CN102738549B

CN102738549B - 高频同轴电缆

Info

Publication number: CN102738549B
Application number: CN201110242551.5A
Authority: CN
Inventors: 阿部正浩; 儿玉壮平; 后藤敏晴; 中山明成
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: JP2012216456A; JP5645129B2; CN102738549A

Abstract

本发明涉及高频同轴电缆。本发明提供一种作为电缆的长度方向的稳定性指标的VSWR小、且衰减量小的高频同轴电缆。该高频同轴电缆(10)在管状内部导体(11)的外周依次设有内部实心层(12)、泡沫树脂绝缘层(13)、外部实心层(14)、外部导体(15)及护套(16)，在管状内部导体(11)的表面沿整周交替地设置凹部(18)和凸部(19)，管状内部导体(11)只在凸部(19)与内部实心层(12)密合。

Description

高频同轴电缆

技术领域

本发明涉及在移动体通信设备及微波通信设备中使用，且作为绝缘层具备内部实心层、泡沫树脂绝缘层及外部实心层这三层的高频同轴电缆。

背景技术

就使用于对手机必要的移动体通信设备及电视台的微波通信设备的高频同轴电缆而言，以提高通信速度和容量为目的，具有使用频率增高的倾向。因此，要求衰减量小的高频同轴电缆。高频同轴电缆的衰减量是以导体直径为起因的导体损耗和以形成绝缘层的绝缘体材料为起因的电介质损耗之和的值，以下式(1)～(3)表示。

[式1]

衰减量：α(dB/100m)＝α_r+α_g

[式2]

导体损耗：

α_{r} (dB / 100 m) = \frac{2.61 \sqrt{ϵ}}{\log \frac{b}{a}} [\frac{k_{1}}{a} + \frac{k_{2}}{b}] \sqrt{f} \times 10^{- 1}

[式3]

电介质损耗：

α_{g} (dB / 100 m) = 90.9 \cdot f \cdot \sqrt{ϵ} \cdot \tan δ \times 10^{- 1}

在此，f：频率(Hz)，ε：绝缘体的电容率，tanδ：绝缘体的介质损耗因数，a：内部导体外径(m)，b：外部导体外径(m)，k₁：内部导体的导电率系数，k₂：外部导体的导电率系数。

现有技术文献

专利文献1：日本特开昭61-78012号公报

专利文献2：日本特开2003-272446号公报

专利文献3：日本特开2005-211947号公报

专利文献4：日本实开平5-15218号公报

高频同轴电缆的特性阻抗由内部导体外径和外部导体内径的大小决定。在高频同轴电缆中，由于将阻抗规定为50Ω，因此导体损耗是恒定的。因此，之前通过减小绝缘体的电容率ε及介质损耗因数tanδ来减小衰减量。为了以减小电容率ε为目的而提高发泡度，优选高压聚合的低密度聚乙烯那样的熔融粘度大的材料，由于在分子链中分支多，因此与介质损耗因数tanδ增大之类的折衷选择有关。因此，电介质损耗的降低有界限。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供作为电缆的长度方向的稳定性指标的电压驻波比(VSWR)小、且衰减量小的高频同轴电缆。

为了实现该目的而完成的本发明是高频同轴电缆，在管状内部导体的外周依次设有内部实心层、泡沫树脂绝缘层、外部实心层、外部导体及护套的高频同轴电缆中，在上述管状内部导体的表面沿整周交替地设置凹部和凸部，上述管状内部导体只在上述凸部与上述内部实心层密合。

上述管状内部导体的表面积相对于未设置上述凹部和上述凸部的管状内部导体的表面积为1.1倍以上1.3倍以下。

上述凹部向上述管状内部导体的外周方向形成半圆状的空心部。

上述空心部沿上述管状内部导体的表面的长度方向连续。

与上述内部实心层密合的上述凸部的宽度是0.2mm以上1.0mm以下。

另外，本发明是高频同轴电缆的制造方法，在管状内部导体的外周依次设有内部实心层、泡沫树脂绝缘层、外部实心层、外部导体及护套的高频同轴电缆的制造方法中，在上述管状内部导体的表面以等间隔且沿长度方向延伸的方式形成凹部，在形成上述凹部的上述管状内部导体上用管挤压机挤出上述内部实心层后，在上述内部实心层的外周挤出形成上述泡沫树脂绝缘层、上述外部实心层，并在上述外部实心层的外周依次形成上述外部导体、上述护套。

