18和20，并设置在插入外套12的端部18和20的陶瓷(绝缘体)密封件28和30的孔26中。凸缘32和34设置在外套12内靠近端部18和20处，以使密封件28和30精确地在其中定位。电极16的外圆周也是作过粗化处理的，它在图1中用锯齿线表示，以提供气体放电管的可靠放电。一旦上述的气体放电管的零部件被组装起来，装置以传统的方式放电，从而将气体36密封在外套12中。所用的气体36为惰性气体就是在传统过压导通管中所用的那种类型。
图3示出一导电外壳38，气体放电管10以一将在下面说明的方法放入其中。外壳38包括有螺纹的输入和输出连接器40和42，本发明的输入、输出连接器40和42适用于连接传统的F型螺纹同轴连接器44和46，当然也可采用其他传统的同轴线连接器例如BNC连接器。同轴线连接器在信号传递方向对齐。各阳连接器包括有一螺纹的外管48和一绝缘体50，绝缘体50的中心有一个插入夹子54的插孔部52的导体51，夹子54在图6中详细示出。
夹子54有一第二插孔部56，在插孔部56中可容纳和可卸出地固定气体放电管10的延伸部22和24。夹子54还有多个指形条58、60、62和64，这些指形条是弯曲的，它们用来容纳气体放电管10。
为了保证气体放电管10的导电电极16的绝缘，使它不会与夹子54导电接触，在夹子54的基部68中放置一FEP热敏材料，该热敏材料延伸在指形条58、60、62和64上，以防止夹子与气体放电管10的金属外套12的导电接触。
图7示出FEP绝缘体66的结构。在绝缘体66中有两个孔70和72，使接地夹(ground clip)78的指形条74和76(如图5所示)可与外套12的金属导电表面导电接触。以一传统的方法把接地夹78连接于导电外壳38，从而使接地夹78与导电外壳38和连接器40和42的接地部分导电连接，当连接器44和46也固定其上时就完成了系统的接地完整性。
图8和9示出了气体放电管80的另一实施例，该气体放电管80包括一最好由三个部分制成的细长空心外套82。外套82包括一最好由绝缘材料(陶瓷)制成的第一部分84，一般称为接地端的在中心的第二导电部分86和与第一部分84相同的第三部分88。每一段一般都为空心的管状。导电部分86的内表面90也可是作过粗化处理的，以使气体放电管的性能以类似于图1所述的方式达到更可靠的情况。
位于外套82的空心开口92中心的是由三部分组成的导电电极94。第一和第三部分96和98具有相同的结构，并通过一形成第二部分的导电桥接销100而连接在一起。因此，通过桥接销100，从第一端102到另一端104导电接触是连续的。端盖106和108起密封作用，使气体106保留在导电电极94与外套82之间的空间中。端盖106和108与导电电极94导电接触，所以从一端到另一端形成一连续的导电媒体，使整个路径是连续的。
图10是外壳38的俯视图，在该外壳中插入了气体放电管80的另一实施例，图中的同轴线连接器46与外壳38上的连接器42分离了开来。另一连接器44则与外壳38的阴连接器40相连接。图6中示出的夹子54在这里有一点改变，即用一对可以抓紧气体放电管80的端盖106和108的指形条110和112来代替插孔部56，而夹子54的其余部分仍旧相同。这里也用了由热敏材料例如FEP形成的绝缘体66，使端盖106和108与制成夹子54的导电材料电气绝缘。
图11是外壳38的部分剖开的侧视图，图中的盖子114完全密封了外壳38。图11中的接地夹78与图5中的接地夹78相同。
图12和13所示的电涌放电器既可采用气体放电管10也可采用气体放电管80，夹子54与图6所示的稍微有点不同，因为夹子54的插孔部52被弯成直角，使之可适用于在外壳38同一面上的阴连接器40和42。另外，如果需要，为了方便可把一连接器116置于外壳38的相对壁上，夹子54则如图中的虚线所示那样改变。在外壳38上可设置带有孔122和124的安装耳朵118和120，以便使外壳38可安装在各种位置上。
