CN102760926B - 电磁波放射同轴电缆及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是提供在输入高频率信号时能够放射圆极化波的电磁波的电磁波放射同轴电缆及具备该电磁波放射同轴电缆的通信系统。作为解决本发明课题的方法是，电磁波放射同轴电缆(10)具备由导体构成并沿着轴线延伸的内部导体(20)、覆盖内部导体(20)的绝缘体(22)、和以形成使绝缘体(22)的一部分露出的间隙(30)的方式以一定间距的单层螺旋状卷绕在绝缘体(22)的周围的外部导体(24)。被发送或接收的高频率信号的波长、该波长下的绝缘体(22)的相对介电常数和沿着轴线的方向上的外部导体(24)的卷绕的间距满足规定的关系。

Description

电磁波放射同轴电缆及通信系统

技术领域

本发明涉及电磁波放射同轴电缆及通信系统。

背景技术

一直以来，作为用于移动通信的发送天线，提出了开放同轴电缆和漏泄同轴电缆(例如，参照专利文献1和专利文献2)。

专利文献1的图10(A)和(B)所示的开放同轴电缆具有螺旋状的开口槽，如果向开放同轴电缆供给高频率信号，则电磁场穿过开口槽而漏出。

外部的接收天线通过感应耦合来检测该漏出的电磁场。

另一方面，专利文献1的图7、专利文献2的图1中记载的漏泄同轴电缆具有沟槽，如果向开放同轴电缆供给高频率信号，则穿过沟槽而放射电磁波。外部的接收天线接收该被放射出的电磁波。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-198941号公报

专利文献2：日本特开2010-103685号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1的图10(A)和(B)中记载的螺旋型开放同轴电缆为感应耦合型，在将这些开放同轴电缆作为发送天线使用的情况下，根据到接收天线的距离、开放同轴电缆本身的污染等，传送损失、耦合损失等特性大幅变化。

此外，专利文献1的图7、专利文献2的图1中记载的沟槽型漏泄同轴电缆仅能放射直线极化波的电磁波。因此，在将该漏泄同轴电缆作为发送天线使用的情况下，如果不将接收天线按照直线极化波的振幅方向进行设置，则存在耦合损失变差这样的问题。

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供在输入高频率信号时能够放射圆极化波的电磁波的电磁波放射同轴电缆、以及具备该电磁波放射同轴电缆的通信系统。

用于解决课题的方法

为了达成上述目的，根据本发明的一方式，提供了一种电磁波放射同轴电缆，其特征在于，具备：由导体构成并沿着轴线延伸的内部导体、覆盖所述内部导体的绝缘体、和以形成使所述绝缘体的一部分露出的间隙的方式以一定间距的单层螺旋状卷绕在所述绝缘体的周围的外部导体，当将被发送或接收的高频率信号的波长设为λ，将所述波长下的所述绝缘体的相对介电常数设为εr，将沿着所述轴线的方向上的所述外部导体的卷绕的间距设为P时，满足下式所示的关系(技术方案1)：

$\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r}-1<\frac{\mathrm{\&lambda;}}{P}<\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r}+1.$

