CN110268483B - 同轴电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及同轴电缆，尤其，涉及在100MHz频率以上的频带使用的细径同轴电缆。本发明的一个目的在于，提供具有优秀的柔韧性并具有小的外径和优秀的屏蔽特性的同轴电缆，其目的可通过如下的同轴电缆解决：在同轴电缆的外部导体中，具有最大外径的股线(粗径股线)的外径和具有最小外径的股线(细径股线)的外径通过混合相差10％以上的股线并向同一方向横向卷绕而成。
Description
技术领域
本发明涉及同轴电缆，尤其涉及在频率100MHz以上的频带、尤其在1GHz以上的频带使用的细径同轴电缆。
背景技术
众所周知，为了通过超精细传输路径传输高频信号，内窥镜或超声探头电缆等的医疗电缆信号电缆、笔记本电脑、游戏机、机器人控制用信号线等使用超细同轴电缆。近年来，电子设备的小型化已经取得进展，并且需要改进电缆的处理，需要更细径和柔性的同轴电缆。同时，需要将使用频带扩展到高频带并屏蔽宽频带中的噪声的屏蔽特性。
为了提高屏蔽特性，现有的同轴电缆的外部导体使用编织结构(专利文献1)。具有编织结构的外部导体的同轴电缆虽然具有优秀的屏蔽特性，但由于外径大，存在形成外部导体的股线之间的摩擦大、柔韧性不足的问题，并且生产率也不佳。另一方面，作为同轴电缆的外部导体设置有横向卷绕的同轴电缆虽然具有优秀的柔韧性，但就屏蔽噪音的屏蔽特性而言，不能说是足够的。
另一方面，为了在具有柔韧性的同时提高屏蔽特性，提出了设置二重外部导体的横向卷绕的同轴电缆(专利文献2)。这种同轴电缆存在如下的问题：采用各层的横向卷绕的卷绕方向不同的结构，与编织结构相同地形成外部导体的股线之间的摩擦大、柔韧性不足。并且，由于二重横向卷绕，因而外径变大，生产率也差。
迄今为止，还未实现能够满足同轴电缆柔韧性、稳定的且优秀的屏蔽特性和细径化、及高生产率等全部条件的同轴电缆。
现有的技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8－102222号公报
专利文献2：日本特开平6－349345号公报
发明内容
技术问题
本发明是鉴于上述问题而提出，其目的在于，提供外径小、柔软且能够在微小空间使用的同时具有优秀的屏蔽特性的细径同轴电缆。
解决问题的手段
上述目的可通过同轴电缆解决，在中心导体的周围覆盖有绝缘体，并在上述绝缘体的周围设置有外部导体的同轴电缆的特征在于，在上述外部导体中，具有最大外径的股线(粗径股线)的外径和具有最小外径的股线(细径股线)的外径通过混合相差10％以上的股线并向同一方向横向卷绕而成。
在根据本发明的同轴电缆中，外部导体由混合10％以上的外径不同的股线并向同一方向横向卷绕而成，因此可以在不对股线施加过大的载荷的情况下压缩股线，在股线之间不产生间隙，通过抑制电磁波的泄露及侵入从而获得优秀的屏蔽特性。可以使根据本发明的同轴电缆具有优于于外部导体为编织结构、二重横向卷绕结构的现有的同轴电缆的屏蔽特性，并且外径小于外部导体为编织结构、二重横向卷绕结构的现有的同轴电缆。
此外，形成根据本发明的同轴电缆的外部导体股线的粗径股线与细径股线的外径之比优选(粗径股线的外径)/(细径股线的外径)＝1.25～5.00。
形成根据本发明的同轴电缆的外部导体的股线的粗径股线与细径股线的外径之比为(粗径股线的外径)/(细径股线的外径)＝1.25～5.00，因此可以特别有效地压缩股线，并提高屏蔽特性。并且，即使弯曲电缆时也不会产生间隙，股线之间的摩擦引起的负荷也会降低。
