用于电缆设备的防雷火花隙的制作方法

用于电缆设备的防雷火花隙
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求于2020年2月3日提交的、申请号为62/969,396的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.火花隙(spark gap)包括由间隙分隔的两个导电电极的布置，该间隙通常填充有诸如空气等气体，该布置被设计为允许电火花在上述导体之间传递。当上述导体之间的电位差超过间隙内气体的击穿电压时，火花形成，使气体电离并大幅降低气体的电阻。然后，电流流动，直到电离气体的路径被破坏或者该电流降低到被称为“维持电流”的最小值以下。这通常在电压下降时发生，但在某些情况下也会在被加热的气体上升、从而伸展然后破坏电离气体的微放电时发生。通常，使气体电离的动作是剧烈的和破坏性的，通常会产生声音(例如，范围从火花塞的啪嗒声到闪电放电的雷声)、光和热。火花隙在历史上曾用于早期电气设备，例如，火花隙无线电发射机、静电机和x射线机。如今，火花隙最广泛的用途是用于火花塞，以点燃内燃机中的燃料，但火花隙也用在避雷器和其他设备中，以保护电气设备免受高压瞬变的影响。
4.传统的火花隙具有低回波损耗和高寄生电容。期望提供一种克服这些缺点中的一个或多个的火花隙。


技术实现要素：

5.公开了一种火花隙电路。火花隙电路包括电路板。火花隙电路还包括输入端，该输入端被配置为连接到电路板并接收信号。火花隙电路还包括火花隙，该火花隙被配置为连接到电路板和输入端。火花隙包括第一导电电极、接地的第二导电电极、以及介电材料，该介电材料被配置为定位于第一导电电极与第二导电电极之间的间隙内。火花隙电路还包括第一电容器，该第一电容器被配置为连接到电路板和火花隙。火花隙电路还包括第二电容器，该第二电容器被配置为连接到电路板和第一电容器。火花隙电路还包括输出端，该输出端被配置为连接到电路板和第二电容器。火花隙被配置为使得输入端和输出端之间的回波损耗处于第一预定范围内。火花隙被配置为使得输入端和输出端之间的寄生电容处于第二预定范围内。第一导电电极具有大约750微米(μm)至大约2000μm的长度。第一导电电极具有大约500μm至大约1mm的直径。第一导电电极具有大约1克至大约100克的质量。信号迹线从输入端延伸到第一电容器。第一导电电极大体上平行于信号迹线。第二导电电极包括u形件，该u形件具有两条引线和定位于该两条引线之间的横杆。这两条引线大体上垂直于电路板。横杆大体上垂直于第一导电电极和信号迹线。横杆定位成比第一导电电极更远离电路板，使得横杆和第一导电电极之间存在间隙。该间隙的厚度为大约150μm至大约250μm。介电材料的厚度为大约75μm至大约125μm。介电材料包括空气、纸、或空气和纸的组合。介电材料具有大约1至大约3的相对介电常数。第一电容器和第二电容器被配置为阻止直流电流(direct current，dc)流过该第一电容器和第二电容器，并提供浪涌保护。第一电容器的额
定电压大于第二电容器的额定电压。输出端被配置为连接到电缆或设备。
6.在另一实施例中，火花隙电路包括电路板。火花隙电路还包括输入端，该输入端被配置为连接到电路板并接收信号。火花隙电路还包括火花隙，该火花隙被配置为连接到电路板和输入端。火花隙包括第一导电电极、接地的第二导电电极、以及介电材料，该介电材料定位于第一导电电极与第二导电电极之间的间隙内。火花隙电路还包括第一电容器，该第一电容器被配置为连接到电路板和火花隙。火花隙电路还包括输出端，该输出端被配置为连接到电路板和第一电容器。信号迹线从输入端延伸到第一电容器。第一导电电极大体上平行于信号迹线。第二导电电极包括u形件，该u形件具有两条引线和定位于这两条引线之间的横杆。这两条引线大体上垂直于电路板。横杆大体上垂直于第一导电电极和信号迹线。横杆定位成比第一导电电极更远离电路板，使得横杆和第一导电电极之间存在间隙。火花隙被配置为使得输入端和输出端之间的回波损耗处于第一预定范围内。火花隙被配置为使得输入端和输出端之间的寄生电容处于第二预定范围内。输出端被配置为连接到电缆或设备。
7.在又一实施例中，火花隙电路包括电路板。火花隙电路还包括输入端，该输入端被配置为连接到电路板并接收信号。火花隙电路还包括火花隙，该火花隙被配置为连接到电路板和输入端。火花隙电路还包括输出端，该输出端被配置为连接到火花隙。火花隙被配置为使得输入端和输出端之间的回波损耗处于第一预定范围内。火花隙被配置为使得输入端和输出端之间的寄生电容处于第二预定范围内。
8.将认识到，此概述仅旨在介绍本方法、系统和媒介的某些方面，这些方法、系统和媒介将在以下进行更全面地描述和/或主张。因此，此概述不旨在进行限制。
附图说明
9.被结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本教导的实施例，并且与该描述一起用于解释本教导的原理。
10.图1a示出了根据一实施例的电极-到-板(插针)火花隙电路的示意图。
11.图1b示出了根据一实施例的电极-到-板(插针)火花隙电路的立体图。
12.图2a示出了根据一实施例的电极-到-板(u形件)火花隙电路的示意图。
13.图2b示出了根据一实施例的电极-到-板(u形件)火花隙电路的立体图。
14.图3a示出了根据一实施例的电极-到-电极(桥接-表面贴装技术(surface mounted technology，smt))火花隙电路的示意图。
