JP2000195346A - 通信ケ―ブル - Google Patents

通信ケ―ブル

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JP2000195346A
JP2000195346A JP37160698A JP37160698A JP2000195346A JP 2000195346 A JP2000195346 A JP 2000195346A JP 37160698 A JP37160698 A JP 37160698A JP 37160698 A JP37160698 A JP 37160698A JP 2000195346 A JP2000195346 A JP 2000195346A
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JP
Japan
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pair
core
insulator
ratio
stranded wires
Prior art date
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Pending
Application number
JP37160698A
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English (en)
Inventor
Sunao Yamada
直 山田
Yoshiharu Unami
義春 宇波
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通信ケーブルを構成する複数の対撚り線間で
伝搬遅延時間差が無く、さらに特性インピーダンスの等
しい通信ケーブルを提供する。 【解決手段】 撚りピッチの異なる複数の対撚り線A、
B、・・・、によって一本の通信ケーブルが構成され、
対撚り線A、Bの心線長をそれぞれa、b、心線の被覆
絶縁体の比誘電率をそれぞれεa、εbとすると、対撚り
線A、Bはεb=(b/a)2×εaの関係を満たしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LAN(Local Are
a Network)の接続に用いられる通信ケーブル、特に高速
のデータ伝送に用いられる通信ケーブルに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、10BASE−TなどのLANに
使用されるUTP(Unshielded Twisted Pair)ケーブル
は、非シールドの対撚り線で構成されている。さらに1
00BASE−T4や1000BASE−T(現在IE
EE802.3で審議中)では、高速の通信を行うため
複数の対撚り線で構成されている。
【0003】図3は、複数の対撚り線で構成された従来
の通信ケーブルの説明図である。心線C1と心線C2、
心線C3と心線C4、・・・、の各組み合わせで対撚り
線を構成し、全体で一本の通信ケーブルを構成してい
る。高速の通信においては対を構成する心線ごとに差動
出力の信号を伝送する。例えば心線C1と心線C2で
は、信号Sig1とその反転信号Sig2とが伝送され
る。この心線C1および心線C2から等距離に置かれた
ケーブルでは、心線C1と心線C2とに流れる差動信号
から等量で反対方向の電磁誘導を受けて互いに打ち消し
合うため、クロストークは発生しない。
【0004】ここで心線C1と隣接する対撚り線の心線
C3とは最初の撚りで距離d2であり、次の撚りでは距
離d4(d4≒d2)である。すなわち対間の距離が一
定であれば心線C1と心線C3との距離はどこでも一定
である。
【0005】これに対し、心線C1と対を成す心線C2
は、隣接する対撚り線の心線C3とは最初の撚りで距離
d1であり、次の撚りでは距離d3(d3<d1)とな
る。すなわち心線C2と心線C3との距離は場所によっ
て大きく変化する。このため心線C3は、心線C1との
距離はどこでも一定であるにも関わらず、心線C2との
距離は大きく変化するので、心線C1と心線C2とに流
れる差動信号から受ける電磁誘導による影響が異なり、
クロストークが発生する。同様にして各心線対間にはク
ロストークが発生する。
【0006】この各対撚り線間のクロストークの影響を
抑えるために、あえて撚りピッチを変えて各対撚り線間
の電磁誘導による影響をランダムなものにしているのが
一般的である。すなわちある対撚り線は短い間隔で撚り
が繰り返されているのに対し、別の対撚り線は撚りの間
隔が長くなっている。このことから、対によって実際の