在操作中，可把气体放电管的各部分组装起来，并以传统方法放电，把气体密封在外套内。此后，把该组装件放在采用FEP绝缘体的外壳中、安装上接地夹，使装置可以备作现场使用。
图14示出本发明气体放电管的再一个实施例，该气体放电管可以用于同轴传输线的电涌放电器中。气体放电管200包括一导电外壳202、绝缘端204和一穿过外壳202的中心导体206。RF信号轴向流过气体放电管200。虽然图中所示的中心导体206突出于端部204之外，但中心导体206也可以在端部204处终止，而将外部的导体连接于其上。和图1的实施例一样，绝缘端204最好由陶瓷材料制成，把外壳密封起来，并把惰性气体密封在外壳中。在传统的气体放电管中，惰性气体是氢和氩的混合气体，以提供一250至350伏直流的击穿电压。在本发明的一较佳实施例中，惰性气体为可提供约100伏直流击穿电压的氖和氩的混合气体。
绝缘端204与导电外壳202接触的区域208最好进行金属化。绝缘端204与中心导体206接触的区域210也进行金属化。在导体206伸出端部204处的绝缘端204的外表面205有环形凹口212，这些环形凹口最好也金属化。
环形凹口有利于制造过程中的金属化工序。因此，可先使包含环形凹口的绝缘端204的整个外表面金属化，然后通过磨光绝缘端的外表面而去掉环形凹口以外面积上的金属化金属。
如图14所示，例如通过螺纹或其他锯齿形状，使导电外壳202的一部分内表面214和中心导体206的一部分外表面216粗糙，以便集中电场，增加气体放电管运行的可靠性。此外，与传统的气体放电管一样，表面214和216较佳地覆盖一低逸出功材料(low work function material)，以降低击穿电压，提高气体放电管的放电特性。在表面214与216之间的区域“G”发生气体放电。区域“G”是有效放电区域。
除覆盖表面214和216之外，在邻近有效放电区域“G”的绝缘端204的内表面采用径向或圆环状石墨线形式的“条纹”。该“条纹”有助于为迅速上升的电涌引发电压的击穿。
同样如图14所示，导电外壳202的内表面与中心导体206的外表面之间的距离沿中心导体的长度方向上是有所不同的。换句话讲，外壳202的内径D与中心导体的外径d之比沿中心导体的长度是变化的。D/d之比在两绝缘端204之间的变化可达2∶1、2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1、5.5∶1、6∶1或更大。例如，D/d之比在区域“G”可以是2∶1，在区域“I”可以是7∶1，使D/d之比在两绝缘端204之间以7∶1/2∶1或3.5∶1变化。D/d之比的这种改变是用来调整气体放电管的阻抗的，使放置有气体放电管的电涌放电器的阻抗与连接电涌放电器的同轴传输线的阻抗匹配。
同轴传输线的阻抗与(D/K)/d的对数成比例，其中“D”是外导体的内径，“d”是内导体的外径，“K”是内外导体间的介质的介电常数。在图14所示的气体放电管的情况中，介质是介电常数接近于1的惰性气体。所以，气体放电管的阻抗在绝缘端之间按D/d之比的对数变化。如前所述，绝缘端204最好是陶瓷，陶瓷的介电常数约为8。通过沿中心导体206长度改变D/d之比，可以补偿由特别是绝缘端204的介电常数引起的阻抗的变化。用于阻抗匹配的气体放电管200的那部分用字母“I”表示，以区别于有效放电区域“G”。
除调整在气体放电管内的D/d之比外，还可相对于阻抗匹配区域“I”的长度，调整有效气体放电区域“G”的长度，使气体放电管的阻抗与同轴传输线的阻抗匹配。对于一50欧姆的同轴传输线来说，区域“G”与区域“I”之比可以是一比一的数量级，而对于一75欧姆的同轴传输线来讲，区域“G”与区域“I”之比可以是一比二的数量级。
图14所示的小型同轴传输线气体放电管200的一些典型尺寸是：(1)中心导体206的总长约为1英寸；(2)导电外壳202的长度约为0.32英寸；(3)气体放电管202的外径约为0.33英寸；(4)在区域“I”中的中心导体206的外径约是0.035英寸；(5)在区域“G”中的中心导体206的外径约为0.112英寸；(6)在区域“I”中的导体外壳202的内径约为0.23英寸；以及(7)在区域“G”中的导体外壳202的内径约为0.186英寸。