15.图3b示出了根据一实施例的电极-到-电极(桥接-smt)火花隙电路的立体图。
16.图4a示出了根据一实施例的电极-到-电极(桥接-smt和通孔(through-hole，th)-接地)火花隙电路的示意图。
17.图4b示出了根据一实施例的电极-到-电极(桥接-smt/和th-接地)火花隙电路的立体图。
18.图5a示出了根据一实施例的电极-到-电极(桥接-th)火花隙电路的示意图。
19.图5b示出了根据一实施例的电极-到-电极(桥接-th)火花隙电路的示意图。
20.图6a示出了根据一实施例的不具有火花隙且不具有并联电容器的电路的示意图。
21.图6b示出了根据一实施例的图6a中的不具有火花隙但具有并联电容器的电路的
示意图。
22.图6c示出了根据一实施例的图6a中的不具有火花隙但具有不同并联电容器的电路的示意图。
23.图7示出了显示根据一实施例的图6a至图6c中所示电路的回波损耗相对于有效并联电容的曲线图。
24.图8a示出了根据一实施例的具有火花隙的电路在浪涌事件或浪涌测试之前和/或之后的示意图。
25.图8b示出了根据一实施例的具有火花隙的电路在浪涌事件或浪涌测试期间的示意图。
26.图9示出了显示根据一实施例的具有火花隙的电路(例如，图8a和图8b中的电路)在浪涌之前和之后的回波损耗相对于有效电容的曲线图。
具体实施方式
27.本文描述了一种防雷火花隙电路。在一实施例中，该火花隙电路可用于保护(例如，下游的)有线电视(cable television，catv)电路、同轴电缆多媒体联盟(multimedia over coax alliance，moca)电路、或它们的组合。然而，如将理解的，火花隙电路也可用于保护其他类型的电路。火花隙可以是以下几种形式中的一种：插针、u形件、桥接件、或它们的组合。电路中的火花隙可以由特定材料构成且被构造成如本文所述的特定尺寸，使得当在通孔(th)或表面贴装技术(smt)串联隔直流电容器之前实现这些火花隙时，这些火花隙可有效地抑制所定义的浪涌测试标准，特定材料和特定尺寸是根据端口和待保护的电路的浪涌需求来定额的。火花隙被证明满足或超过给定测试标准，并且能够承受超过5倍的规定浪涌事件次数。
28.根据一实施例，图1a示出了一种电极-到-板火花隙电路100的示意图，且图1b示出了该电极-到-板火花隙电路100的立体图。电路100可包括电路板110，例如印刷电路板(printed circuit board，pcb)。电路板110可大体上为平面。例如，如图1b所示，电路板110可以位于xy平面中。
29.电路100还可包括输入端120，该输入端连接到电路板110。输入端120可以被配置为连接到电缆或设备。在一实施例中，输入端120可被配置为连接到catv前端。输入端120可以被配置为接收处于第一带宽中的信号(例如，来自该catv前端)。第一带宽可以为大约5mhz至大约1002mhz，并且可被称为catv带宽。输入端120还可以被配置为接收处于第二带宽中的信号。第二带宽可以为大约1125mhz至大约1675mhz，并且可被称为同轴电缆多媒体联盟(moca)带宽。
30.电路100还可包括火花隙130，该火花隙连接到电路板110和/或输入端120。火花隙130可被配置为防止浪涌从输入端120传递至输出端180(以下讨论)、或从输出端传递至输入端。火花隙130可包括导电电极132。在该特定实施例中，导电电极132为插针。如本文所使用的，“插针”是指可镀锡或裸露(例如，在其连接到电路板110的端部处)的大体上直的导线导体。该端部也可称为引线。插针132可由诸如金属等导电材料制成。插针132可在大体上垂直于电路板110的方向上延伸。例如，如图1b所示，插针132可在z方向上延伸。插针132可至少部分地延伸穿过电路板110。例如，插针132的至少一部分可以向上延伸并远离电路板110
的上表面112。插针132的另一部分可以向下延伸并远离电路板110的下表面114。插针132可通过smt连接(例如，包括焊接)而连接到电路板110。在另一实施例中，插针132可以通过th连接而连接到电路板110，该th连接为压入配合式(例如插针和插座)或焊接。
31.插针132可以具有大约250μm(～10密尔(mil))至大约500μm(～20mil)的长度、大约500μm至大约750μm的长度、大约750μm至大约1000μm的长度、或更长的长度。插针132可具有大约250μm(～10mil)至大约1.3mm(～50mil)的横截面宽度(直径)、或大约500μm至大约1mm的横截面宽度(直径)。插针132可具有比传统火花隙的质量更大的质量。例如，插针132的质量(例如，在z方向上)可以为大约0.5g至大约1g、大约1g至大约5g、大约5g至大约10g、大约10g至大约20g、大约20g至大约50g、大约50g至大约100g、或更大。
32.火花隙130还可以包括板(也称为第二导电电极)140。在一实施例中，板140可以是外壳(电路100被定位在该外壳内)的一部分。板140可以由诸如金属等导电材料制成。板140可以接地。板140可以大体上为平面。例如，如图1b所示，板140可平行于电路板110。贯穿插针132的中心纵轴可大体上垂直于板140。
