Разрядник для коаксиальной линии передачи

 

Изобретение предназначено для защиты телефонных линий от перенапряжения. Разрядник содержит миниатюрную газоразрядную трубку, включаемую последовательно в линии передачи. Трубка содержит полый проводящий корпус, пару изолирующих торцевых крышек и центральный проводник, продольная ось которого параллельна направлению передачи сигнала, причем отношение внутреннего диаметра D корпуса к наружному диаметру центрального проводника меняется в пределах внутреннего пространства корпуса, что обеспечивает согласование импеданса разрядника с импедансом коаксиальной линии передачи. Технический результат - компенсация нежелательного изменения емкости коаксиальной линии передачи, связанного с включением в нее разрядника. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 20 ил.

Настоящее изобретение относится к разрядникам и, в частности, к разрядникам с газоразрядной трубкой для коаксиальных линий передачи.

Уровень техники В последние годы были разработано достаточно много разрядников с газоразрядной трубкой для защиты телефонных линий от перенапряжения, вызванного, например, разрядом молнии или падением высоковольтных линий передачи. Однако обычные разрядники, предназначенные для защиты телефонных линий, оказываются непригодными для коаксиальных линий передачи, которые обладают уникальными характеристиками и должны удовлетворять специфическим требованиям. В этой связи предпринимались различные попытки, направленные на создание разрядников с газоразрядной трубкой для коаксиальных линий передачи.

В патенте США 4544984 на имя Kawanami, выданном 1 октября 1985 г., (далее патент Kawanami '984) предложен разрядник с газоразрядной трубкой для коаксиальной линии передачи. Согласно патенту Kawanami '984 обычные газоразрядные трубки, которые могут быть использованы в качестве разрядников для телефонных линий, не могут быть использованы для высокочастотных коаксиальных линий передачи из-за того, что (1) газоразрядная трубка обладает значительной емкостью и (2) ее соединение вызывает значительные изменения импеданса линии передачи и сопровождается возникновением в линии передачи отраженных волн. В патенте Kawanami '984 утверждается, что ранее не существовало разрядников, которые можно было бы использовать в высокочастотных коаксиальных линиях передачи (см. со столбца 1, строка 57 до столбца 2, строка 4).

В патенте Kawanami '984 предложен разрядник, который соединяет газоразрядную трубку между внутренним и наружным проводниками коаксиальной линии передачи в направлении, перпендикулярном направлению передачи сигнала. Нежелательное увеличение емкости, обусловленное применением газоразрядной трубки в коаксиальной линии передачи, компенсируется уменьшением эффективного поперечного сечения внутреннего проводника в том месте, где осуществляется его контакт с газоразрядной трубкой, путем выполнения на участке центрального проводника среза, образующего плоскую площадку, на которую опирается газоразрядная трубка.

В патенте США 4509090 на имя Kawanami, опубликованном 2 апреля 1985 г., (далее патент Kawanami '090) также объясняется, почему обычные газоразрядные трубки не могут успешно использоваться в качестве разрядников в коаксиальных линиях передачи и описывается такое же устройство, что и в патенте Kawanami '984, т. е. устройство, которое соединяет газоразрядную трубку между внутренними и наружным проводниками коаксиальной линии передачи в направлении, перпендикулярном направлению передачи сигнала. Из фиг. 7 патента Kawanami '090 можно получить информацию о значении уменьшения эффективного поперечного сечения центрального проводника в месте осуществления контакта с газоразрядной трубкой, а именно, незначительные изменения его размеров порядка 1 или 2 мм оказывают существенное влияние на коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН).

В патенте США 4633359 на имя Mickelson, опубликованном 30 декабря 1986 г. , также описан разрядник для коаксиальной линии передачи, в котором газоразрядная трубка соединена между внутренним и наружным проводниками линии передачи в направлении, перпендикулярном направлению передачи сигнала. Преимущество этого устройства, по мнению Mickelson, состоит в том, что оно является "более простым и менее дорогим в изготовлении". Точно так же, как и в патентах Kawanami '090 и '984, Mickelson использует центральный проводник с плоским участком, расположенным в месте его контакта с газоразрядной трубкой. Этот плоский участок не только образует площадку, на которую опирается газоразрядная трубка, но и изменяет индуктивность центрального проводника, компенсируя изменение емкости трубки. Рядом с плоской площадкой выполнены небольшие канавки, позволяющие согласовать импеданс разрядника с импедансом линии передачи. Хорошо известно, что максимум передаваемой мощности имеет место именно при согласованных импедансах.