优选以下述方式挤出上述内部实心层：上述内部实心层只与形成于上述管状内部导体的凹部间的凸部密合，上述内部实心层未进入上述凹部内，且上述凹部内成为空隙。

本发明的效果如下。

根据本发明，能够提供作为电缆的长度方向的稳定性指标的VSWR小、且衰减量小的高频同轴电缆。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的高频同轴电缆的结构图。

图2是表示图1的高频同轴电缆的管状内部导体的立体图。

图3是表示LHPX20D环形电缆的管状内部导体直径和电阻衰减的关系的曲线图。

图4是表示泡沫芯线的剖视图。

图5是表示图1的高频同轴电缆的生产线的概略图。

图6是表示图5的生产线的十字头的结构图。

图7是表示形成了凹部后，在其上覆盖了内部实心层的管状内部导体的剖视图。

图8是表示实施例的高频同轴电缆的管状内部导体的尺寸的图。

图中：10-高频同轴电缆，11-管状内部导体，12-内部实心层，13-泡沫树脂绝缘层，14-外部实心层，15-外部导体，16-护套，17-泡沫芯线，18-凹部，19-凸部，20-空心部，21-孔穴。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的优选实施方式。

图1是表示本发明的优选实施方式的高频同轴电缆的结构图。

如图1所示，本实施方式的高频同轴电缆10在管状内部导体11的外周依次设有内部实心层12、泡沫树脂绝缘层13、外部实心层14、外部导体15及护套16。以下，将在管状内部导体11的外周覆盖了内部实心层12、泡沫树脂绝缘层13、直到外部实心层14的电缆称为泡沫芯线17。

管状内部导体11由导体损耗少的材料、例如截面形成为管状的铜材料、或拉长覆盖了铜的铝线的铜包铝线构成。

如图2所示，在管状内部导体11的表面沿整周交替地设有凹部(槽部)18和凸部(密合部)19。凹部18是为了增大管状内部导体11的表面积并减小导体损耗而形成的结构。为了减小导体损耗，优选以管状内部导体11的表面积相对于未设置凹部18和凸部19的管状内部导体的表面积为1.1倍以上1.3倍以下的方式设置凹部18。

另外，优选凹部18的壁厚是0.5mm以上。这是因为若小于0.5mm，则在高频同轴电缆10的制造过程中存在管状内部导体11变形的危险。

另外，优选各凹部18为相同的形状。特别地，各凹部18的形状没有规定，但由于若在凹部18处具有棱角，则电场集中在该棱角而导致电阻变大，因此期望为半圆形。

该凹部18向管状内部导体11的外周方向形成半圆状的空心部20。优选空心部20沿管状内部导体11的表面的长度方向连续。

如图3所示，优选槽形成前的管状内部导体11的外径(或槽形成后的相对的凸部19的外径)为3.9mm以上12.9mm以下。其原因在于，若是比3.9mm小的外径，则难以形成管状导体自身，并且也无法形成凹部18。另外，若外径比12.9mm大，则即使增大管状内部导体11的表面积且不降低导体损耗，但由于管状内部导体11的截面积增大且电阻值减小，因此即使在管状内部导体11上设置凹部18，效果也小。尤其在10D的管状内部导体11形成凹部18时的效果最大。

如图4所示，该管状内部导体11只在凸部19处与内部实心层12密合。优选与内部实心层12密合的凸部19的宽度为0.2mm以上1.5mm以下，更优选为0.2mm以上1.0mm以下。其原因在于，若其宽度小于0.2mm，则与内部实心层12的密合不充分，在发泡时凸部19与内部实心层12无法密合，产生较大的空隙。另外，若比1.5mm长，则根据管状内部导体11的外径，凹部18的形成减少，因此无法使管状内部导体11的表面积处于上述的范围，无法减少导体损耗。

另外，为了沿管状内部导体11的整周得到管状内部导体11与内部实心层12的充分的密合，优选凸部19形成为等间隔。

在凹部18和内部实心层12之间沿管状内部导体11的长度方向形成截面为圆形的孔穴21。该孔穴21沿管状内部导体11的整周形成为等间隔。由此，能够使电容率ε沿管状内部导体11的长度方向、并在整周上均匀地分布。

作为内部实心层12的材料，没有特别规定，可以使用混合例如聚乙烯树脂和作为粘结性聚合物的马来酐改性聚乙烯的材料。另外，作为树脂，优选以低温(100℃左右)粘结的材料。