33.插针132的端部与板140之间可存在间隙。该间隙可以为大约25μm(～1mil)至大约250μm(～10mil)、大约25μm至大约50μm、大约50μm至大约100μm、大约100μm至大约150μm、或大约150μm至大约250μm。在至少一个实施例中，介电材料150可定位在插针132的端部与板140之间的间隙中。介电材料150可具有大约10μm至大约250μm的厚度、或大约75μm至大约125μm的厚度。介电材料150可具有比插针132和/或板140更小的电导率。介电材料150可具有大约1至大约3.5的相对介电常数(er)、大约1至大约2.5的相对介电常数(er)、或大约1至大约2的相对介电常数(er)。在一示例中，介电材料150可以是相对介电常数er为1的空气。在另一示例中，介电材料150可以是相对介电常数er为2.3的纸。
34.电路100还可包括一个或多个电容器(示出了两个电容器：160和170)。电容器160和170可连接到电路板110和/或火花隙130。如图所示，电容器160和170可串联连接，第一电容器160连接到火花隙130和第二电容器170，且定位在火花隙和第二电容器之间。电容器160和170可被配置为阻隔直流电流(direct current，dc)和/或防止浪涌。在至少一个实施例中，第一电容器160可具有比第二电容器170更大的额定电压。例如，第一电容器160可具有大约200v至大约3000v的额定电压、大约500v至大约1500v的额定电压、或大约750v至大约1250v的额定电压，且第二电容器170可具有大约50v至大约2000v的额定电压、大约50v至大约300v的额定电压、或大约50v至大约150v的额定电压。在一实施例中，可以省略第二电容器170。
35.第一电容器160、第二电容器170、或它们的组合也可以具有比位于火花隙下游的传统电容器更低的额定电压。这可能是由于插针132的质量(比大多数传统导电电极更大)、插针132的横截面积(比大多数传统导电电极更小)、插针132与板140之间的间隙宽度(比大多数传统火花隙中的更小)、或它们的组合。凭借具有较小额定电压和/或较小尺寸的电容器160和170，结合较小的平行板尺寸(例如，横截面积)的火花隙130，穿过电路100(例如，从输入端120至输出端180)的信号在与包括火花隙的传统电路相比时，可能会经受更大的回波损耗和/或更小的寄生电容(通过火花隙130)。例如，电路100的回波损耗在第一(例如，catv)信号带宽内可以为大约15db至大约40db、大约20db至大约50db、或大约25db至大约60db。电路100的寄生电容可以为大约0.01pf至大约0.2pf、大约0.01pf至大约0.1pf、或大
约0.01pf至大约0.05pf。
36.延伸穿过电路板110的插针(例如插针132)可以与信号迹线对齐。如本文所使用的，“信号迹线”是指信号的路径(例如，在输入端120与电容器160之间)。这在z轴的方向上增加了大量的质量，但在x轴和/或y轴的方向上几乎没有对该迹线增加宽度。因此，插针132可影响(例如，增加)迹线阻抗，由回波损耗所度量影响了大约0.01db至大约1db、大约0.1db至大约0.5db、或大约0.5db至大约1db、或者更大。
37.如上所述，电路100还可包括输出端180。输出端180可连接到电路板110和/或一个或多个电容器160、170。输出端180可被配置为连接到用户住所(例如，家庭内部)。例如，输出端180可被配置为连接到电缆和/或设备，例如，catv设备、moca设备、或它们的组合。
38.根据一实施例，图2a示出了另一种电极-到-板火花隙电路200的示意图，且图2b示出了该电极-到-板火花隙电路200的立体图。电路200可以与电路100类似，且在适用的地方使用类似的附图标记。
39.代替火花隙130(来自图1a和图1b)，或作为该火花隙的补充，电路200可包括火花隙230。火花隙230可连接到电路板110、输入端120、电容器160、电容器170、或它们的组合。如图所示，火花隙230连接到输入端120和电容器160，且定位在该输入端和该电容器之间。火花隙230可以包括导电电极232。在该特定实施例中，导电电极232为u形件。如本文所使用的，“u形件”是指一具有至少两个弯曲部的插针或导线导体，其中弯曲端部镀锡或裸露以便于附接到电路。这些端部被称为引线，无论它们是smt还是th。尽管可在pct处对这些端部进行焊接，但可以在火花隙的位置处不对这些端部进行焊接。
40.u形件232可以由诸如金属等导电材料制成。图2a和图2b中的u形件232可以不同于图1a和图1b中的插针132，因为u形件232具有两个u形件引线，这增加了实现初始电弧的潜力，并且可以具有大约两倍的质量和横截面积。这两个u形件引线(也被称为插针)234a和234b可以在大体上垂直于电路板110的方向上延伸。例如，如图2b所示，u形件引线234a和234b可在z方向上延伸。u形件引线234a和u形件引线234b可至少部分地延伸穿过电路板110。例如，u形件引线234a的至少一部分和u形件引线234b的至少一部分可以向上延伸并远离电路板110的上表面112。u形件引线234a的另一部分和u形件引线234b的另一部分可以向下延伸并远离电路板110的下表面114。u形件引线234a和234b可通过smt连接(例如，包括焊接)而连接到电路板110。在另一实施例中，u形件引线234a和234b可以通过th连接而连接到电路板110，该th连接为压入配合式(例如，插针和插座)或焊接。