因此，对于这些典型的尺寸，在区域“G”的D/d之比是0.186/0.112或1.66∶1，而在区域“I”的D/d之比是0.23/0.035或6.57∶1。所以，在两绝缘端204之间的D/d之比以6.57/1.66或3.95∶1变化。
图15A至15C示出一采用图14的气体放电管200的同轴电涌放电器220。电涌放电器220连接在一使用F型同轴连接器的同轴传输线与一印刷线路板之间。因此，在电涌放电器220的一端222是有螺纹的，并与一传统的F型阳同轴连接器连接，而在其另外的端部有导体伸出，并安装在一印刷线路板或类似底板上。
在图15B中，气体放电管200的阻抗匹配部分“I”在气体放电间隙“G”的左方，而在图15C中，阻抗匹配部分“I”在气体放电间隙“G”的右方。在图15C中，中心导体206伸出气体放电管200的绝缘端的距离要使电涌放电器连接于印刷线路板，可能不够长，在这种情况下，采用另外的、与中心导体206电气连接的导体224。
如图15B和15C中所示，电涌放电器220有一个在气体放电管200后面的空穴226。通过适当地选定空穴226的大小和/或用介电常数合适的材料填充空穴，此空穴也能用来使电涌放电器的阻抗与同轴传输线的阻抗匹配。
图16A和16B示出采用图14的气体放电管200的另一种同轴传输线电涌放电器230。图16A和16B的电涌放电器是一个连接在带有F型的阳同轴连接器的两个同轴传输线之间的直排式装置。用一定位或止动螺钉232把气体放电管200固定在电涌放电器230中。
图17A和17B示出了采用图14中所示的气体放电管200的另一个同轴传输线电涌放电器240。图17A和17B的电涌放电器是一个连接在带有F型的阳同轴连接器的两个同轴传输线之间的直角装置。如图17B所示，中心导体206突出气体放电管200的长度是不够的，因此，在其上电气连接一第二中心导体242，使其延长。电涌放电器240也有一个可适当选定大小和/或用一介质材料填充的空穴244，以使电涌放电器240的阻抗与同轴传输线的阻抗匹配。
图18是根据本发明的一同轴传输线电涌放电器系统的示意图。图18示出的RF传输线有一输入端250、一输出端252和一接地端254。在RF传输线中串联着一个根据本发明的气体放电管256。从图18可以看出，RF信号经过气体放电管256，气体放电管可以是本发明的任何实施例，如分别由图1、8和14中示出的实施例10、80和200，但并不限于这些。
图18的示意图中在258处采用了一如上所述的接地夹和FEP薄膜的故障短路保护装置。还示出了限制流向电涌放电器的输出端254的电流的电感线圈260和一电阻262。此外，在中心导体与接地端之间连接一作低压保护的铁氧体珠(ferrite bead)264和一雪崩二极管266。铁氧体珠264允许低频(例如10MHz及10MHz以下)信号接地，但阻止高频(例如50MHz至1GHz)信号接地。雪崩二极管266把低频信号箝位至例如5至10伏的电压。
图19示出本发明的另一实施例，该实施例包括一其上连接有阳同轴连接器272的同轴电缆270。连接器272含有气体放电管200。气体放电管200的中心导体206伸出阳连接器272的端部。气体放电管200的各种零部件如图14所示，并在前面已描述过。
图20示出本发明的另一实施例，该实施例包括一具有背对背的阴同轴连接器282和284的电涌放电器280。一气体放电管200在同轴连接器282与284之间。图20示出的实施例与图15B、15C、16B、17B和19示出的诸实施例的不同之处在于，它的导电外壳202是与同轴电涌放电器的导电外主体形成一体的。如图20所示，阴同轴连接器282和284在气体放电管200的两侧具有固体的介质材料286和288，这些材料把气体放电管固定在同轴电涌放电器280的中部。