作为泡沫树脂绝缘层13的树脂材料，没有特别规定，但可以使用聚烯烃系树脂，作为聚烯烃系树脂，可以列举聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、嵌段聚丙烯、无规聚丙烯、移植型TPO、乙烯-丙烯-丁烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-戊烯共聚物。作为聚丙烯，可以列举嵌段聚丙烯、无规聚丙烯、无规立构聚丙烯、间规聚丙烯、等规聚丙烯等。作为聚乙烯，可以列举超高分子聚乙烯、高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯等。可以单独或组合多个种类这些材料来使用。例如，可以混合高密度聚乙烯和低密度聚乙烯来使用。另外，作为发泡剂、发泡成核剂，没有特别规定，可以使用公知的材料。

另外，可以在这些材料中添加抗氧化剂、粘度调整剂、增粘结、加强剂、充填剂、增塑剂(软化剂)、加硫剂、加硫促进剂、交联剂、交联助剂、发泡助剂、加工助剂、防老化剂、耐热稳定剂、耐候性稳定剂、防带静电剂、润滑剂及其他添加剂。

作为发泡方法，具有使用化学发泡剂的方法(化学发泡)和在成型机中向溶融树脂中注入气体的方法(物理发泡)，可以使用任一种方法。另外，发泡度没有特别规定，但由于发泡度高的材料电容率ε低，因此优选为70％以上。

作为外部导体15，可以使用波纹状的铜材料或铝材料。

接着，与其生产线一起说明高频同轴电缆10的制造方法。

如图5所示，用于制造高频同轴电缆10的生产线50具备挤出绞盘(输出绞盘)51、十字头52、内部实心层挤压机(管挤压机)53、第一挤压机54、气体注入装置55、第二挤压机56、外部实心层挤压机57和冷却水槽58。

在使用该生产线50制造高频同轴电缆10时，首先，通过由在模具内部设置了突起部的挤出绞盘51挤出管状内部导体11，在其表面以等间隔且沿长度方向延伸的方式形成与突起部对应的形状的凹部18。

之后，在内部实心层挤压机53中混匀内部实心层12的材料，利用十字头52将内部实心层12挤出到管状内部导体11上。

如图6所示，十字头52具有：用于在管状内部导体11的外周覆盖内部实心层12的管类型的芯棒61，保持芯棒61的芯棒架62，用于在这些芯棒61及芯棒架62之间形成泡沫树脂材料63和外部实心层14的材料64通过的流道65的管头66，用于将泡沫树脂材料63导入流道65的泡沫树脂材料导入部67，以及用于将外部实心层14的材料64导入流道65的外部实心层材料导入部68；以内部实心层12只与形成于凹部18间的凸部19密合，内部实心层12未进入凹部18内，且凹部18成为空隙的方式挤出内部实心层12。

在该十字头52中，除内部实心层12以外，也同时对泡沫树脂绝缘层13、外部实心层14进行挤压成形，从而形成泡沫芯线17。

具体地说，利用第一挤压机54混匀从漏斗59投入的泡沫树脂绝缘层13的树脂材料、发泡成核剂和从气体注入装置55注入的气体等，利用第二挤压机56将混匀所得的泡沫树脂材料63降温到适合发泡的温度并从泡沫树脂材料导入部67导入十字头52内的流道65，在内部实心层12的外周挤出形成泡沫树脂绝缘层13。在内部实心层12的外周挤出的泡沫树脂材料63利用十字头52内外的压力差进行物理发泡，从而成为泡沫树脂绝缘层13。

如图7所示，在刚挤出内部实心层12之后，孔穴21的截面没有成为圆形，但由于在泡沫成长时向外周方向发泡，因此也同时向外周方向牵引与泡沫树脂绝缘层13密合的内部实心层12，孔穴21变大，孔穴21的截面成为圆形。由此，能够减小内部实心层12的外周的电容率ε。

另外，利用外部实心层挤压机57混匀外部实心层14的材料64，并将其从外部实心层材料导入部68导入十字头52内的流道65，在泡沫树脂绝缘层13的外周挤出形成外部实心层14。

之后，在冷却水槽58中冷却在管状内部导体11的外周挤出的各种材料，将所得到的泡沫芯线17输送到其他生产线上，依次形成外部导体15、护套16，从而得到高频同轴电缆10。