41.u形件232还可包括横杆236，该横杆连接到u形件引线234a和234b的(例如，上部)端部。该横杆236可大体上平行于电路板110，且大体上垂直于u形件引线234a和234b。在一实施例中，横杆236和电路板110之间可存在间隙。在另一实施例中，可以不存在间隙且横杆236可以与电路板110接触。
42.横杆236的长度(例如，u形件引线234a和234b之间的横向距离)可以为大约250μm(～10mil)至大约500μm(～20mil)。u形件232(例如，u形件引线234a、u形件引线234b、横杆236、或它们的组合)可具有大约250μm(～10mil)至大约1.3mm(～50mil)的横截面宽度(直径)、或大约500μm至大约1mm的横截面宽度(直径)。u形件232(例如，u形件引线234a、u形件引线234b、横杆236、或它们的组合)可具有比传统火花隙的质量更大的质量。例如，该质量可以为大约0.5g至大约1g、大约1g至大约5g、大约5g至大约10g、大约10g至大约20g、大约
20g至大约50g、大约50g至大约100g、或更大。
43.贯穿u形件引线234a的中心纵轴和贯穿u形件引线234b的中心纵轴可大体上垂直于板140。u形件引线234a和234b的端部与板140之间存在间隙。介电材料150可定位在u形件引线234a和234b的端部与板140之间的间隙中。介电材料150可以具有与以上所述相同的尺寸、形状和特性。
44.第一电容器160、第二电容器170或它们的组合可具有比位于火花隙下游的传统电容器更低的额定电压。这可能是由于u形件232的质量(比大多数传统导电电极更大)、u形件232的横截面积(比大多数传统导电电极更小)、u形件232与板140之间的间隙宽度(比大多数传统火花隙中的更小)、或它们的组合。凭借具有较小额定电压和较小尺寸的电容器160和170、结合较小的平行板尺寸(例如，横截面积)的火花隙230，穿过电路200(例如，从输入端120至输出端180)的信号在与包括火花隙的传统电路相比时，可能会经受更大的回波损耗和/或更小的寄生电容(通过火花隙230)。例如，电路200的回波损耗在第一(例如，catv)信号带宽内可以为大约10db至大约50db、或大约15db至大约40db。电路200的寄生电容可以为大约0.01pf至大约0.2pf、大约0.01pf至大约0.1pf、或大约0.01pf至大约0.05pf。
45.横杆236可与信号迹线大体上平行(例如，对齐)。这在z轴的方向上增加了大量的质量，但在x轴和/或y轴的方向上几乎没有对该迹线增加宽度。因此，u形件232可影响(例如，增加)迹线阻抗，由回波损耗所度量影响了大约0.01db至大约1db、大约0.1db至大约0.5db、或大约0.5db至大约1db、或者更大。
46.根据一实施例，图3a示出了一种电极-到-电极火花隙电路300的示意图，且图3b示出了该电极-到-电极火花隙电路300的立体图。电路300可以与电路100和/或电路200类似，且在适用的地方使用类似的附图标记。
47.代替火花隙130和/或火花隙230，或作为这些火花隙的补充，电路300可包括火花隙330。火花隙330可连接到电路板110、输入端120、电容器160、电容器170、或它们的组合。如图所示，火花隙330连接到输入端120和电容器160，且定位在该输入端和该电容器之间。火花隙330可包括桥接表面贴装技术(smt)，如以下所述。
48.火花隙330可包括一个或多个导电电极(示出了两个导电电极：332和340)。在该特定实施例中，导电电极332可以是或包括插针。插针332可由诸如金属等导电材料制成。插针332可定位在电路板110的上方且通过smt连接到电路板110、输入端120、电容器160、或它们的组合。插针332可以在大体上平行于电路板110(特别是信号迹线)的方向上延伸。
49.导电电极340可以是或包括u形件340。可以使用u形件340来代替来自前述实施例的板140，或作为该板的补充。在至少一个实施例中，省略板140可以允许电路300是独立的并在没有板140或外壳的情况下工作。u形件340可由诸如金属等导电材料制成。u形件340可定位在电路板110的上方且通过smt连接到电路板110。u形件340的至少一部分可定位在介电材料150和/或插针332的上方。u形件340可接地。
50.u形件340可包括两个u形件引线(也称为插针)342a和342b，该两个u形件引线能够使u形件340通过smt贴装到电路板110上。在至少一个实施例中，u形件引线342a和342b可以不延伸穿过电路板110。在至少一个实施例中，u形件引线342a和342b可连接(例如，表面贴装)到电路板110。
51.u形件340还可包括u形件横杆344，该u形件横杆连接到u形件引线342a和342b的
(例如，上部)端部。u形件横杆344可大体上平行于电路板110。u形件横杆344也可大体上垂直于信号迹线、插针332、和/或u形件引线342a和342b。因此，u形件340(例如，包括u形件引线342a、u形件引线342b和u形件横杆344)的形状可以为马蹄或希腊字母欧米茄(ω)。
52.插针332和u形件横杆344之间可存在间隙。该间隙可以为大约25μm(～1mil)至大约250μm(～10mil)、大约25μm至大约50μm、大约50μm至大约100μm、大约100μm至大约150μm、或大约150μm至大约250μm。介电材料150可定位在插针332与横杆344之间的间隙中。介电材料150可具有与以上所述相同的尺寸、形状和特性。