作为优选的方式，所述外部导体在所述绝缘体的表面的占有率为50％以上(技术方案2)。

作为优选的方式，在将所述间隙投影至包含所述轴线的平面时，与所述外部导体的侧缘正交的方向上的所述间隙的宽度为0.5mm以上(技术方案3)。

作为优选的方式，所述外部导体包含箔或多根导线(技术方案4)。

作为优选的方式，电磁波放射同轴电缆在向所述内部导体施加所述高频率信号时，放射圆极化波的电磁波(技术方案5)。

作为优选的方式，所述高频率信号的频率在800MHz以上2400MHz以下的范围内(技术方案6)。

此外，根据本发明的一方式，提供了具备所述电磁波放射同轴电缆的通信系统(技术方案7)。

发明的效果

根据本发明，提供了在输入高频率信号时能够放射圆极化波的电磁波的电磁波放射同轴电缆、以及具备该电磁波放射同轴电缆的通信系统。

附图说明

图1为概略地显示具备第1实施方式的电磁波放射同轴电缆的发送系统的构成的图。

图2为概略地显示图1中的电磁波放射同轴电缆的构成的侧视图。

图3为概略地显示图1中的电磁波放射同轴电缆的构成的横截面图。

图4为概略地显示模拟中使用的模型的图。

图5为显示关于实施例1(800MHz)，左旋圆极化波和右旋圆极化波的强度的放射角依赖性的图。

图6为显示关于实施例2(1800MHz)，左旋圆极化波和右旋圆极化波的强度的放射角依赖性的图。

图7为显示关于实施例1(2400MH)，左旋圆极化波和右旋圆极化波的强度的放射角依赖性的图。

图8为显示关于实施例1(800MHz)，主轴及副轴的强度的放射角依赖性的图。

图9为显示关于实施例2(1800MHz)，主轴及副轴的强度的放射角依赖性的图。

图10为显示关于实施例3(2400MHz)，主轴及副轴的强度的放射角依赖性的图。

图11为显示关于实施例4(2400MHz)，轴向极化波和周向极化波的耦合损失的位置特性的图。

图12为显示关于实施例5～8(5D)，在800MHz～2400MHz范围内的金属覆盖率(占有率)与VSWR(电压驻波比)的关系的图。

图13为显示关于实施例9～12(10D)，在800MHz～2400MHz范围内的金属覆盖率(占有率)与VSWR(电压驻波比)的关系的图。

图14为显示关于实施例13～16(5D)，在800MHz～2400MHz范围内的周向极化波的耦合损失与间隙宽度Wg的关系的图。

图15为显示关于实施例17～21(10D)，在800MHz～2400MHz范围内的周向极化波的耦合损失与间隙宽度Wg的关系的图。

图16为显示关于实施例13～16(5D)和实施例17～21(10D)，频率800MHz的周向极化波的耦合损失与间隙宽度Wg的关系的图。

图17为概略地显示第2实施方式的电磁波放射同轴电缆的构成的侧视图。

图18为概略地显示图17的电磁波放射同轴电缆的构成的横截面图。

符号说明

10电磁波放射同轴电缆

12发送系统

20内部导体

22绝缘体

24外部导体

26外皮

28金属箔

30间隙

具体实施方式

〔第1实施方式〕

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1显示具备第1实施方式的电磁波放射同轴电缆10的发送系统12的概略构成。

发送系统12具备生成高频率信号并输出的发送器14，发送器14输出高频率信号。发送器14介由馈电线与接头(馈电点)16连接，接头16与电磁波放射同轴电缆10的一端连接。此外，发送系统12具有与电磁波放射同轴电缆10的另一端连接的终端器(终端电阻)18。

图2为概略地显示电磁波放射同轴电缆10的构成的侧视图，图3为概略地显示电磁波放射同轴电缆10的构成的横截面图。

如图2和图3所示，电磁波放射同轴电缆10具有由例如铜线构成并沿着轴线19延伸的线状的内部导体20。内部导体20的外周面通过设置于同心上的圆筒形状的绝缘体22而被覆盖。

作为绝缘体22的材料，可以使用例如，聚乙烯、聚四氟乙烯、氯乙烯或它们的发泡体。绝缘体22的相对介电常数εr为例如1.0以上3.0以下。

在绝缘体22的外周面设置有外部导体24。外部导体24的内径D为例如3mm以上50mm以下。此外，例如，考虑绝缘体的相对介电常数εr来适当调整内部导体20的外径d，以使得电磁波放射同轴电缆10的特性阻抗为50Ω或75Ω。

外部导体24的外周面通过具有电绝缘性的外皮26而被覆盖。作为外皮26的材料，可以使用例如，聚乙烯、氯乙烯或无卤系阻燃材料。

本实施方式中，作为外部导体24，1条带状的金属箔28以单层螺旋状卷绕于绝缘体22的周围。作为金属箔28的材料，可以使用例如，铜、铝或银。例如，金属箔28具有50μm以上300μm以下的厚度。另外，外部导体24的宽度(外部导体宽度)Wm为沿着内部导体20的轴线19的方向(轴线方向)的金属箔28的长度。

金属箔28以一定间距P以单层螺旋被卷绕。间距P为电磁波放射同轴电缆10的轴线方向的金属箔28的卷绕周期，为金属箔28绕绝缘体22周围1周时金属箔28在内部导体20的轴线方向前进的长度。