В выложенной патентной заявке Германии 3212684, озаглавленной "Coupling Element for Electrical Coaxial Cables or Lines with Overvoltage Protection", поданной 5 апреля 1982 г., описан разрядник, волновое сопротивление которого регулируется радиальным зазором между центральным проводником, корпусом и длиной центрального проводника, определяемой расстоянием между изолирующими дисками, через которые проходит центральный проводник. Это устройство, однако, обладает тем недостатком, что оно не позволяет за счет выбора соответствующего соотношения между активной длиной газоразрядной трубки и зоной согласования импеданса разрядника обеспечить согласование импедансов газоразрядной трубки и коаксиальной линии передачи.

В настоящем изобретении предлагается новая и усовершенствованная конструкция разрядника для коаксиальной линии передачи, у которого ось газоразрядной трубки в отличие от известных устройств не перпендикулярна, а параллельна направлению передачи сигнала, и в котором сигнал высокой частоты передается через газоразрядную трубку. Предлагаемый согласно настоящему изобретению коаксиальный разрядник имеет небольшие размеры и поэтому его можно встроить в существующие коаксиальные соединители или выполнить с ними за одно целое. Предлагаемый разрядник, кроме того, является более простым, более легким в изготовлении и поэтому более дешевым по сравнению с известным устройством. В то же самое время настоящее изобретение позволяет компенсировать нежелательное изменение емкости, связанное с включением в коаксиальную линию передачи газоразрядной трубки, согласовать импедансы разрядника и коаксиальной линии передачи и создать устройство, обеспечивающее возможность работы в диапазоне частот от 50 МГц до по меньшей мере 1 ГГц.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание коаксиального разрядника, волновое сопротивление которого аналогично волновому сопротивлению коаксиальной линии передачи.

Другой задачей настоящего изобретения является создание коаксиального разрядника, который позволяет компенсировать нежелательное изменение емкости коаксиальной линии передачи, связанное с включением в нее газоразрядной трубки.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание коаксиального разрядника, который может быть собран внутри обычных элементов коаксиального кабеля и который можно простым образом устанавливать в существующие коаксиальные линии передачи.

Задачей настоящего изобретения является также создание газоразрядной трубки, которую можно использовать в коаксиальном разряднике.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание коаксиального разрядника, в котором сигнал высокой частоты передается через газоразрядную трубку.

Задачей настоящего изобретения также является создание экономичной конструкции коаксиального разрядника с защитой от повреждения, в которой при перегреве газоразрядной трубки линия связи замыкается на землю, защищая тем самым от повреждения подключенное к ней оборудование.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание коаксиального разрядника, который обеспечивает ограничение тока и/или защиту линии от падения напряжения.

Краткое изложение сущности изобретения.

Выполненный в соответствии с настоящим изобретением разрядник для коаксиальной линии передачи имеет полый проводящий корпус с установленными в нем коаксиальными соединителями. Газоразрядная трубка расположена внутри проводящего корпуса или выполнена заодно с ним. Сигнал высокой частоты проходит через газоразрядную трубку. Газоразрядная трубка имеет полый проводящий корпус с расположенными на его концах изолирующими крышками, которые уплотняют корпус, не допуская утечки из него инертного газа, которым заполняется трубка. Через корпус в направлении передачи сигнала проходит расположенный на его оси центральный проводник. Изолирующие крышки, расположенные на концах корпуса, можно изготовить из керамики с металлизацией тех их участков, которые соприкасаются с проводящим корпусом и центральным проводником. Для концентрации электрических полей и надежной работы газоразрядной трубки по крайней мере часть внутренней поверхности проводящего корпуса и по крайней мере часть наружной поверхности центрального проводника выполнены шероховатыми. Согласование импедансов коаксиального разрядника и линии передачи осуществляется путем изменения отношения внутреннего диаметра проводящего корпуса и наружного диаметра центрального проводника по его длине и путем изменения длины активной газоразрядной зоны устройства. Газоразрядная трубка может иметь защитное устройство с термочувствительной электрической изоляцией, которое при перегреве газоразрядной трубки замыкает на "землю" линию передачи. Кроме того, предлагаемый в настоящем изобретении коаксиальный разрядник может обеспечить ограничение тока и/или защиту линии передачи от падения напряжения.