图21示出一个包括外壳302的网络界面设备300，该外壳302有一个保护在该外壳内的各元件的盖子(图未示)。在该设备中有两根输入同轴传输线304和306，三根用户同轴传输线308、310和312。五根同轴传输线具有同轴连接器314、316、318、320和322。在同轴传输线314与318之间有最好是如图14所示类型的同轴传输线电涌放电器。同轴传输线电涌放电器串联在输入和用户同轴传输线的中心导体之间。一把输入同轴传输线分离成两根用户同轴传输线的分离器组件324位于同轴连接器316与同轴连接器320和322之间。一最好是图14所示类型的同轴传输线电涌放电器位于组件324内。图22是显示图14的同轴传输线电涌放电器200的分离器结构的部分示意图。
如图21所示，外壳302还包括使电话公司的线与用户的线相连的组件330和332。电话公司的线和用户的线是铜线，而不是同轴传输线。在于1994年5月19日申请的申请人为Carl H.Heyerhoefer等人的并转让给TII工业公司的美国专利申请08/245,974以及于1990年12月18日授予Thomas J.Collins等人的美国专利第4,979,209中公开了适当的组件，其公开内容在此援引作为参考。在外壳302内还安装了一个含有一个气体放电管的过电压保护装置334，这种气体放电管的类型公开在于1980年7月8日授予Napiorkowski的美国专利4，212,047中。装置334具有连接电话公司线路的螺纹端336、338和接地端340。电话公司的线路处在过电压状况下时，过电压保护装置保护用户线路。
下面描述网络中的界面设备300的接地。在安装的同时将一接地件301装入外套。接地件的接线柱307连接于同轴接地件303和音频接地件305。这也为安装在金属凸缘309上的同轴连接器314和318提供接地。同轴接地件303连接于同轴分离器组件324，而音频接地件305连接于连接过电压保护装置334的接地端340的音频接地条311。如图21所示，在安装时把同轴接地件303直接连接到接地件301，从而省去了诸如在Schneider等人的美国专利5,394,466的图1中所示的接地杆71的单独的接地杆。对于接地同轴组件324而言，接地杆的省略简化了外套300的结构，降低了成本，并使外套302内的各元件的排列具有更强的灵活性。
图23示出连接输入和用户同轴传输线的另一个实施例。一输入同轴传输线350连接于安装在印刷线路板354上的直角同轴连接器352。用户同轴传输线356连接于也安装在印刷线路板354上的另一个直角连接器358。串联在输入与用户的同轴传输线中心导体之间的是一个最好是图14所示类型的同轴传输线电涌放电器360。具有同轴连接器和同轴传输线电涌放电器的印刷线路板适合安装在外壳302内。同轴连接器和同轴传输线电涌放电器连接于接地件303。
图24和25示出故障短路保护(fail short protection)的本发明同轴传输线气体放电管的另一实施例。气体放电管400包括一导电外壳402、绝缘端404和一轴向穿过外壳402内部的中心导体406。RF信号轴向流过气体放电管400。绝缘端404最好是由一陶瓷材料制成以密封外壳和在外壳内的一种惰性气体。绝缘端404与外壳402接触的区域408最好被金属化。绝缘端404与轴向导体406接触的区域410和412的区域最好也被金属化。绝缘端404的区域408和412最好相对于绝缘端的其余部分凸起，以便金属化加工。
如图24所示，导电外壳402的一部分内表面和中心导体406的一部分外表面最好是粗化处理过的，例如是螺纹或锯齿形的，以便集中电场和提高气体放电管操作的可靠性。此外，正如传统的气体放电管那样，粗糙的表面最好涂覆一种低逸出功材料，以降低击穿电压和提高气体放电管的放电性能。气体放电发生在粗糙表面之间的区域“G”。区域“G”是有效放电区域。
除了在粗化处理过的表面上涂覆低逸出功材料之外，最好在靠近有效放电区域“G”的绝缘端404的内表面上采用径向石墨导管形式的“剥离层”。这种“剥离层”有助于激发电压击穿。