53.插针332、u形件340、或这两者可具有大约250μm(～10mil)至大约1.3mm(～50mil)的横截面宽度(直径)、或大约500μm至大约1mm的横截面宽度(直径)。插针332、u形件340、或它们的组合可具有比传统火花隙的质量更大的质量。例如，该质量可以为大约0.5g至大约1g、大约1g至大约5g、大约5g至大约10g、大约10g至大约20g、大约20g至大约50g、大约50g至大约100g、或更大。
54.第一电容器160、第二电容器170、或它们的组合可具有比位于火花隙下游的传统电容器更低的额定电压。这可能是由于插针332的质量、u形件340的质量或这两者的质量(比大多数传统导电电极更大)，插针332的横截面积、u形件340的横截面积或这两者的横截面积(比大多数传统导电电极更小)，插针332与u形件340之间的间隙宽度(比大多数传统火花隙中的更小)，或它们的组合。凭借具有较小额定电压和较小尺寸的电容器160和170、结合较小的平行板尺寸(例如，横截面积)的火花隙330，穿过电路300(例如，从输入端120至输出端180)的信号在与包括火花隙的传统电路相比时，可能会经受更大的回波损耗和/或更小的寄生电容(通过火花隙330)。例如，电路300的回波损耗在第一(例如，catv)信号带宽内可以为大约10db至大约50db、或大约15db至大约40db。电路300的寄生电容可以为大约0.01pf至大约0.2pf、大约0.01pf至大约0.1pf、或大约0.01pf至大约0.05pf。
55.如上所述，插针332可以在电路板110的上方且与信号迹线大体上平行(例如，对齐)。插针332和/或u形件340可在z轴的方向上增加大量的质量，但在x轴和/或y轴的方向上几乎没有对该迹线增加宽度。因此，插针332和/或u形件340可影响(例如，增加)迹线阻抗，由回波损耗所度量影响了大约0.01db至大约1db、大约0.1db至大约0.5db、或大约0.5db至大约1db、或者更大。
56.根据一实施例，图4a示出了另一种电极-到-电极火花隙电路400的示意图，且图4b示出了该电极-到-电极火花隙电路400的立体图。电路400可以与电路100、电路200和/或电路300类似，且在适用的地方使用类似的附图标记。
57.代替火花隙130、火花隙230和/或火花隙330，或作为这些火花隙的补充，电路400可包括火花隙430。火花隙430可连接到电路板110、输入端120、电容器160、电容器170、或它们的组合。如图所示，火花隙430连接到输入端120和电容器160，且定位在该输入端和该电容器之间。火花隙430可以包括桥接smt。例如，插针332可以定位在电路板110的上方且通过smt连接到电路板110、输入端120、电容器160、或它们的组合。在一实施例中，插针332可以不延伸穿过电路板110。
58.电路400还可包括通孔(th)接地。更具体地，u形件440可包括两个u形件引线(也称为插针)442a和442b，这两个u形件引线被配置为延伸穿过电路板110(例如，在z方向上)。u形件引线442a和442b的下端部(例如，在电路板110下方)可以接地。这可以不同于图3a和图
3b中的实施例或改进了图3a和图3b中的实施例，因为将u形件引线442a和442b垂直地插入穿过电路板110的孔，可以提供u形件引线442a和442b的对齐。
59.第一电容器160、第二电容器170、或它们的组合可以具有比位于火花隙下游的传统电容器更低的额定电压。这可能是由于插针332的质量、u形件440的质量或这两者的质量(比大多数传统导电电极更大)，插针332的横截面积、u形件440的横截面积或这两者的横截面积(比大多数传统导电电极更小)，插针332与u形件440之间的间隙宽度(比大多数传统火花隙中的更小)，或它们的组合。凭借具有较小额定电压和较小尺寸的电容器160和170，并结合较小的平行板尺寸(例如，横截面积)的火花隙430，穿过电路400(例如，从输入端120至输出端180)的信号在与包括火花隙的传统电路相比时，可能会经受更大的回波损耗和/或更小的寄生电容(通过火花隙430)。例如，电路400的回波损耗在第一(例如，catv)信号带宽内可以为大约10db至大约50db、或大约15db至大约40db。电路400的寄生电容可以为大约0.01pf至大约0.2pf、大约0.01pf至大约0.1pf、或大约0.01pf至大约0.05pf。
60.如上所述，插针332可以在电路板110的上方且与信号迹线大体上平行(例如，对齐)。插针332和/或u形件340可在z轴的方向上增加大量的质量，但在x轴和/或y轴的方向上几乎没有对该迹线增加宽度。因此，插针332和/或u形件440可影响(例如，增加)迹线阻抗，由回波损耗所度量影响了大约0.01db至大约1db、大约0.1db至大约0.5db、或大约0.5db至大约1db、或者更大。
61.根据一实施例，图5a示出了另一种电极-到-电极火花隙电路500的示意图，且图5b示出了该电极-到-电极火花隙电路500的示意图。电路500可以与电路100、电路200、电路300和/或电路400类似，并且在适用的地方使用类似的附图标记。