Предмет настоящего изобретения конкретно определен в формуле изобретения, прилагаемой к описанию. Предлагаемое в изобретении устройство, а также принцип его работы и различные преимущества подробно представлены в приведенном ниже описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одни и те же элементы конструкции обозначены одинаковыми позициями.

Краткое описание чертежей.

Для лучшего понимания сущности настоящего изобретения ниже рассматривается несколько не ограничивающих его объем примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено: на фиг. 1 - поперечное сечение по продольной оси одного из вариантов выполнения газоразрядной трубки в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 - вид сбоку устройства по фиг. 1; на фиг. 3 - вид сверху со снятой крышкой, частично в разрезе газоразрядной трубки, помещенной в корпус, соединенный с двумя коаксиальным соединителями; на фиг. 4 - вид сбоку, частично в разрезе корпуса с расположенной в нем газоразрядной трубкой; на фиг. 5 - изображение в аксонометрии заземляющего зажима; на фиг. 6 - изображение в аксонометрии установочного зажима, который удерживает газоразрядную трубку внутри корпуса; на фиг. 7 - изображение в аксонометрии термочувствительного изолятора, помещаемого между газоразрядной трубкой и установочными зажимами; на фиг. 8 - поперечное сечение другого варианта выполнения газоразрядной трубки в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 9 - вид сбоку устройства, показанного на фиг. 8;
на фиг. 10 - вид сверху расположенной в корпусе со снятой крышкой частично в разрезе газоразрядной трубки, показанной на фиг. 8;
на фиг. 11 - графическое изображение частично в разрезе устройства по фиг. 10;
на фиг. 12 - вид сверху другого варианта корпуса со снятой крышкой и соединителями, расположенными на разных сторонах корпуса;
на фиг. 13 - вид сбоку корпуса, показанного на фиг. 12;
на фиг. 14 - поперечное сечение другого варианта предлагаемой в настоящем изобретении газоразрядной трубки;
на фиг. 15А - вид сбоку коаксиального соединителя для печатной платы, в котором используется предлагаемая в настоящем изобретении газоразрядная трубка;
на фиг. 15Б и 15В - поперечные сечения двух вариантов коаксиального соединителя, показанного на фиг. 15А;
на фиг. 16А - вид сбоку линейного коаксиального соединителя с предлагаемой в настоящем изобретении газоразрядной трубкой;
на фиг. 16Б - поперечное сечение коаксиального соединителя, показанного на фиг. 16А;
на фиг. 17А - вид сбоку прямоугольного коаксиального соединителя с предлагаемой в настоящем изобретении газоразрядной трубкой;
на фиг. 17Б - поперечное сечение коаксиального соединителя, показанного на фиг. 17А;
на фиг. 18 - электрическая схема предлагаемого в настоящем изобретении коаксиального разрядника с элементами ограничения тока и защиты от низкого напряжения;
на фиг. 19 - поперечное сечение коаксиального кабеля со штыревым коаксиальным соединителем и встроенной в него предлагаемой в настоящем изобретении газоразрядной трубкой;
на фиг. 20 - поперечное сечение коаксиального соединителя с двумя гнездовыми контактами и встроенной в него газоразрядной трубкой.

Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения.

Показанная на фиг. 1 и 2, выполненная в соответствии с настоящим изобретением газоразрядная трубка 10 имеет удлиненный полый корпус 12 цилиндрической формы, изготовленный из электропроводного материала. Внутренняя цилиндрическая стенка 14, которую для повышения надежности трубки предпочтительно выполнить шероховатой по типу показанной на фиг. 1 резьбы, концентрирует электрическое поле в разрядном промежутке или зоне G (фиг. 14) и образует зону I (фиг. 14) согласования импедансов, как подробно описано ниже. От одного конца 18 корпуса 12 до его другого конца 20 проходит удлиненный электропроводящий электрод 16.