心線長が異なってくる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、対によ
る心線の長さの違いが、信号を伝送する際の伝搬遅延時
間の差となり、複数の対を同時に使用して並列伝送する
場合に問題となる。
【0008】具体的には、一般に用いられる集合対撚り
線では、隣接対の撚り込み率(実際の心線長/対撚り線
の長さ)を異ならせたり、各対撚り線の撚り込み率を約
1.02から1.06程度の範囲で分散させたりして対
撚り線間のクロストークを低減させている。この場合、
各対撚り線ごとの伝搬遅延時間には約4%の差が生じ
る。また多数の対を多層にわたって撚り合わせる場合、
対の撚り込み率が等しくても層間の対の心線長が異なっ
て伝搬遅延時間の差が生じる。
【0009】ここで1000BASE−Tでは4対のケ
ーブルを用いるが、100mのケーブル長に対し、4対
それぞれの伝搬遅延時間差は10ns以下と定められて
いる。この伝搬遅延時間差は、伝送する信号の周波数と
伝送距離との積によって許容値が決まる。このため10
0mのケーブルでの信号の伝搬遅延時間は約450ns
であることから、各対撚り線間の撚り込み率は2%程度
の差しか許容されないことになる。その結果、高速(G
bit/sec程度)のデータ転送では特に伝搬遅延時
間差が問題となる。
【0010】本発明は、上記課題を解決するため、通信
ケーブルを構成する複数の対撚り線間で伝搬遅延時間差
が無く、さらに特性インピーダンスの等しい通信ケーブ
ルを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】一般に誘電体材料の比誘
電率をεとすると、導体中を伝搬する電気信号の速度
は、真空中の場合と比較して1/√(ε)程度になる。
すなわち被覆絶縁体の比誘電率を上げれば電気信号の速
度は低下する。したがって撚りピッチの短い対は、被覆
絶縁体の誘電率を下げて電気信号の速度を上げ、逆に撚
りピッチの長い対は被覆絶縁体の誘電率を上げ電気信号
の速度を低下させることによって、それぞれの対撚り線
間での伝搬遅延時間を同程度に保つことができる。
【0012】このため、本発明の通信ケーブルは、2対
以上の対撚り線で構成される通信ケーブルにおいて、対
撚り線間の心線長の比がa:bであるときに、対撚り線
間の心線被覆絶縁体の誘電率の比εa:εbを前記対撚り
線間の心線長の比a:bに応じて、εb=(b/a)2ε
aとなるように変化させることを特徴とする。
【0013】以上の構成によって、クロストークが小さ
く、かつ各対撚り線ごとの伝搬遅延時間差を無くすこと
ができる。
【0014】さらに前記対撚り線間の心線被覆絶縁体の
誘電率の比εa:εbに対応して、各対撚り線の導体間の
距離を各対撚り線の特性インピーダンスが一定値となる
距離とすることによって、各対撚り線ごとの特性インピ
ーダンスが等しくなる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
【0016】図1は、本発明の通信ケーブルの説明図で
ある。撚りピッチの異なる複数の対撚り線A、B、・・
・、によって一本の通信ケーブルが構成されている。対
撚り線A、Bの心線長をそれぞれa(100m)、b
(104m)、心線の被覆絶縁体の比誘電率をそれぞれ
εa、εbとすると、対撚り線AとBの伝搬遅延時間の差
ΔTは、真空中の電気信号の速度をv0として、 ΔT=a×v0/√εa−b×v0/√εb となる。このため、被覆絶縁体の比誘電率の比εa:εb
を、対撚り線の心線長の比a:bに応じて変化させるこ
とによって、伝搬遅延時間差を制御することができる。
【0017】ここで伝搬遅延時間差を最小にするには、 εb=(b/a)2×εa=1.042×εa とすれば良い。
【0018】図2は、上記対撚り線を構成する心線の断
面図である。導体(Cu)の周囲を厚さd、比誘電率ε
の絶縁体が取り囲んでいる。この心線を対とした場合、
各導体間の距離は2dとなる。
【0019】ここで絶縁体の誘電率を変えるためには、
使用する絶縁体の種類を変える、すなわち誘電率の異な
る絶縁体を用いれば良い。あるいは同一の発泡絶縁体を
用いて、その発泡度(発泡部分の体積が絶縁体全体に占
める割合)により誘電率を制御することができる。すな
わちポリエチレンなどの絶縁体に発泡剤を入れ、気体を
封じ込めることによって、絶縁体の比誘電率を下げるこ
とができる。この発泡度を変えることによって、絶縁体
の誘電率を制御することができる。
【0020】具体例として、心線の絶縁体として一般に
用いられるポリエチレンの場合、発泡度40%程度で使
用される場合が多いが、この前後における発泡度と比誘
電率の値を示すとおよそ以下のようになる。