62.代替火花隙130、火花隙230、火花隙330和/或火花隙430，或作为这些火花隙的补充，电路500可包括火花隙530。火花隙530可连接到电路板110、输入端120、电容器160、电容器170、或它们的组合。如图所示，火花隙530连接到输入端120和电容器160，且定位在该输入端和该电容器之间。在火花隙530中，可以使用u形件540来代替插针332(来自图3a、图3b、图4a和图4b)，该u形件包括u形件引线542a、u形件引线542b和u形件横杆544。u形件540和u形件440可以桥接。
63.u形件引线542a和542b可以延伸穿过电路板110，而不是将u形件540表面贴装到电路板110。这可以不同于图4a和图4b中的实施例或改进了图4a和图4b中的实施例，因为将u形件引线542a和542b垂直地插入穿过电路板110的孔，可以提供u形件引线542a和542b的对齐。此外，电路板110还可以包括通孔(th)接地。更具体地，u形件引线542a和542b可以延伸穿过电路板110(例如，在z方向上)。u形件引线542a和542b的下端部(例如，在电路板110下方)可以接地。
64.图6a示出了根据一实施例的不具有火花隙且不具有并联电容器的电路600的示意图。电路600可以与电路100、电路200、电路300、电路400和/或电路500类似，并且在适用的地方使用类似的附图标记。例如，电路600可以包括电路板110、输入端120、电容器(例如，隔直流电容器)160和输出端180。电路600还可以包括电阻器610，该电阻器连接到电容器160。电阻器610可以位于电容器160的与输入端120相反的一侧。电阻器610可以具有电阻(例如，75欧姆)。电阻器610可以接地。
65.图6b示出了根据一实施例的不具有火花隙但具有并联电容器620的电路600的示
意图。并联电容器620连接到电路600。更具体地，并联电容器620的第一侧连接到输入端120和电容器160，且定位在该输入端和该电容器之间。并联电容器620的第二侧可以接地。在本实施例中，并联电容器620具有0.2pf的电容。
66.图6c示出了根据一实施例的不具有火花隙但具有一不同的并联电容器630的电路600的示意图。在本实施例中，并联电容器630的电容为0.5pf。图6a至图6c中所示的电路600表示不具有火花隙的基线测试电路。
67.图7示出了显示根据一实施例的图6a至图6c中所示的电路600的回波损耗相对于有效并联电容的曲线图700。x轴以皮法(pf)来表示有效并联电容，y轴以分贝(db)来表示1200mhz处的回波损耗。回波损耗是阻抗失配的量度，又称为反射系数，并且并联电容为电抗，如以下等式所描述：
68.z＝(r2+x2)
0.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式1
69.当电容增加时，阻抗会增加，反射系数会增加，并且回波损耗会减小或降低。
70.回波损耗可由下式计算：
[0071][0072]
反射系数γ可由下式计算：
[0073][0074]
阻抗z可由下式计算：
[0075][0076]
电容电抗xc可由下式计算：
[0077][0078]
在这些等式中，f为频率，c为电容，r为电阻分量，x为电抗分量，z为电路阻抗，z0为标称阻抗(例如，75欧姆)。
[0079]
下部的线710表示当电容器160为具有1kv额定值的盘状(disc)电容器时的结果。中间的线720表示当电容器160为具有500v额定值的盘状电容器时的结果。上部的线730表示当电容器160为具有2kv额定值的多层陶瓷电容器(multilayer ceramic capacitor，mlcc)时的结果。
[0080]
根据一实施例，图8a示出了具有火花隙810的电路800在浪涌事件或浪涌测试之前和/或之后的示意图，且图8b示出了具有火花隙810的电路800在浪涌事件或浪涌测试期间的示意图。电路800可以与电路100、电路200、电路300、电路400、电路500和/或电路600类似，并且在适用的地方使用类似的附图标记。例如，电路800可以包括电路板110、输入端120、电容器(例如，隔直流电容器)160、输出端180和电阻器610。
[0081]
电路800还可以包括火花隙820。火花隙820的第一侧可连接到输入端120和电容器160且定位在该输入端和该电容器之间。火花隙820的第二侧可以接地。火花隙820可以是或包括以上讨论的火花隙130、火花隙230、火花隙330、火花隙430和火花隙530中的任何一个。例如，火花隙820可以包括交叉的(例如，桥接的)两个导电电极(例如，电极332和电极340)。这些电极可以由镀锡铜线制成，并且具有大约635μm(即～25mil)的横截面宽度(例如，直
径)。介电材料150可以是厚度为大约89μm(即～3.5mil)的纸。
[0082]
图9示出了显示根据一实施例的电路800在浪涌之前和之后的回波损耗相对于有效电容的曲线图900。可以比较曲线图700和曲线图900，以说明具有火花隙的电路(例如，电路800)的性能优于不具有火花隙的电路(例如，电路600)的基线性能。
[0083]
下部的线910表示当电容器160为具有1kv额定值的盘状电容器时的结果。如点912处所示，在浪涌测试之前，当有效电容为0.13pf时，回波损耗为-12.1。在点914处，在浪涌测试之后，当有效电容为0.15pf时，回波损耗为-11.9。中间的线920表示当电容器160为具有500v额定值的盘状电容器时的结果。如点922处所示，在浪涌测试之前，当有效电容为0.08pf时，回波损耗为-13.4。在点924处，在浪涌测试之后，当有效电容为0.09pf时，回波损耗为-13.3。上部的线930表示当电容器160为具有2kv额定值的多层陶瓷电容器(mlcc)时的结果。如点932处所示，在浪涌测试之前，当有效电容为0.13pf时，回波损耗为-14.5。在点934处，在浪涌测试之后，当有效电容为0.18pf时，回波损耗为-14.2。