Электрод 16 имеет выступающие наружу за концы 18 и 20 корпуса 12 участки 22 и 24, которые проходят через центральные отверстия 26 керамических (непроводящих) уплотнительных элементов 28 и 30, которые вставлены в концы 18 и 20 корпуса 12. В корпусе 12 на некотором расстоянии от его концов 18 и 20 имеются буртики 32 и 34, в которые упираются уплотнительные элементы 28 и 30. Электрод 16 также имеет шероховатую наружную поверхность, выполненную, как показано на фиг. 1, в виде мелких зубьев, способствующих зажиганию газоразрядной трубки. После сборки из описанных выше деталей газоразрядная трубка зажигается обычным способом, а заполненная газом 36 внутренняя полость корпуса 12 полностью герметизируется. Для заполнения трубки газом 36 используется инертный газ, которым обычно заполняются трубки, предназначенные для размыкания линий передачи при перенапряжении.

На фиг. 3 показан изготовленный из проводящего материала корпус 38 с расположенной внутри него газоразрядной трубкой, как подробно описано ниже. Корпус 38 имеет входной и выходной резьбовые соединители 40 и 42, с которыми соединены обычные резьбовые коаксиальные соединители 44 и 46 F-типа, хотя вместо соединителей такого типа можно использовать и другие известные коаксиальные соединители, например соединители BNC. Оси коаксиальных соединителей совпадают с направлением передачи сигнала. Каждый соединитель штыревого типа имеет внешнюю резьбовую втулку 48 и изолятор 50 с центральным проводником 51, который вставляется в приемную часть 52 зажима 54, подробно показанного на фиг. 6. Зажим 54 имеет вторую приемную часть 56, внутрь которой входят с возможностью перемещения выступающие концы 22 и 24 центрального электрода газоразрядной трубки 10.

Зажим 54 имеет также несколько согнутых пальцев 58, 60, 62 и 64, которые охватывают снаружи расположенную внутри них газоразрядную трубку. Для изоляции проводящего электрода 16 газоразрядной трубки 10 и во избежание ее электрического контакта с зажимом 54 используется изготовленный из термочувствительного материала, известного как тефлон, элемент 66, который расположен внутри основания 68 зажима 54, перекрывая пальцы 58, 60, 62 и 64, и препятствует электрическому контакту основания зажима с металлическим корпусом 12 газоразрядной трубки 10.

Форма тефлонового изолятора 66 показана на фиг. 7. В изоляторе 66 выполнены два отверстия 70 и 72, через которые проходят пальцы 74 и 76 заземляющего зажима 78 (показанные на фиг. 5), которые электрически соединяют заземляющий зажим с металлической проводящей поверхностью корпуса 12. Заземляющий зажим 78 обычным способом крепится к проводящему корпусу 38, который через свои заземленные резьбовые соединители 40 и 42 соединен с навернутыми на них соединителями 44 и 46 и обеспечивает тем самым полное заземление всей системы.

На фиг. 8 и 9 показан другой вариант газоразрядной трубки 80, которая имеет удлиненный полый корпус 82, изготовленный предпочтительно из трех отдельных частей. Первая часть 84 корпуса 82 изготовлена предпочтительно из изоляционного материала (керамики), вторая центральная часть 86, через которую трубка соединяется с землей, изготовлена из электропроводящего материала, а третья часть 88 выполнена такой же, как и первая часть 84. Каждая из трех частей корпуса имеет форму полой трубки. Для повышения надежности работы газоразрядной трубки внутреннюю поверхность 90 проводящей части 86 можно выполнить шероховатой, аналогично тому, как это сделано в трубке, описанной выше и показанной на фиг. 1.

В центре отверстия 92 корпуса 82 расположен электропроводящий электрод 94, который состоит из трех элементов. Первый и третий элементы 96 и 98 имеют одинаковую конструкцию и соединены друг с другом выполненной в виде штифта 100 проводящей перемычкой, образующей третий элемент электрода. Через такой состоящий из трех элементов электрод ток течет от одного конца 102 к другому концу 104 через перемычку 100. Для герметизации заполненной газом 105 полости, расположенной между электродом 94 и корпусом 82, используются торцевые колпачки 106 и 108. Колпачки 106 и 108 упираются в проводящий электрод 94 и образуют вместе с ним единую проводящую среду, по которой от одного конца трубки к другому проходит передаваемый сигнал.