【0021】 発泡度 比誘電率 35% 1.78 40% 1.71 45% 1.65 従って、上述の対撚り線A、Bにおいて絶縁体をポリエ
チレンとした場合、対撚り線Aは発泡度45%、対撚り
線Bは発泡度35%とすると、 εb/εa=1.78/1.65≒1.042 となり、対撚り線A、B間の伝搬遅延時間の差はほとん
どなくなる。
【0022】しかし、単に絶縁体の誘電率だけを変えて
しまうと、各撚り線対ごとの特性インピーダンスも変化
してしまい、一般の通信には適さない場合もある。この
場合、各撚り線対をそれぞれの特性インピーダンスで終
端することによって、特性インピーダンスの違いに対応
することができる。
【0023】また、発泡度と共に撚り線対を構成する二
つの導体間の距離を変える、すなわち被覆絶縁体の厚さ
dを制御することによって、特性インピーダンスを制御
することができる。
【0024】一般に導体間の距離が同じ場合に絶縁体の
比誘電率を上げると、特性インピーダンスは小さくな
る。逆に比誘電率が同じ場合、導体間距離を広げると特
性インピーダンスは大きくなる。従って、誘電率を上げ
たい場合、導体間距離を広げることによって、絶縁体の
誘電率を上げたことによる特性インピーダンスの低下を
修正して、特性インピーダンスを一定に保つことができ
る。
【0025】このため、各対撚り線の被覆絶縁体の誘電
率の比εa:εbに対応して、各対撚り線の導体間の距離
を各対撚り線の特性インピーダンスが一定値となる距離
となるように、被覆絶縁体の厚さdを設定する。
【0026】特性インピーダンスZ0は高周波の場合、
ケーブルのインダクタンスをL、静電容量をCとする
と、 Z0=√(L/C) となる。ここでLおよびCはケーブルの導体構造、すな
わち導体径、導体間距離、絶縁体の誘電率などから公知
の関係式によって導き出される。
【0027】一例として、以下に平行導体対における高
周波(30kHz以上)の場合の近似式を示す。
【0028】 L=(μ/π)cosh-1(d/2r) C=πε/cosh-1(d/2r) ここでμ:透磁率、ε:誘電率、d:導体中心間距離、
r:導体半径である。
【0029】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の請求項1に
記載の通信ケーブルは、撚りピッチが異なる対撚り線で
構成され、対撚り線間の心線被覆絶縁体の誘電率の比ε
a:εbを対撚り線間の心線長の比a:bに応じて変化さ
せるので、クロストークが小さく、かつ各対撚り線ごと
の伝搬遅延時間差を制御できる。
【0030】本発明の請求項2に記載の通信ケーブル
は、対撚り線の心線被覆絶縁体の誘電率が、εb=(b
/a)2εaであるので、クロストークが小さく、かつ各
対撚り線ごとの伝搬遅延時間差の無い複合対撚り線ケー
ブルを提供でき、1000BASE−Tなどの高速かつ
長距離の並列通信が可能となる。
【0031】本発明の請求項3に記載の通信ケーブル
は、対撚り線間の心線被覆絶縁体の誘電率の比εa:εb
に対応して、各対撚り線の導体間の距離をそれぞれの特
性インピーダンスが一定値となる距離とするので、各対
撚り線ごとの特性インピーダンスが等しくなり、高周波
の信号伝送においても反射による影響が等しくなり、特
性インピーダンスの違いに対応した終端処理の必要が無
くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の通信ケーブルの説明図である。
【図2】対撚り線を構成する心線の断面図である。
【図3】複数の対撚り線で構成された従来の通信ケーブ
ルの説明図である。
【符号の説明】
A…対撚り線,B…対撚り線。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2対以上の対撚り線で構成される通信ケ
    ーブルにおいて、 対撚り線間の心線長の比がa:bであるときに、 対撚り線間の心線被覆絶縁体の誘電率の比εa:εbを前
    記対撚り線間の心線長の比a:bに応じて変化させるこ
    とを特徴とする通信ケーブル。
  2. 【請求項2】 前記対撚り線の心線被覆絶縁体の誘電率
    が、εb=(b/a)2εaであることを特徴とする請求
    項1に記載の通信ケーブル。
  3. 【請求項3】 前記対撚り線間の心線被覆絶縁体の誘電
    率の比εa:εbに対応して、各対撚り線の導体間の距離
    を各対撚り線の特性インピーダンスが一定値となる距離
    とすることを特徴とする請求項1に記載の通信ケーブ
    ル。
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Cited By (3)

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