此外，在根据本发明的同轴电缆的外部导体中，由作为粗径股线与细径股线的屏蔽面积之和的导体屏蔽面积与横向卷绕的表面积之比表示的横向卷绕密度优选为(导体屏蔽面积)/(横向卷绕表面积)＝1.0以上。
在根据本发明的同轴电缆的外部导体中，由于混合了10％以上的不同直径的股线，因此抑制对外径及同轴电缆外观产生的影响，可将横向卷绕密度设为1.0以上。通过将横向卷绕密度设为1.0以上，股线之间不产生间隙，并且，外部导体的股线之间被压缩以获得屏蔽特性。
发明的效果
本发明的同轴电缆的屏蔽特性优于现有的具有编织结构或二重横向卷绕结构的同轴电缆，由于直径小、具有优秀的柔韧性，因此即使在小型电子设备内的微小空间也易于布线，与现有的同轴电缆相比，生产率高，并且可以廉价地制造。
附图说明
图1为现有的同轴电缆的径向剖视图的一例。
图2为根据本发明实施方式的同轴电缆的径向剖视图的一例。
图3的(a)部分为用于说明现有的同轴电缆的外部导体股线的压缩效率的图，图3的(b)部分为用于说明本发明的同轴电缆的外部导体股线的压缩效率的图。
图4为用于说明横向卷绕密度的图。
图5为示出使用根据本发明实施方式的同轴电缆的多芯传输电缆的电特性中的远端串扰特性的图。
图6为示出使用根据本发明实施方式的同轴电缆的多芯传输电缆的电特性中高端远端串扰特性的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明根据本发明的同轴电缆。以下说明的实施方式不限制根据权利要求的本发明，并且实施方式中说明的特征的所有组合对于实现本发明不一定是必要的。
图1为现有的同轴电缆的一例的径向的剖视图，在中心导体11的外周覆盖有绝缘层12，第一层横向卷绕13与第二层2横向卷绕14层叠在其外周，以形成外部导体15。现有的同轴电缆10作为形成外部导体15的股线，各层内均由相同外径的股线形成。当外部导体15由二层横向卷绕形成时，外径增加，难以消除弯曲时在外部导体的股线之间产生间隙的可能性，并且还降低柔韧性。
经本发明人发现，与现有的横向卷绕不同地，在外部导体中，具有最大外径的股线的外径和具有最小外径的股线的外径通过混合相差10％以上的股线并向同一方向横向卷绕而成，从而可以具有优于现有的同轴电缆的屏蔽特性且可以实现细径化。
如图2所示，在根据本发明的同轴电缆20中，在中心导体21的周围覆盖有绝缘体22，并在上述绝缘体2的周围具有外部导体25。在外部导体中，具有最大外径的股线(粗径股线)24的外径和具有最小外径的股线(细径股线)23的外径通过混合相差10％以上的股线并向同一方向横向卷绕而成。外部导体25的股线的外径尺寸可以混合两种、三种以上也可以。
根据本发明的同轴电缆20的中心导体21由绞合的多个镀银铜合金线形成。除了铜合金线之外，中心导体21可由镀锡、镀银、镀镍等的铜线或铜合金线、粗铜形成。当将绞合线用于中心导体21时，与单线相比，由于柔韧性优秀难以断线，尤其在使用细径股线的情况下，优选使用绞合线。中心导体21也可以使用单线。当使用向导体剖面面积的单线时，可以使外径小于绞合线。
作为根据本发明的同轴电缆20的中心导体21，使用美国线规(AWG，American WireGauge)36以上的细径导体。例如，在使用AWG40的镀银铜合金线作为同轴电缆20的中心导体21的情况下，将7股外径为0.03mm的镀银铜合金线绞合成外径为0.09mm的镀银铜合金线。对于细径同轴电缆，本发明的效果更佳。
根据本发明的同轴电缆20的绝缘体层22由四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)形成。绝缘体层22可由聚乙烯等的聚烯烃或四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)等形成。绝缘体层22的厚度由中心导体21的外径确定，以具有预定阻抗。