На фиг. 10 в виде сверху показаны корпус 38 с расположенной внутри него газоразрядной трубкой 80, выполненной в соответствии с другим вариантом изобретения, и один из коаксиальных соединителей 46, отсоединенный от соединителя 42 корпуса 38. Другой соединитель 44 соединен с гнездовым соединителем 40 корпуса 38. Зажим 54, показанный на фиг. 6, в этом варианте имеет несколько другую конструкцию и в нем приемная часть 56 заменена двумя пальцами 110 и 112, которые обжимают торцевой колпачок 106 и 108 газоразрядной трубки 80. В остальном зажим 54 ничем не отличается от зажима, показанного на фиг. 6. И в этом варианте изобретения используется изготовленный из термочувствительного материала, например из тефлона, изолятор 66, который электрически изолирует торцевые колпачки 106 и 108 от изготовленного из проводящего материала зажима 54.

На фиг. 11 в виде сбоку, частично в разрезе, показан корпус 38, закрытый крышкой 114, которая полностью герметизирует внутреннюю полость корпуса. Показанный на фиг. 11 заземляющий зажим 78 выполнен аналогично зажиму 78, показанному на фиг. 5.

В разряднике, показанном на фиг. 12 и 13, можно использовать либо газоразрядную трубку 10, либо газоразрядную трубку 80 с соответствующим изменением показанного на фиг. 6 зажима 54; однако в этом варианте приемная часть 52 зажима 54 отогнута под прямым углом к остальной части зажима, что позволяет разместить гнездовые соединители 40 и 42 на одной и той же боковой стенке корпуса 38. При необходимости один из соединителей 116 можно расположить на противоположной стенке корпуса 38, изменив для этого соответствующим образом форму зажима 54, как показано пунктирными линиями. Для крепления корпуса 38 в том или ином месте используются крепежные лапки 118 и 120 с отверстиями 122 и 124.

Собранная и заполненная газом трубка обычным способом зажигается и герметизируется. После этого трубка помещается в корпус и с использованием тефлоновых изоляторов собирается с установочными и заземляющим зажимами, образуя готовый к использованию в полевых условиях разрядник.

На фиг. 14 показан еще один вариант предлагаемой в настоящем изобретении газоразрядной трубки, предназначенной для использования в разряднике для коаксиальной линии передачи. Газоразрядная трубка 200 состоит из проводящего корпуса 202, изолирующих торцевых крышек 204 и центрального проводника 206, который проходит через корпус 202. Сигнал высокой частоты передается в осевом направлении через газоразрядную трубку 200. Показанный на фиг. 14 центральный проводник 206 имеет выступающие из трубки наружу концы, однако его можно сделать более коротким, без выступающих наружу за крышки 204 концов, используя в этом случае для подключения трубки соответствующие внешние соединители. Как и в варианте, показанном на фиг. 1, изолирующие крышки 204 целесообразно изготовить из керамического материала и использовать их для герметизации заполненного инертным газом корпуса трубки. В обычных газоразрядных трубках в качестве инертного газа используют смесь водорода и аргона с напряжением пробоя от 250 до 350 вольт постоянного тока. В предпочтительном варианте настоящего изобретения в качестве инертного газа используется смесь неона и аргона с напряжением пробоя от 100 до 200 вольт постоянного тока.

Участки 208 изолирующих крышек 204, которыми они упираются в проводящий корпус 202, целесообразно металлизировать. Кроме того, целесообразно металлизировать и те участки 210 крышек 204, которые соприкасаются с центральным проводником 206. На внешних торцах изолирующих крышек 204 там, где из них выходят концы проводника 206, желательно выполнить кольцевые углубления 212, которые также целесообразно металлизировать.

Выполненные на крышках кольцевые углубления облегчают процесс металлизации. При наличии такого углубления металлизировать можно всю внешнюю поверхность изолирующей крышки 204, а затем удалить покрытие снаружи кольцевого углубления шлифованием поверхности изолирующей крышки.

Как показано на фиг. 14, часть внутренней поверхности 214 проводящего корпуса 202 и часть наружной поверхности 216 центрального проводника 206 выполнены шероховатыми и образованы, например, мелкими витками резьбы или другими неровностями, которые концентрируют электрическое поле и повышают надежность работы газоразрядной трубки. Кроме того, как и в обычных газоразрядных трубках, на поверхности 214 и 216 целесообразно нанести покрытие из быстро теряющего свои электрические свойства материала, который снижает напряжение пробоя и способствует более легкому зажиганию трубки. Газовый разряд происходит в зоне "G" между поверхностями 214 и 216. Зона "G" является зоной активного разряда.