接着，说明高频同轴电缆10的作用。

就高频信号在流经导体(铜)时的表皮深度而言，在1GHz的场合大约为2.1μm，在3GHz的场合为1.2μm，仅流经导体的表面(高频信号的趋肤效应)。在高频同轴电缆10中，为了增大管状内部导体的表面积，在其表面设置凹部18，因此能够增大高频信号流经的表面积。另外，通过增大内部导体外径，上述导体损耗的式(2)中的a变大，从而能够减小导体损耗α_r。

另外，在高频同轴电缆10中，由于在挤出内部实心层12时使用管挤压机，因此能够以内部实心层12未进入凹部18内，凹部18内成为空隙的方式挤出内部实心层12。另外，在与形成泡沫树脂绝缘层13的同时，泡沫树脂绝缘层13的气泡膨胀，由于泡沫膨胀并且向外周方向牵引与空心部20相对的内部实心层12，因此能够使空心部20成为圆形的孔穴21。其结果，能够得到与形成高发泡度的绝缘层的场合相同的效果，从而能够减小电介质损耗α_g。

因此，根据本发明，通过在管状内部导体11的外周设置凹部18，能够不改变管状内部导体11的外径地使管状内部导体11的表面积相对于未设置凹部18的场合为1.1倍以上1.3倍以下，通过表面积增大，能够减小导体损耗α_r。另外，内部实心层12没有进入凹部18内，并且在泡沫树脂绝缘层13上也形成空间的结果，电介质损耗α_g也变小，其结果，能够提供作为电缆的长度方向的稳定性指标的VSWR小、且衰减量α小的高频同轴电缆10。

实施例

为了验证本发明的效果，实施以下所示的实施例1～6及比较例1～4。

在各实施例及比较例中，高频同轴电缆的制造按以下顺序进行。

首先，在第一挤压机54中投入并混匀泡沫用聚乙烯及发泡成核剂等，在气体注入装置55中向第一挤压机54内部压入氮气、或二氧化碳气体、或这些气体的混合气体后，在第二挤压机56中降温到适于发泡的温度。

接着，准备管状内部导体11，由在模具内部设置了凸部的挤出绞盘51进行挤出，在管状内部导体11的外周形成期望的凹部18。

此时，如图8所示，将管状内部导体11的凸部19的壁厚t₀设为1.0，将凹部18的个数设为25个，将未设置凹部18时的管状内部导体的表面积设为1，制造表面积为其1.1倍、1.3倍的管状内部导体11。

接着，在内部实心层挤压机53中混匀内部实心层12的材料后，在形成了凹部18的管状内部导体11上覆盖内部实心层12。由于内部实心层12利用管挤压机而覆盖形成，因此内部实心层12没有进入管状内部导体11的凹部18内，如图7所示那样形成。

在形成内部实心层12后，在内部实心层12的外周形成泡沫树脂绝缘层13。另外，外部实心层14在外部实心层挤压机57中与泡沫树脂绝缘层13同时形成。所用的十字头52内的结构如图6所示。

各层覆盖结束之后，通过在冷却水槽58中进行冷却，泡沫树脂绝缘层13及外部实心层14首先从外侧固化，因此比泡沫树脂绝缘层13靠外周侧的气泡与内部实心层12侧相比形成微小的气泡。

另外，此时在挤出泡沫树脂材料63且泡沫膨胀时，由于向外周方向发泡，因此与泡沫树脂绝缘层13密合的内部实心层12也同时被向外周方向牵引。

由此，与凹部18相对的内部实心层12及泡沫树脂绝缘层13如图4所示被向外周方向牵引，孔穴21变大。这样，通过在管状内部导体11的长度方向形成孔穴21，从而能够减小管状内部导体11上的电容率ε。

之后，形成外部导体15及护套16。为了提高制造出的高频同轴电缆的挠性，采用设置了被称为圆环的独立环状的外部导体15的20D环。

高频同轴电缆的衰减量及VSWR的测定使用Agilent公司制ScalarNetworkAnalyzer8757D来进行，将2.2GHz时的衰减量为5.85dB/100m以下定为合格。在电缆类型为10D的场合，将衰减量为15.6dB/100m以下定为合格，在电缆类型为29D的场合，将衰减量为4.22dB/100m以下定为合格。另外，VSWR在任意情况下都将1.1以下定为合格。

[表1]