根据本发明的同轴电缆20的外部导体25通过混合外径相差10％以上的股线来使用。粗径股线24使用镀银软铜线，细径股线23使用镀银硬铜线。其沿着绝缘体层22的外周面向同一方向横向卷绕。例如，将19股0.04mm的外径的镀银软铜线与8股0.02mm的外径的镀银硬铜线混合并在0.24mm的外径的绝缘体层22的外周向同一方向横向卷绕。除了上述之外，外部导体25的股线也可以由镀锡、镀银、镀镍等的铜线或铜合金线、粗铜形成。
优选地，外部导体25的股线以18°～40°的角度横向卷绕绝缘体层22的周围而成，卷绕方向不限于向左卷还是向右卷。例如，以25°的角度在绝缘体层22的外周面横向卷绕后，通过0.33mm的模具以压缩外部导体25。由于混合了外径相差10％以上的股线，股线之间可有效地压缩，股线之间的接触从线接触变为面接触，从而可以提供具有优秀的屏蔽特性的同轴电缆。
横向卷绕外部导体25的股线后，股线在通过模具时被压缩。通过股线被压缩，股线之间的接触从线接触变为面接触，股线之间的间隙变得更小。即使在弯曲同轴电缆20时，被压缩的股线也不会被开缝，从而可以获得稳定的屏蔽效果。此时，与仅由相同外径的股线形成的现有的同轴电缆的外部导体相比，在横向卷绕的股线中，从股线的上部施加的压缩力有效地传递到股线，因而可以压缩股线。在粗径股线与细径股线的外径相差10％以上的情况下，具有抑制当压缩股线时部分股线从绝缘体表面上推的效果。尤其，当粗径股线与细径股线的外径之比为(粗径股线的外径)/(细径股线的外径)＝1.25～5.0时，从横向卷绕外周施加的压缩力有效地传递到股线之间的效果很好。此外，易于容纳在股线的间隙中，并且在提高压缩效率的同时，防止同轴电缆外径变大，并防止因电缆的弯曲而股线偏离所导致的屏蔽效果的降低。当粗径股线与细径股线的外径之比大于5.0时，细线的股线落入粗径股线的间隙中，有效传递压缩率的效果降低。
图3为用于说明对外部导体施加压缩力时的传递到股线的压缩力的图。图3的(a)部分为仅使用相同外径的股线的现有的同轴电缆的外部导体的情况的图，图3的(b)部分为根据本发明的同轴电缆的混合了粗径股线与细径股线的外部导体的情况的图。以下，参照图3，分别说明(a)、(b)的压缩力传递到股线之间的效率(压缩效率)。
(a)的压缩效率
当从横向卷绕绝缘体31的外周的粗径股线321、322、323的外周施加压缩力Na时，求作用于股线322与股线323的股线之间的压缩力Fa。
压缩力Na的、垂直于股线322与股线323的切线Ta的方向上的成分相当于压缩力Fa。压缩力Fa如下式所示。
Fa＝Nacosα(式1)
(b)的压缩效率
当从横向卷绕绝缘体33的外周的粗径股线341、342、343与细径股线351的外周施加压缩力Nb时，求作用于股线342与股线343的股线之间的压缩力Fb。
压缩力Nb首先施加到位于横向卷绕的最外周的股线351。压缩力Nb的、垂直于股线351与股线342的切线Tb1的方向上的成分相当于施加到股线342的压缩力Fb1。压缩力Fb1的、垂直于股线342与股线343的切线Tb2的方向上的成分相当于作用在股线343的压缩力Fb。
压缩力Fb如下式所示。
Fb1＝Nbcosα
Fb＝Fb1cosβ＝Nbcosαcosβ(式2)
在(a)的现有的同轴电缆中，当在外部导体使用0.03mm的外径的股线时，根据上述式求出的压缩效率为11.1，在(b)的本发明的同轴电缆中，当混合使用0.03mm的外径的股线与0.021mm的外径的股线时，根据上述式求出的压缩效率为60.8。可以得知，当混合使用股线直径时，压缩效率更高。可以压缩导体而不需要对外部导体表面施加大负载，即使在使用超细线的情况下，也可以在制造期间不会导致股线的断线地进行加工。