Помимо нанесения покрытия на поверхности 214 и 216 целесообразно выполнить внутреннюю расположенную рядом с зоной "G" активного разряда поверхность изолирующей крышки 204 "полосатой", нанеся на нее радиальные линии из графита. Нанесение таких линий снижает напряжение пробоя.

Как показано на фиг. 14, расстояние от внутренней поверхности проводящего корпуса 202 до внешней поверхности центрального проводника 206 различно по длине центрального проводника. Иными словами, отношение внутреннего диаметра D корпуса 202 к внешнему диаметру d центрального проводника 206 изменяется по длине центрального проводника. Отношение D/d по длине центрального проводника может меняться в 2 или 3 или более раз. Такое изменение D/d позволяет менять импеданс газоразрядной трубки и согласовывать импеданс разрядника, в котором использована такая газоразрядная трубка, с импедансом коаксиальной линии передачи, в которую включен этот разрядник.

Импеданс коаксиальной линии передачи пропорционален логарифму (D/k)/d, где D обозначает внутренний диаметр наружного проводника, d обозначает наружный диаметр внутреннего проводника, a "k" представляет собой диэлектрическую постоянную среды между внутренним и наружным проводниками. В газоразрядной трубке, показанной на фиг. 14, такой средой является инертный газ, диэлектрическая постоянная которого близка к единице. Поэтому импеданс этой газоразрядной трубки меняется от одной торцевой изолирующей крышки к другой в логарифмической зависимости от отношения D/d. Как отмечено выше, изолирующие крышки 204 целесообразно изготовить из керамики, диэлектрическая постоянная которой приблизительно равна восьми. Изменяя отношение D/d по длине центрального проводника 206, можно компенсировать влияние на импеданс также диэлектрических постоянных изолирующих крышек 204. Та часть газоразрядной трубки 200, которая используется для согласования импедансов, обозначена в отличие от зоны "G" активного разряда буквой "I".

Для согласования импедансов газоразрядной трубки и коаксиальной линии передачи помимо изменения отношения D/d внутри газоразрядной трубки можно также менять и соотношение длины зоны "D" активного разряда и длины зоны "1" согласования импедансов. При импедансе коаксиальной линии передачи, равном 50 Ом, отношение длины зоны "G" к длине зоны "I" может быть порядка один к одному, а при 75 Ом отношение может составлять порядка 1 к 2.

Показанная на фиг. 14 миниатюрная газоразрядная трубка 200 имеет следующие основные размеры: (1) общая длина центрального проводника 206 составляет один дюйм; (2) длина проводящего корпуса 202 равна 0,32 дюйма; (3) наружный диаметр газоразрядной трубки 200 составляет 0,33 дюйма; (4) диаметр центрального проводника 206 равен 0,035 дюйма.

На фиг. 15А-15В показан коаксиальный разрядник 220, в котором используется показанная на фиг. 14 газоразрядная трубка 200. Конструкция разрядника 220 позволяет подключать его к коаксиальной линии передачи с использованием коаксиальных соединителей F-типа и печатной платы. С этой целью один конец 222 разрядника 220 выполнен резьбовым и предназначен для подключения к нему обычного штыревого коаксиального соединителя F-типа, а другой конец имеет выступающие наружу проводники и предназначен для монтажа на печатную плату или другую аналогичную подложку.

В газоразрядной трубке 200 разрядника, показанного на фиг. 15Б, зона "1" согласования импедансов расположена слева от газоразрядного промежутка "G", а в трубке, показанной на фиг 15В она расположена справа от газоразрядного промежутка "G". В разряднике, показанном на фиг. 15В, расстояние, на которое центральный проводник 206 выступает за изолирующую крышку газоразрядной трубки 200, может оказаться недостаточным для соединения разрядника с печатной платой, и поэтому в этом варианте предусмотрено использование дополнительного проводника 224, который электрически соединен с центральным проводником 206.

Как показано на фиг. 15Б и 15В, в разряднике 220 имеется полость 226, расположенная за газоразрядной трубкой 200. Эта полость также используется для согласования импедансов разрядника и коаксиальной линии передачи за счет соответствующего выбора ее размеров и/или ее заполнения материалом с определенной диэлектрической постоянной.