间距P比外部导体宽度Wm大。因此，金属箔28在形成单层螺旋状的槽(间隙)30的同时卷绕于绝缘体22的外周面。

间隙30的宽度(间隙宽度)Wg为例如0.9mm以上6mm以下。另外，间隙宽度Wg为将间隙30投影于包含轴线19的平面时的、在与金属箔28的侧缘正交的方向上的、相邻的卷(匝)彼此的间隙。

对于本实施方式的电磁波放射同轴电缆10，下式(1)所示的关系成立。式(1)中，εr为绝缘体22的相对介电常数，λ为被施加的高频率信号的波长(设计波长)，P为金属箔28的卷绕的间距。另外，绝缘体22的相对介电常数εr具有频率依赖性，但理所当然为被施加的高频率信号的频率时的值。高频率信号是指携带电话等移动通信、电视广播、无线LAN等中使用的频带的信号，例如，频率为几百MHz以上几GHz以下的信号，

[数2]

$\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r}-1<\frac{\mathrm{\&lambda;}}{P}<\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r}+1...\left(1\right).$

而且，对于本实施方式的电磁波放射同轴电缆10，作为优选的方式，在绝缘体22的外周面，金属箔28的占有率(金属覆盖率)被设定为50％以上。即，外部导体宽度Wm除以间距P而得的值Wm/P被设定为0.5以上。

此外，对于本实施方式的电磁波放射同轴电缆10，作为优选的方式，间隙宽度Wg被设定为0.5mm以上。

上述第1实施方式的电磁波放射同轴电缆10能够通过例如将金属箔28卷绕于覆盖内部导体20的绝缘体22的外周面，然后用外皮26覆盖来制造。

根据上述第1实施方式的电磁波放射同轴电缆10，通过满足式(1)的条件，在向内部导体20输入高频率信号时，稳定地放射与外部导体24的螺旋卷绕方向对应的圆极化波的电磁波。

因此，与发送系统12进行通信的接收系统能够与接收天线相对于电磁波放射同轴电缆10的方向无关地稳定接收高频率信号。

因此，电磁波放射同轴电缆10适合于极化波分集用放射电缆、GPS收发用放射电缆和对移动设备用放射电缆。

另外，电磁波放射同轴电缆10即使作为接收天线使用，也会不依赖于方向而具有良好的接收灵敏度，因此也能够应用于接收系统。即，电磁波放射同轴电缆10能够应用于通信系统的发送侧和接收侧。

此外，根据第1实施方式的电磁波放射同轴电缆10，与通常的开放同轴型电缆不同，由于放射电磁波，因此传送损失、耦合损失等电磁场的特性稳定(即，变化小)。由此，关于第1实施方式的电磁波放射同轴电缆10，外皮26的表面的污染等的影响少。

此外，第1实施方式的电磁波放射同轴电缆10与以往的沟槽型漏泄同轴电缆相比，制造容易。

实施例

以下，作为第1实施方式的电磁波放射同轴电缆10的实施例，显示模拟结果。模拟器使用电磁场模拟器WIPL-D(WIPL-D，Inc.制)。图4为概略地显示模拟中使用的模型的图。

1.实施例1、实施例2、实施例3

1-1.参数

外部导体内径D：5mm

内部导体外径d：2mm

间距P：200mm

外部导体宽度Wm：137.5mm

金属覆盖率：69％

间隙宽度Wg：4.9mm

绝缘体相对介电常数εr：1.277

电缆长L：2m

高频率信号频率：800MHz(实施例1)/1800MHz(实施例2)/2400MHz(实施例3)

1-2.指向性评价结果

(1)左旋圆极化波和右旋圆极化波的强度的不同频率的放射角依赖性

关于实施例1、实施例2和实施例3，将左旋圆极化波和右旋圆极化波的强度的放射角依赖性分别示于图5、图6和图7中。关于放射角，将与轴线方向正交的方向设为0°。

如图5～图7所示，在800MHz、1800MHz和2400MHz的任一者中，在显示主模式的放射角，确认了左旋圆极化波的放射。由此可知，根据实施例1～实施例3的电磁波放射同轴电缆10，能够对特定的方向放射电磁波。