根据本发明的同轴电缆的外部导体可通过具有1.0以上横向卷绕密度，来使同轴电缆具有优秀的屏蔽特性。参照图4说明横向卷绕密度的求法。横向卷绕密度由导体屏蔽面积与横向卷绕表面积之比表示。图4中的符号D表示横向卷绕平均直径，可以求出绝缘体外径与横向卷绕股线外径dw之和。长度P的同轴电缆的横向卷绕表面积由P×πD表示。导体屏蔽面积是指横向卷绕表面积中的被横向卷绕股线覆盖的面积，将横向卷绕股线股数表示为n、横向卷绕股线外径表示为dw，以通过以下方式求出导体屏蔽面积。
数学式1
因此，横向卷绕密度可以通过以下的式求出。
数学式2
在本发明的同轴电缆的外部导体中，混合了外径不同的横向卷绕股线。因此，本发明的同轴电缆的外部导体的横向卷绕密度是通过求出粗径股线与细径股线的每个股线直径的横向卷绕密度，并将其相加，以作为同轴电缆的横向卷绕密度。
考虑到绝缘体外径的波动，现有的同轴电缆的外部导体的横向卷绕的横向卷绕密度设为0.95～0.98左右。当横向卷绕密度大于1.0时，由于导致外径变粗等的问题，部分外部导体股线被向上推，使得外观不美观。另一方面，在本发明的同轴电缆的外部导体中，由于混合了外径相差10％以上的股线，导体难以被向上推，即使横向卷绕密度为1.0以上，也难以影响外径。
在根据本发明的同轴电缆中，可以在外部导体的周围设置PFA护套层。护套层可由聚乙烯、聚酯、聚酰亚胺或四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)等形成。
在根据本发明的同轴电缆中，通过绞合多股同轴电缆来形成多芯电缆。在绞合的多股同轴电缆的外周形成护套层，以形成传输电缆。
根据以下实施例详细说明本发明。以下实施例用于例示本发明，本发明的内容不限于以下实施例。
实施例
准备同轴电缆，以使特征阻抗基本相等，通过改变作为并行双芯的双芯平行电缆的传输信号的频率以测量远端串扰。由于抑制了串扰，从而可以确认同轴电缆的屏蔽特性。
(实施例1)
作为中心导体，使用AWG40的导体(绞合7股0.03mm的外径的镀银铜合金线用作0.09mm的外径的导体)，将PFA作为绝缘体层挤出，厚度为0.075mm，外径为0.24mm。混合24股0.03mm的股线直径的镀银软铜线与8股0.021mm的股线直径的镀银硬铜线，并横向卷绕绝缘体层的外周，使其通过0.31mm的模具，以形成外部导体。在外部导体的外周挤出厚度为0.03mm的PFA，以制造同轴电缆。使用该同轴电缆制造双芯平行电缆，并测量了远端串扰。
(实施例2)
除了混合10股0.04mm的股线直径的镀银软铜线与8股0.021mm股线直径的镀银硬铜线并横向卷绕外部导体之外，以与实施例1相同的方法制造同轴电缆，制造双芯平行电缆，并测量了远端串扰。
(实施例3)
除了混合22股0.03mm的股线直径的镀银软铜线、3股0.021mm股线直径的镀银硬铜线以及8股0.016mm股线直径的镀银硬铜线并横向卷绕外部导体之外，以与实施例1相同的方法制造同轴电缆，制造双芯平行电缆，并测量了远端串扰。
(实施例4)
除了混合13股0.04mm的股线直径的镀银软铜线与25股0.021mm股线直径的镀银硬铜线并横向卷绕外部导体之外，以与实施例1相同的方法制造同轴电缆，制造双芯平行电缆，并测量了远端串扰。
(实施例5)