На фиг. 16А и 16Б показан другой разрядник 230 для коаксиальной линии передачи, в котором используется газоразрядная трубка 200, показанная на фиг. 14. Показанный на фиг. 16А и 16Б разрядник является линейным устройством, которое подключается в линию между двумя коаксиальными линиями передачи, имеющим штыревые соединители F-типа. Газоразрядная трубка 200 крепится внутри разрядника 230 винтами 232.

Еще один вариант разрядника 240 с газоразрядной трубкой 200, изображенной на фиг. 14, показан на фиг. 17А и 17Б. Показанный на фиг. 17А и 17Б разрядник представляет собой прямоугольное устройство, предназначенное для подключения к двум идущим под углом коаксиальным линиям передачи, имеющим штыревые соединители F-типа. Как показано на фиг. 17Б, центральный проводник 206 газоразрядной трубки 200 имеет недостаточную для подключения разрядника к линии длину и поэтому в этой конструкции используется дополнительный электрически соединенный с ним проводник 242. В разряднике 240 также имеется полость 244, которую за счет соответствующего выбора размеров и/или за счет заполнения ее диэлектрическим материалом можно использовать для согласования импеданса разрядника 240 с импедансом коаксиальной линии передачи.

На фиг. 18 показана электрическая схема коаксиальной линии передачи с разрядником согласно настоящему изобретению. На фиг. 18 показана высокочастотная линия передачи со входом 250, выходом 252 и заземлением 254. К высокочастотной линии передачи последовательно подключена газоразрядная трубка 256, выполненная в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг. 18, сигнал высокой частоты проходит через газоразрядную трубку 256, в качестве которой без каких-либо ограничений может быть использована любая из описанных выше и показанных на фиг. 1, 8 и 14 предлагаемая в настоящем изобретении газоразрядная трубка 10, 80 или 200 соответственно.

В схеме, показанной на фиг. 18, имеется устройство 258 для защиты от короткого замыкания, в качестве которого, как описано выше, можно использовать заземляющий зажим и тефлоновую пленку. На фиг. 18 показаны также индуктор 260 и резистор 262, предназначенные для ограничения тока, который течет к выходу 254 разрядника. Кроме того, в схеме имеются ферритовая шайба 264 и лавинный диод 266, которые включены между центральным проводником и землей и предназначены для защиты от падения напряжения. Ферритовая шайба 264 пропускает на землю сигналы низкой частоты (порядка 10 МГц и ниже) и не пропускает сигналы высокой частоты (в частности от 50 МГц до 1 ГГц). Лавинный диод 266 ограничивает напряжение низкочастотных сигналов на уровне порядка 5-10 вольт.

На фиг. 19 показан еще один вариант предлагаемого в изобретении устройства, в котором используется коаксиальный кабель 270 с закрепленным на нем штыревым коаксиальным соединителем 272. Внутри соединителя 272 находится газоразрядная трубка 200. Центральный проводник 206 газоразрядной трубки выступает наружу из штыревого соединителя 272. В остальном эта трубка имеет такую же конструкцию, как и газоразрядная трубка 200, описанная выше и показанная на фиг. 14.

Еще одно предлагаемое в изобретении устройство, которое показано на фиг. 20, представляет собой разрядник 280 с двумя состыкованными друг с другом соосными гнездовыми коаксиальными соединителями 282 и 284. Между этими соединителями 282 и 284 расположена газоразрядная трубка 200. Устройство, показанное на фиг. 20, отличается от устройств, показанных на фиг. 15Б, 15В, 16Б, 17Б и 19, тем, что проводящий корпус 202 трубки является частью проводящего наружного корпуса коаксиального разрядника. Как показано на фиг. 20, гнездовые коаксиальные соединители 282 и 284 заполнены по обеим сторонам газоразрядной трубки 200 твердым диэлектрическим материалом 286 и 288, а газоразрядная трубка находится в средней части разрядника 280.

Следует подчеркнуть, что специалист в данной области техники может внести в рассмотренные выше конструкции, которые носят иллюстративный характер, различные изменения, касающиеся деталей рассмотренных устройств, их материалов, взаимного расположения и особенностей работы, не нарушая при этом основных принципов настоящего изобретения и не выходя за его объем.