[0084]
回波损耗测量是使用由桥接火花隙(例如，火花隙330、430或530)所引入的89μm(即～3.5mil)的并联电容、高压隔直流电容器160(例如，具有500v、1kv或2kv的额定电压)、以及75欧姆的端接电阻器来进行的。浪涌测量是使用由桥接火花隙(例如，火花隙330、430或530)所引入的89μm(即～3.5mil)的并联电容、高压隔直流电容器160(例如，具有500v、1kv或2kv的额定电压)、以及对地短路来进行的。
[0085]
下面的表1包括根据一实施例的针对电路800的火花隙性能特征和性能目标。
[0086][0087]
在本次测试中，在大多数情况下，当瞬时总功耗达到或超过以下浪涌测试标准的功耗的三倍时：由scte(电缆电信工程师协会)81所规定的ieee(电气和电子工程师协会)c 62.41b3类组合波形，在50个事件后浪涌事件停止而没有电路损坏。将各种测试样本仅暴露于在设定的更高6kv 3ka等级下实施的50次浪涌事件，达到或超过了标准中所限定的96次分级事件，因为达到或超过了功耗，并且该功耗已通过对使用分级或设定事件等级进行测试的样本进行分组而得到了确认。
[0088]
如可以看出，火花隙130、230、330、430和530具有相对低的电容，对电路回波损耗具有低的影响，并且是稳健的或者它们具有高的浪涌耐受性和寿命。mlcc电容器160为电路800增加了较多的固有电容。1kv盘状电容器160为电路800增加了较少的固有电容。盘状电
容器的性能是其额定电压的2倍以上。作为测试的结果，镀锡铜线(例如，插针332或u形件340、u形件440、u形件540)腐蚀，这增加了它们之间的间隙尺寸。镀锡铜线具有大约381μm(即～15mil)至大约1016μm(即～40mil)的横截面宽度(例如，直径)。这可能会降低电容，但是电路800的电容可能由于来自测试的导电碳纤维残留而增加。该测试导致了低的初始电弧电压且范围为大约1250v+/-250v。电路800是稳健的且可以耐受超过3倍的scte标准。介电材料150可以是纸，该纸由于在组装期间更稳定的间隙而提供了低且稳定的电弧电压。
[0089]
在一实施例中，公开了一种用于catv线路和/或降落设备(drop device)的防雷火花隙电路。该火花隙电路可以包括低初始电弧电压、低寄生电容或固有电抗、低成本、易于制造、强健的寿命以及稳定的性能。火花隙电路可以通过2012年发布的电缆电信工程师协会(society of cable telecommunications engineers，scte)81规定的电气和电子工程师协会(institute of electrical and electronics engineers，ieee)c 62.41b3类组合波形进行验证。火花隙电路可以被配置为运行通过6kv、3ka、2欧姆标准1.2/50μs-8/20μs的组合波浪涌。火花隙电路也可以在该等级处运行通过至少32个增量式事件。
[0090]
在另一实施例中，火花隙电路可以通过2012年发布的scte 81所规定的ieee c 62.41b3类环波形进行验证。火花隙电路可以被配置为运行通过6kv、500a、12欧姆标准0.5μs的环波浪涌。火花隙电路可以被配置为在该等级上运行通过至少32个增量式事件。
[0091]
在另一实施例中，火花隙电路可以通过2012年发布的scte 81所规定的ieee c 62.41a3类环波形进行验证。火花隙电路可以被配置为运行通过6kv、200a、30欧姆标准0.5μs的环波浪涌。火花隙电路可以被配置为在该等级上运行通过至少32个增量式事件。
[0092]
印刷电路板(pcb)上的火花隙电路之后可以是，特征是表面贴装技术(smt)1206 2kv的串联隔直流电容，之后是0805 100v或更高；th 1kv或更高、smt 1206 1kv或更高(例如，仅用于a3环)、th 200v或更高(例如，仅用于a3环)、或它们的组合。
[0093]
在一实施例中，火花隙电路可以是或包括位于pcb上的平面火花隙电路，该平面火花隙电路包括基础导体材料(例如，1盎司的铜)。平面火花隙电路还可以包括热空气焊锡均匀法(hot air solder leveling，hasl)镀层，以增加z轴上的质量。平面火花隙电路还可以包括在两个或多个电极之间的、大约3.5mil至大约6.5mil的间隙。平面火花隙电路还可以包括大约10mil至大约20mil的电极间距。平面火花隙电路还可以包括电极几何形状，该电极几何形状例如为钝的到钝的。这可以包括大约5mil至大约10mil的顶端、以及距离导体或地的、大约5mil至大约10mil的长度。平面火花隙电路还可包括导体和接地块，该导体和接地块对于环波超过大约50mil x 20mil，和/或对于组合波超过大约150mil x 50mil。平面火花隙电路还可以包括电镀通孔，电镀通孔可以被配置为要么不填充、要么填充焊料来增加质量(例如，对于组合波)。
[0094]