(1)HDPE：日本双敏6944(密度0.965g/cm³，MFR8.0g/10分)，

(2)LDPE：宇部丸善聚合物B028(密度0.928g/cm³，MFR0.5g/10分)，

(3)化学发泡用化合物：宇部丸善聚合物C487，

(4)LDPE宇部丸善聚合物B128(密度0.928g/cm³，MFR1.0g/10分)，

(5)AD-MA-XE070(密度0.893g/cm³，MFR3.0g/10分)。

实施例一是采用在LHPX中最通用的φ9.0mm的20D环的场合。如图8所示，将凹部18的半径R设为0.1mm，将凹部18的壁厚t₁设为0.9mm，相对于将未设置凹部18的管状内部导体的表面积设为1的场合，将表面积扩大到1.1倍。VSWR是1.05，标准的衰减量提高到5.83dB/100m。

实施例二将凹部18的半径R设为0.5mm，将凹部18的壁厚t₁设为0.5mm，相对于将未设置凹部18的管状内部导体的表面积设为1的场合，将表面积扩大到1.3倍。VSWR是1.07，衰减量为5.80dB/100m，作为高频同轴电缆是合格的。

实施例三、四是管状内部导体11采用管状中最细的φ3.9mm的FHPX10D的场合，相对于将未设置凹部18的管状内部导体的表面积设为1的场合，分别扩大到1.1倍、1.3倍。双方的VSWR及衰减量均为标准值以内，从而合格。

实施例五、六是管状内部导体采用连续管状中最粗的φ12.9mm的LHPX29D的场合。相对于将未设置凹部18的管状内部导体的表面积设为1，分别扩大到1.1倍、1.3倍。双方的VSWR及衰减量都在标准值以内，合格。

[表2]

比较例一是管状内部导体的外径为φ9.0mm且没有凹部18的现有结构的场合，由于未形成凹部18，因此无法降低导体损耗，衰减量是5.89dB/100m，不合格。

比较例二是相对于将未设置凹部18的管状内部导体的表面积作为1的场合，表面积的倍率是1.4倍的场合。由于设置了0.8mm的凹部18，因此凹部18的壁厚t₁为0.2mm，由于泡沫芯线制造时的线张力，管状内部导体的强度不足，设置了凹部18的部分被拉长，产生变形，无法电缆化。

比较例三由于同时实心挤出内部实心层、泡沫树脂绝缘层，树脂进入到凹部18的内部，由此，内部实心层的量增加，无法减小电介质损耗，衰减量为5.87dB/100m，不合格。

比较例四是直径最小的FHPX10D的场合，由于与内部实心层密合的凸部的宽度t₂为0.2mm以下的0.17mm，因此泡沫树脂绝缘层与管状内部导体的粘结不顺利，产生巨大气泡，无法电缆化。

从以上的结果来可以看出，根据本发明，能够得到作为电缆的长度方向的稳定性指标的VSWR小、且衰减量小的高频同轴电缆。

Claims

1.一种高频同轴电缆，在管状内部导体的外周依次设有内部实心层、泡沫树脂绝缘层、外部实心层、外部导体及护套，其特征在于，

在上述管状内部导体的表面沿整周交替地设置凹部和凸部，上述管状内部导体只在上述凸部与上述内部实心层密合，

上述凹部向上述管状内部导体的外周方向形成半圆状的空心部，

上述空心部沿上述管状内部导体的表面的长度方向连续。

2.根据权利要求1所述的高频同轴电缆，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的高频同轴电缆，其特征在于，

与上述内部实心层密合的上述凸部的宽度为0.2mm以上1.0mm以下。

4.一种高频同轴电缆的制造方法，该高频同轴电缆在管状内部导体的外周依次设有内部实心层、泡沫树脂绝缘层、外部实心层、外部导体及护套，该制造方法的特征在于，

在上述管状内部导体的表面以等间隔且沿长度方向延伸的方式形成凹部，在形成上述凹部的上述管状内部导体上用管挤压机挤出上述内部实心层后，在上述内部实心层的外周挤出形成上述泡沫树脂绝缘层、上述外部实心层，并在上述外部实心层的外周依次形成上述外部导体、上述护套，

使上述凹部向上述管状内部导体的外周方向形成半圆状的空心部，

使上述空心部沿上述管状内部导体的表面的长度方向连续。

5.根据权利要求4所述的高频同轴电缆的制造方法，其特征在于，

以下述方式挤出上述内部实心层：上述内部实心层只与形成于上述凹部间的凸部密合，上述内部实心层未进入上述凹部内，且上述凹部内成为空隙。