Формула изобретения

1. Миниатюрная газоразрядная трубка 10, предназначенная для использования в разрядниках коаксиальных линий передачи и включаемая последовательно в линии передачи так, что через нее проходит передаваемый по линии сигнал, включающая полый проводящий корпус 12 с внутренним диаметром D, пару изолирующих торцевых крышек 28,30 для уплотнения корпуса 12, инертный газ 36, герметично заполняющий корпус 12, центральный проводник 16, проходящий через корпус 12, наружный диаметр которого равен d, а продольная ось параллельна направлению передачи сигнала, причем проводящий корпус 12 имеет внутреннюю поверхность 14, которая симметрична относительно продольной оси, а центральный проводник 16 имеет наружную поверхность, которая также симметрична продольной оси, отличающаяся тем, что отношение D к d меняется в пределах внутреннего пространства полого корпуса 12, за счет чего внутренняя полость корпуса разделена на зону G активного разряда и зону I согласования импедансов, соотношение размеров которых выбирается так, чтобы было обеспечено согласование импеданса газоразрядной трубки 10 и импеданса коаксиальной линии передачи.

2. Газоразрядная трубка 10 по п.1, отличающаяся тем, что соотношение размеров зоны I согласования импедансов и зоны G активного разряда составляет приблизительно один к одному.

3. Газоразрядная трубка 10 по п.1, отличающаяся тем, что соотношение размеров зоны I согласования импедансов и зоны G активного разряда составляет приблизительно два к одному.

4. Газоразрядная трубка 10 по п.1, отличающаяся тем, что для концентрации электрических полей и повышения надежности работы по крайней мере часть внутренней поверхности 14 корпуса и по крайней мере часть наружной поверхности центрального проводника 16 выполнены шероховатыми.

5. Газоразрядная трубка 10 по п.4, отличающаяся тем, что шероховатость поверхностей выполнена в виде резьбы или неровностей.

6. Газоразрядная трубка 10 по п.4, отличающаяся тем, что по крайней мере одна изолирующая торцевая крышка 28,30 имеет радиальные полосы, которые дополнительно увеличивают надежность работы газоразрядной трубки 10.

7. Газоразрядная трубка 10 по п.1, отличающаяся тем, что изолирующие торцевые крышки 28, 30 изготовлены из керамики.

8. Газоразрядная трубка 10 по п.7, отличающаяся тем, что участки изолирующих торцевых крышек 28, 30, которые соприкасаются с проводящим корпусом 12, металлизированы.

9. Газоразрядная трубка 10 по п.8, отличающаяся тем, что участки изолирующих торцевых крышек 28, 30, которые соприкасаются с центральным проводником 16, металлизированы.

10. Газоразрядная трубка 10 по п.1, отличающаяся тем, что инертный газ 36 представляет собой смесь неона и аргона.

11. Газоразрядная трубка 10 по п.1, отличающаяся тем, что отношение D и d меняется по крайней мере в два раза при переходе от зоны G активного разряда к зоне I согласования импедансов.

12. Газоразрядная трубка 10 по п.11, отличающаяся тем, что отношение D и d меняется по крайней мере в три раза при переходе от зоны G активного разряда к зоне i согласования импедансов.

13. Разрядник для коаксиальной линии передачи, содержащий миниатюрную газоразрядную трубку 10 по п.1, отличающийся тем, что он содержит первый коаксиальный соединитель 44, в котором расположена газоразрядная трубка.

14. Разрядник для коаксиальной линии передачи по п.13, отличающийся тем, что в нем имеется второй коаксиальный соединитель 46, расположенный на одной оси с первым коаксиальным соединителем 44, причем газоразрядная трубка 10 соединена последовательно с двумя коаксиальными соединителями 44,46 и расположена между ними.

15. Разрядник для коаксиальной линии передачи по п.13, отличающийся тем, что в нем имеется второй коаксиальный соединитель 44, расположенный под прямым углом к первому коаксиальному соединителю, причем газоразрядная трубка 10 соединена последовательно с обоими соединителями и расположена между ними.

16. Разрядник для коаксиальной линии передачи по п.13, отличающийся тем, что коаксиальный соединитель выполнен с возможностью его монтажа на печатной плате.

17. Разрядник для коаксиальной линии передачи по п.13, отличающийся тем, что коаксиальный соединитель имеет внутреннюю полость 226, за счет выбора размеров которой можно согласовать импеданс газоразрядной трубки 10 с импедансом коаксиальной линии передачи.

18. Разрядник для коаксиальной линии передачи по п.17, отличающийся тем, что внутренняя полость 226 соединителя по крайней мере частично заполнена диэлектрическим материалом, отличным от воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20