另外，被放射的电磁波为左旋圆极化波是因为，在模型中，金属箔28为右卷绕，如果如图2那样金属箔28为左卷绕，则放射右旋圆极化波。

(2)主轴和副轴的强度的不同频率的放射角依赖性

关于实施例1、实施例2和实施例3，在图8、图9和图10中分别显示主轴及副轴的强度的放射角依赖性。另外，副轴和与电磁波放射同轴电缆的周向平行的方向(以下，记为周向)基本一致，主轴与放射方向和周向正交的方向(以下，记为轴向)基本一致。

如图8～图10所示，在800MHz、1800MHz和2400MHz的任一者中，在显示主模式的放射角，电磁波的轴比为1dB以下。

由此可知，在用偶极天线接收通过实施例1～实施例3的电磁波放射同轴电缆而被放射的电磁波的情况下，无论偶极天线的方位如何，都能够获得一定的强度。

2.实施例4

2-1.参数

外部导体内径D：5mm

内部导体外径d：2mm

间距P：200mm

外部导体宽度Wm：137.5mm

金属覆盖率：69％

间隙宽度Wg：4.9mm

绝缘体相对介电常数εr：1.277

电缆长L：2m

高频频率：2400MHz

电缆与偶极天线的距离：2m

2-2.轴向极化波和周向极化波的耦合损失的位置特性评价结果

关于实施例4，将轴向极化波和周向极化波的耦合损失的位置依赖性示于图11中。另外，横轴的0mm的位置对应于馈电点。

如图11所示，轴向极化波和周向极化波均在约1500mm～2000mm的范围内被稳定地放射。另一方面，按指向性的关系，与1500mm相比，在0mm侧，耦合损失增大。

3.实施例5～8和实施例9～12

3-1.参数

外部导体内径D：5mm(实施例5～8)/10mm(实施例9～12)

内部导体外径d：2mm(实施例5～8)/4mm(实施例9～12)

间距P：200mm

金属覆盖率：95％(实施例5、9)/69％(实施例6、10)/50％(实施例7、11)/25％(实施例8、12)

绝缘体相对介电常数εr：1.277

电缆长L：2m

高频频率：800MHz～2400MHz

3-2.金属覆盖率与VSWR(电压驻波比)的关系的评价结果

关于实施例5～8(5D)和实施例9～12(10D)，将800MHz～2400MHz范围内的金属覆盖率(占有率)与VSWR(电压驻波比)的关系分别示于图12和图13中。

期望VSWR为2.0以下，为了实现该目的，由图12和图13可知，期望金属覆盖率为50％以上，进一步期望为69％以上。

4.实施例13～16和实施例17～21

4-1.参数

外部导体内径D：5mm(实施例13～16)/10mm(实施例17～21)

内部导体外径d：2mm(实施例13～16)/4mm(实施例17～21)

间距P：200mm

间隙宽度Wg：0.8mm、1.6mm、4.9mm、7.8mm(实施例13～16)/0.8mm、1.6mm、3.9mm、9.7mm、15.5mm(实施例17～21)

绝缘体相对介电常数εr：1.277

电缆长L：2m

高频频率：800MHz～2400MHz

电缆与偶极天线的距离：2m

4-2.周向极化波的耦合损失的间隙宽度依赖性评价结果

关于实施例13～16(5D)和实施例17～21(10D)，将在800MHz～2400MHz范围内的周向极化波的耦合损失与间隙宽度Wg的关系分别示于图14和图15中。此外，关于实施例13～16(5D)和实施例17～21(10D)，将频率800MHz的周向极化波的耦合损失与间隙宽度Wg的关系示于图16中。

期望周向极化波的耦合损失为90dB以下，为了实现该目的，由图14、图15和图16可知，期望间隙宽度Wg为0.5mm以上，进一步期望为0.8mm以上。

此外，进一步期望周向极化波的耦合损失在55dB以上80dB以下的范围内，为了实现该目的，由图14、图15和图16可知，进一步期望间隙宽度Wg在0.9mm以上6mm以下的范围内。