在另一实施例中，火花隙电路可以是或包括位于pcb上的桥式火花隙电路，该桥式火花隙电路包括直径为大约10mil至大约40mil的电极横截面(或在其他几何形状中的等效横截面面积)。桥式火花隙电路还可以包括比大约30mil大的电极长度。桥式火花隙电路还可以包括从导体到地大约90度(例如，垂直)的电极方向。桥式火花隙电路还可以包括用于接地的单个或多个电极。桥式火花隙电路还可以包括可以由大约3mil至大约5mil厚的空气或另一种介电材料(例如，气体)隔开的多个电极。桥式火花隙电路还可以包括小于大约3.5的间隙介电常数(例如，介电常数为2.3的纸)。
[0095]
在另一实施例中，火花隙电路可以是或包括位于pcb上的u形件或插针火花隙电路，该u形件或插针火花隙电路包括大约10mil至大约40mil的电极直径(或在其他几何形状中的等效横截面积)。u形件或插针火花隙电路还可以包括比大约30mil大的电极长度。u形件或插针火花隙电路还可以包括从导体到地大约90度(例如，垂直)的电极方向。u形件或插针火花隙电路还可以包括与导体在一条直线上的多个电极。u形件或插针火花隙电路还可以包括一个或多个垂直于地的电极。u形件或插针火花隙电路还可以包括由大约3mil至大约5mil厚的空气或另一种介电材料(例如，气体)与地隔开的一个或多个电极。桥式火花隙电路还可以包括小于大约3.5的间隙介电常数(例如，纸)。
[0096]
尽管本文已公开了各方面和实施例，但其他方面和实施例对本领域技术人员而言将是显而易见的。本文所公开的各方面和实施例是为了说明的目的而不旨在进行限制，真实的范围和精神由所附权利要求指明。本公开不被本技术中所描述的、旨在作为各个方面的说明的特定实施例所限制。如对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行许多修改和变型。根据前面的描述，除了本文所列举的装置之外，在本公开范围内功能上等效的装置对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。这些修改和变型旨在落入所附权利要求的范围内。本公开仅由所附权利要求的术语连同这些权利要求有权享有的等同物的全部范围来限制。还应该理解的是，本文所使用的术语仅为了描述特定实施例，而不旨在进行限制。
[0097]
关于本文中对任何复数和/或单数术语实质上的使用，本领域技术人员可以在对上下文和/或申请适用的情况下，将复数转换为单数和/或将单数转换为复数。为了清楚起见，可以在本文中明确地陈述各种单数/复数变换。
[0098]
本领域技术人员将理解，一般而言，本文所使用的术语，尤其是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语，通常旨在作为“开放性”术语(例如，术语“包括(including)”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应解释为“包括但不限于”等)。本领域技术人员还将理解，如果意图引入权利要求陈述(claim recitation)的特定数量，则会在权利要求中明确地陈述该意图，并且在没有这种陈述的情况下，不存在这种意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可能包含介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用，以引入权利要求陈述。然而，这些短语的使用不应被解释为暗示：通过不定冠词“一(a)”和“一(an)”来引入权利要求陈述，将包含这种引入的权利要求陈述的任何特定权利要求限制为仅包含一个这种陈述的实施例，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一(a)”和“一(an)”等不定冠词(例如，“一(a)”和/或“一(an)”应解释为是指“至少一个”或“一个或多个”)时；对于用于引入权利要求陈述的定冠词的使用也是如此。另外，即使明确陈述了引入的权利要求陈述的特定数量，本领域技术人员将认识到，这种陈述应被解释为至少是指所陈述的数量(例如，“两个陈述”的基本陈述而没有其他修饰语是指，至少两个陈述或两个或多个陈述)。此外，在那些使用类似于“a、b和c等中的至少一个”的惯例中，一般而言，这种解释旨在本领域技术人员会理解这种惯例(例如，“具有a、b和c中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有a、仅具有b、仅具有c、同时具有a和b、同时具有a和c、同时具有b和c和/或同时具有a、b和c等的系统)。在那些使用类似于“a、b或c等中的至少一个”的惯例中，一般而言，这种解释旨在本领域技术人员会理解该惯例(例如，“具有a、b或c中的至少一个的系统”将包括
但不限于仅具有a、仅具有b、仅具有c、同时具有a和b、同时具有a和c、同时具有b和c和/或同时具有a、b和c等的系统)。本领域技术人员还将理解，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，呈现两个或更多个替代术语的任何分离词和/或短语都应理解为考虑了包括这些术语中的一个、这些术语中的任一个或两个术语的可能性。例如，短语“a或b”将被理解为包括“a”或“b”或“a和b”的可能性。另外，在根据马库什组描述本公开的特征或方面的情况下，本领域技术人员将认识到，由此也根据马库什组的任何单个成员或成员的子组来描述本公开。