作为中心导体，使用AWG44的导体(绞合7股0.02mm的外径的镀银铜合金线用作0.06mm的外径的导体)，将PFA作为绝缘体层挤出，厚度为0.05mm，外径为0.16mm。混合18股0.03mm的股线直径的镀银软铜线与5股0.016mm的股线直径的镀银硬铜线，并横向卷绕绝缘体层的外周，使其通过0.23mm的模具，以形成外部导体。在外部导体的外周挤出厚度为0.03mm的PFA，以制造同轴电缆。使用该同轴电缆制造双芯平行电缆，并测量了远端串扰。
(实施例6)
作为中心导体，使用AWG48的导体(绞合7股0.013mm的外径的镀银铜合金线用作0.038mm的外径的导体)，将PFA作为绝缘体层挤出，厚度为0.026mm，外径为0.09mm。混合16股0.021mm的股线直径的镀银软铜线与4股0.016mm的股线直径的镀银硬铜线，并横向卷绕绝缘体层的外周，使其通过0.15mm的模具，以形成外部导体。在外部导体的外周挤出厚度为0.025mm的PFA，以制造同轴电缆。使用该同轴电缆制造双芯平行电缆，并测量了远端串扰。
(比较例1)
作为中心导体，将绞合7股0.02mm的外径的镀银铜合金线用作0.06mm的外径的导体，将PFA作为绝缘体层挤出，厚度为0.05mm，外径为0.16mm。将18股0.03mm的股线直径的镀银软铜线横向卷绕绝缘体层的外周，在其外周同方向横向卷绕24股0.03mm的镀银软铜线，以形成外部导体。在外部导体的外周挤出厚度为0.025mm的PFA，以制造同轴电缆。使用该同轴电缆制造双芯平行电缆，并测量了远端串扰。
(比较例2)
除了混合11股0.04mm的股线直径的镀银软铜线与22股0.021mm股线直径的镀银硬铜线并横向卷绕外部导体之外，以与实施例1相同的方法制造同轴电缆，制造双芯平行电缆，并测量了远端串扰。
(比较例3)
除了混合12股0.03mm的股线直径的镀银软铜线与12股0.016mm股线直径的镀银硬铜线并横向卷绕外部导体之外，以与比较例1相同的方法制造同轴电缆，制造双芯平行电缆，并测量了远端串扰。
各实施例、各比较例如表1所示。
表1
通过矢量网络分析仪(VNA)测量了各实施例、各比较例的远端串扰。
图7为示出将AWG40的导体用作中心导体的实施例、比较例的同轴电缆电特性中的远端串扰特性的图，横轴表示传输信号的频率，纵轴表示增益。并且，图8为同样示出将AWG44以上的导体用作中心导体的实施例、比较例的同轴电缆的远端串扰特性的图。如表1、图7、图8所示，在实施例中，与比较例所示的现有的同轴电缆相比，外部导体外径比现有的同轴电缆更细，与现有的同轴电缆相比，经确认，每个频率的串扰被充分抑制，因此屏蔽特性优秀。而比较例的同轴电缆则不能兼容屏蔽特性及细径化。
产业上的可利用性
本发明的细径同轴电缆可适用于医疗电缆、笔记本电脑、游戏机机器人控制用信号电缆、信号传输用电缆等。
附图标记的说明
10：现有的同轴电缆；20：本发明的同轴电缆。
Claims (3)
1.一种同轴电缆，在中心导体的周围覆盖有绝缘体，并在上述绝缘体的周围设置有外部导体的同轴电缆，其特征在于，
在上述外部导体中，具有最大外径的股线(粗径股线)的外径和具有最小外径的股线(细径股线)的外径通过混合相差10％以上的股线并向同一方向横向卷绕而成，
上述外部导体中，由作为上述粗径股线与上述粗径股线之外的股线的屏蔽面积之和的导体屏蔽面积与横向卷绕表面积之比表示的横向卷绕密度为(导体屏蔽面积)/(横向卷绕表面积)＝1.0以上。
2.根据权利要求1所述的同轴电缆，其特征在于，形成上述外部导体的股线的上述粗径股线与上述细径股线的外径之比为(粗径股线的外径)/(细径股线的外径)＝1.25～5.00。
3.根据权利要求1或2所述的同轴电缆，其特征在于，上述中心导体的美国线规值为36以上。
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