还是如图24所示，圆筒形导电外壳402的内表面与中心导体的外表面之间的距离在两绝缘端之间的中心导体的长度上有变化。这种变化可采取与在前面结合图14所描述的相同的形式。
如图24和25所示，气体放电管400具有一包括导体414和至少覆盖一部分导体414的绝缘件416的故障短路机构。导体414与导电外壳402电气接触，而绝缘件416接触中心导体406，从而通常可防止导体414与导体406的电气接触。此外，绝缘件416也可位于中心导体406。作为另一种替换，导体414可与中心导体406导电接触而与外壳402绝缘。作为又一种替换，绝缘件416可覆盖所有的导体414。绝缘件416由一种诸如热塑材料的热敏材料制成，最好是由诸如聚酯薄膜的聚酯材料或FEP制成。如果气体放电管过热，则绝缘体416熔化，使导体406与外壳402短路。在操作中把外壳接地。如图25所示，导体414的形状最好是弯曲的，并最好置于外壳402中的一环状凹槽418内。
图26示出一类似于图24所示的气体放电管。图26所示的装置与图24所示的装置的不同之处在于，图26所示的装置同时包括一个故障短路的机构和一在与导体414接触的那部分中心导体406的周围套上一多孔热敏绝缘套管430形式的备用空气间隙。当导体406与外壳402之间的电压超过一预定值时，就会在导体414与导体406之间，通过由绝缘套管430中的孔形成的空气间隙而放电。多孔套管430可由诸如热塑材料的热敏材料制成，最好是诸如聚酯薄膜的聚酯材料或FEP聚酯材料制成。图27是图26所示装置的侧视图，它示出了外壳402、导体414、导体406与多孔绝缘套管430之间的关系。
图28示出一类似于图26所示的气体放电管，该两个装置都包括一故障短路的机构和一备用空气间隙。在图28中，多孔绝缘材料430呈环状，并位于外壳402的内侧。它使导体414与外壳402绝缘。导体414与导体406电气接触。在过电压状况下，导体414与外壳402之间通过多孔绝缘体430中的孔而放电。图29是图28所示装置的侧视图，它示出了外壳402、多孔绝缘体430、导体414和导体406之间的关系。
图30揭示了一种在图14中所揭示的类型的气体放电管450。放电管450有一个轴向穿过管子的中心电极452。中心电极的一端与一阴同轴导体454啮合，另一端与一阳同轴导体456啮合。气体放电管450的外周是一与气体放电管的导体外壳接触的导体套管458。同轴导体454和456安装在套管458内。在套管458还安装一故障短路的装置460，该故障短路的装置460的结构最好与在图25中所示的由导体414和热敏绝缘体416组成的故障短路的装置相同。正如图25所示的故障短路的装置，图30所示的故障短路的装置可具有：(1)在中心导体上的热敏绝缘体、(2)在弯曲导体的整个长度上延伸的热敏绝缘体或(3)与中心导体电气接触并与套管458绝缘的弯曲导体。如图30所示，故障短路的装置460最好安装在套管458内的环状凹槽中。
图31和32示出本发明的同轴电涌放电器和可熔连杆。一绝缘铰接的顶部500和底部502的外套含有一与同轴电涌放电器506电气串联的可熔连杆504。同轴电涌放电器可以是前述的类型，最好是由TII工业公司制造的E1105-1型。可熔连杆是具有一实心中心导体的同轴传输线的一段。同轴传输线最好是RG59/U，中心导体最好是直径约为0.025英寸的22AWG实心铜。也可以采用由具有等同载流量的材料制成的实心中心导体。此外，虽然22AWG实心铜的中心导体是较佳的，但也可采用24AWG实心铜的中心导体或具有等同载流量的材料。另外，虽然可熔连杆最佳的是EG59/U同轴电缆，但也可采用其它的同轴电缆。形成同轴传输线的可熔连杆的长度可约在6至24英寸之间，较佳的是在约10至18英寸之间，最佳的约为12英寸。
可熔连杆由安装在每一端上的同轴连接器508和510连接。这些连接器最好是F型的同轴连接器，并对于信号传输的频谱最好具有较低的插入损失(小于0.1dB)和较高的复原性(大于-30dB)。虽然F型是最好的，但其它类型的同轴连接器也可以采用。