〔第2实施方式〕

以下，对第2实施方式进行说明。

另外，对与第1实施方式相同或类似的构成附上相同的名称或符号，省略详细的说明。

图17为概略地显示电磁波放射同轴电缆40的构成的侧视图，图18为概略地显示电磁波放射同轴电缆40的构成的横截面图。

如图17和图18所示，电磁波放射同轴电缆40具有多根导线42来代替金属箔28作为外部导体24。

多根导线42在相互平行地排列形成带状的同时以一定间距P螺旋状地卷绕于绝缘体22的表面。多根导线42也形成了间隙30。多根外部导线42作为整体以单层螺旋状卷绕于绝缘体22的周围。换句话说，电磁波放射同轴电缆40具有将电磁波放射同轴电缆10的金属箔28分割成长条状那样的构成。

第2实施方式的电磁波放射同轴电缆40与第1实施方式的电磁波放射同轴电缆10同样地，在向内部导体20输入高频率信号时，稳定地放射圆极化波的电磁波。

另一方面，关于电磁波放射同轴电缆40，由于外部导体24包含多根导线42，因此弯曲强。

本发明不限于上述的第1实施方式、第1实施方式的实施例和第2实施方式，还包含在第1和第2实施方式中加入了变更的方式。

例如，在上述第1实施方式的发送系统12中，具备1根电磁波放射同轴电缆10，但也可以具备多根电磁波放射同轴电缆10。

此外，电磁波放射同轴电缆10的设置位置没有特别的限定，根据用途，还能够设置于室外、室内或地下。

Claims (10)

1.一种电磁波放射同轴电缆，其特征在于，具备：

由导体构成并沿着轴线延伸的内部导体，

覆盖所述内部导体的绝缘体，和

以形成使所述绝缘体的一部分露出的间隙的方式，以一定间距的单层螺旋状卷绕在所述绝缘体的周围的外部导体，

所述外部导体在所述绝缘体的表面的占有率为50％以上，

当将被发送或接收的高频率信号的波长设为λ，将所述波长下的所述绝缘体的相对介电常数设为εr，将沿着所述轴线的方向上的所述外部导体的卷绕的间距设为P时，满足下式所示的关系：

$\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r}-1<\frac{\mathrm{\&lambda;}}{P}<\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r}+1$

当将外部导体宽度设为Wm时，Wm/P为0.5以上。

2.根据权利要求1所述的电磁波放射同轴电缆，其特征在于，在将所述间隙投影至包含所述轴线的平面时，与所述外部导体的侧缘正交的方向上的所述间隙的宽度为0.5mm以上。

3.根据权利要求1或2所述的电磁波放射同轴电缆，其特征在于，所述外部导体包含箔或多根导线。

4.根据权利要求1或2所述的电磁波放射同轴电缆，其特征在于，在向所述内部导体施加所述高频率信号时，放射圆极化波的电磁波。

5.根据权利要求1或2所述的电磁波放射同轴电缆，其特征在于，所述高频率信号的频率在800MHz以上2400MHz以下的范围内。

6.一种通信系统，其具备电磁波放射同轴电缆作为天线，所述通信系统的特征在于，所述电磁波放射同轴电缆具备：

由导体构成并沿着轴线延伸的内部导体，

覆盖所述内部导体的绝缘体，和

以形成使所述绝缘体的一部分露出的间隙的方式，以一定间距的单层螺旋状卷绕在所述绝缘体的周围的外部导体，

所述外部导体在所述绝缘体的表面的占有率为50％以上，

当将被发送或接收的高频率信号的波长设为λ，将所述波长下的所述绝缘体的相对介电常数设为εr，将沿着所述轴线的方向上的所述外部导体的卷绕的间距设为P时，满足下式所示的关系：

$\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r}-1<\frac{\mathrm{\&lambda;}}{P}<\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r}+1$

当将外部导体宽度设为Wm时，Wm/P为0.5以上。

7.根据权利要求6所述通信系统，其特征在于，在将所述间隙投影至包含所述轴线的平面时，与所述外部导体的侧缘正交的方向上的所述间隙的宽度为0.5mm以上。

8.根据权利要求6或7所述的通信系统，其特征在于，所述外部导体包含箔或多根导线。

9.根据权利要求6或7所述的通信系统，其特征在于，在向所述内部导体施加所述高频率信号时，放射圆极化波的电磁波。

10.根据权利要求6或7所述的通信系统，其特征在于，所述高频率信号的频率在800MHz以上2400MHz以下的范围内。