一接地支座512安装在外套内，所示的一根接地线514穿入外套。输入同轴传输线516可以是RG11/U型或RG6/U。用一合适的同轴连接器518把输入同轴传输线516与可熔连杆504连接起来。输出同轴传输线520也可采用RG6/U型或RG11/U型，并也可通过一合适的同轴连接器522连接于同轴电涌放电器。
图33示出本发明的同轴电涌放电器/功率抽取器600组件的一个实施例。由同轴传输线(未示出)传送的RF信号和AC功率通过一阴F型同轴连接器602输入。RF信号通过一阳F型同轴连接器604输出，而AC功率通过导体622输出。虽然图33所示的是F型同轴连接器，但也可采用其它类型的同轴连接器。
电涌放电器/功率抽取器600包括一导体外壳606，一具有导电体的同轴电涌放电器608位于该外壳606内，同轴电涌放电器通过伸出自己的导电体610和612与导电外壳606保持电气接触。电涌放电器608最好是图14和24至30所示类型的、具有前述故障短路的机构和一备用空气间隙的同轴电涌放电器。同轴电涌放电器对于在传送RF信号和AC功率的同轴传输线上可能发生的过电压状况进行保护。
电涌放电器/功率抽取器600还包括把EF信号与AC功率分开的线路，线路包括包含在导体外壳606内的感应器614、电阻615和电容器616。感应器614、电阻615和电容器616连接于同轴电涌放电器608的输出端。感应器614和并联电阻615把同轴传输线传送的AC功率抽取出来。AC功率在穿过一起绝缘体和RF屏蔽作用的铁氧体感应器620的导体622离开导体外壳。电容器616抽取由同轴传输线传送的RF信号。电容器616使同轴电涌放电器608的输出端与同轴连接器604的中心导体电气连接。电容器616最好安装在绝缘体618上。
如上所述，感应器614、电阻615和电容器616的参数是这样选择的，即电容器616能够通过RF信号，感应器614和电阻615能够从在同轴传输线上传送的组合在一起的RF信号/AC功率中抽取AC功率。例如，对于一5MHz的RF频率和3.0ohms的容抗，电容器616的参数用公式：Xc＝1/2πfC计算。因此，3.0＝1/2π×5×106C和C＝1.061×10-8或约为0.01μf。频率越高，容抗越低。类似地，如果在5MHz感抗为60ohms，那么用公式XL＝2πfL，L的数值是60/2π×5×106或约为2.0μH。
在例子中，在5MHz时的容抗是3.0ohms，感抗是60ohms。因此，在5MHz时的容抗与感抗之比是20比1。根据本发明，在5MHz时的容抗与感抗之比应该至少是20比1，较好的至少是40比1，更好的是60比1，还要好的至少是80比1。感应值应该这样选择，即抽取的AC功率中的RF信号含量小于负40dB，较佳的是小负60dB，更佳的是小于负80dB。
实际上，需要调整电容和感应值以达到最佳结果。同样，也需要如上所述调整同轴电涌放电器的阻抗，以确保电涌放电器/功率抽取器组件的阻抗与同轴传输线的阻抗匹配。电容值可以在0.005μf至0.1μf的范围，较佳的是在0.005μf至0.05μf的范围，更佳的是在0.005μf至0.01μf范围。感应值可以在0.5μH至50μH的范围，较佳的是在1.0μH至10μH的范围。电阻值可以在100至1000ohms的范围，较佳的是在200至500ohms的范围。用4.7μH的感应、360ohms的电阻和0.01μF的电容可以获得满意的结果。
如图33所示，在同轴电涌放电器的输入侧设置在一故障安全机构624。这种故障安全机构可采用图24至27所示的形式以及如图24至27的一部分说明中所描述的替代品。同轴电涌放电器也可包括如在图26和27以及上面所描述的备用空气间隙。
应予理解的是，本领域的技术人员完全有可能在本发明的原理和范围之内还可以对为了说明本发明的特征而描述和图示的细节、材料、零部件的布置和工作条件作出种种改变和变化。