JP2000294051A - 同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リターンロスの性能を大幅に改善する絶縁被
覆導体を回転させた同軸ケーブルを提供する。 【解決手段】 長手方向軸１０１を有する同軸ケーブル
１０，５０において、このケーブルの長手方向軸に沿っ
て伸びる内部導体１１と、この内部導体を包囲し絶縁導
体を形成する絶縁部材１２と、前記絶縁部材を包囲する
外側導体１３と、前記外側導体を包囲する絶縁材料製の
ジャケット１６とを有し、前記絶導体は外側導体に対
し、ケーブルの長さＬ毎に軸方向に相対的に１回転する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同軸ケーブルに関
し、特に構造的なリターンロスを改善した同軸ケーブル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学通信システムと電気通信システムと
の間で健全な競争が展開されている。電気通信システム
が高速度で信号を分配でき生き残るためにはケーブルと
コネクターは、その伝速効率を改善しなければならな
い。さもないと、光学通信システムで置き換えられてし
まう。しかし、ほとんどの一般顧客の通信システム及び
企業用の通信システムは、もっぱら電気信号を取り扱う
ようになっているために、現在のところ、電気通信シス
テムが競争上有利な立場にある。しかし、いつかは電気
通信装置は、光学通信装置で置き換えられることになる
が、電気装置は性能を改善することにより当面は先行投
資されている。光学ケーブルに比べて電気ケーブルは、
ブロードバンドの性能が限られており、さらにまたクロ
ストークの影響を受けやすい。ブロードバンドの機能を
有し、クロストークの干渉の受けないような現在最も効
率的でかつ幅広く用いられている電気ケーブルは同軸ケ
ーブルである。

【０００３】同軸ケーブルは、１９２９年５月２３日以
前にベル研究所のLloyd EspenschiedとHerman Affelに
より発明された（米国特許第１，８３５，０３１号を参
照のこと）ものであるが、同軸ケーブルの性能を改善す
ることは何年も経つと不可能となる。にもかかわらず、
このような改良は求められている。

【０００４】同軸ケーブルは、電気導体（以下内部導
体）とこの内部導体を包囲する別の電気導体（以下外側
導体）を有し、それらの間に非導電性の層を具備してい
る。この非導電性の層は、理想的には均一かつ空気を含
んでいるが、多くの場合ポリエチレンのような誘電体材
料を含む。同軸ケーブルは、ＴＥＭ（Transverse Elect
romagnetic）モードでエネルギーを伝送し、そのカット
オフ周波数はゼロである。さらにまた、誘電体の波イン
ピーダンスと伝搬定数を有する２本の導体伝送を含み、
エネルギの位相速度は、この誘電体層内の光速に等し
い。同軸ケーブルはまた電磁スペクトラムのＨＦ（高周
波）とＵＨＦ（超高周波）の領域で効率的な動作を行う
のに利点がある。同軸ケーブルはまた完全にシールドさ
れたラインを有し、放射損失も最少である。同軸ケーブ
ルはまた編んだ外側導体を具備して柔軟性を増してお
り、そして、通常外気に対し不浸透性を有する。同軸ケ
ーブルの放射損失が少ないために、近くの金属物体およ
び電磁エネルギー源は外側導体が内部導体に対しシール
ドとして機能するためにケーブルに対する影響は少な
い。

【０００５】誘電体材料の楕円性および、ワイヤーの断
面の非円形性と誘電体材料内のワイヤーが完全に中心に
ない（非同軸性）等の非対称に起因する不完全性によ
り、同軸ケーブルの高周波性能が制限される傾向にあ
る。このような不完全性は、製造中の様々な理由（たと
えば製造装置、重力、引き抜き中の誘電体材料の流れが
等しくない、及び精度許容誤差等）により、実際問題と
しては避けることが出来ない。このような非対称性に基
ずく不完全性の為に、様々な伝送上の問題、たとえば信
号の反射（すなわち構造的リターンロス）と歪みとパワ
ーの喪失等の様々な問題が発生する。同軸ケーブルの長
さ方向に沿った様々な点における電気インピーダンスの
変動は、内部導体と外側導体との間の距離の微少な変動
に起因し、これが信号の反射を引き起こす。このような
信号反射は信号が同軸ケーブルにとってエラーなしで伝
送できる距離を短縮し、さらにまた最大周波数を制限し
てしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】同軸ケーブルのＳＲＬ
（Stractural Return Loss；リターンロス）を改善する
ために製造業者は、誘電性絶縁材料層内の中心における
属製導体の同軸性と非同軸性に維持するために様々な努
力を払っている。これらの努力にも係わらず、実際の製
造環境下では十分な改善が得られず、従って、ＳＲＬを
改善する技術が求められている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の同軸ケーブル
は、内部金属製導体と外部金属製導体とを有し、これら
の間は所定の厚さの絶縁層により分離されている。本発
明によれば、絶縁された内部導体は、外側導体に対し所
定の比率の巻回で長手軸に沿って回転している。このよ
うなＩＣＲ（絶縁被覆導体の回転）がケーブルのリター
ンロスの性能を大幅に改善する。

【０００８】本発明の一実施例においては、絶縁された
導体は、フォイルシールドを具備する前に長手軸の周囲
に沿って回転している。一方本発明の他の実施例におい
ては、このフォイルシールドは、回転していない絶縁被
覆導体の周囲に螺旋状に巻回される。

【０００９】ＩＣＲは、ワイヤーペアー（ワイヤー対）
と共に使用され、リターンロスを低減しているが同軸ケ
ーブルには摘要出来ないだろうと考えられていた。その
理由は、同軸ケーブルの絶縁被覆導体を回転させること
は、内部導体と外側導体との距離を変化させることにな
るからである。しかし、本発明がなされるまで見過ごさ
れていた点は、外側導体はその長さ方向に沿って継ぎ目
を有すると言う事実である。本発明の一態様は、この継
ぎ目が外側導体の構造に非対称性を与え、これはＩＣＲ
を用いて絶縁された中心導体の非対称性により平均化す
る必要があり、これによりリターンロスを有効に減らせ
ることを見いだしたものである。意外なことにこの構造
上のリターンロスはＩＣＲを採用すると大幅に低減す
る。本発明者等が予測したようにＩＣＲはケーブルの中
心軸上に内部導体が正確な位置にあるような同軸ケーブ
ル、あるいはケーブルの全長にわたって外側導体が完全
な円形状であるような同軸ケーブル（理想的な同軸ケー
ブル）の性能は改善することが出来ない。しかし、この
ような完全性はまれでありＩＣＲは多くの現実の同軸ケ
ーブルに対し有効な改良を与えることが出来る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１，３の同軸ケーブル１０は、
本発明の第１実施例を示し、絶縁層１２により包囲され
た内部導体１１を有し、この内部導体１１の外径は、７
５ミル（１．９ｍｍ）で好ましくは発泡性の高密度ポリ
エチレンを含む。同図においては、内部導体１１は、銀
でメッキされた２６ＡＷＧ（American Wire Gauge）の
銅製のワイヤーを含み、発泡性のポリエチレンの誘電率
は約１．２である。本発明によれば、内部導体１１と絶
縁層１２とを含むこの絶縁被覆導体構造は、導体の長さ
Ｌを有する周期でもって時計方向、反時計方向のいずれ
かに絶縁層１２の中心軸１０１ー１０１に沿って回転し
ている。Ｌ（回転長さ、あるいはlayと称する）は、導
体により搬送される最高周波数の周期よりも小さいが、
リターンロス（ＳＲＬ）の改善は、より長い回転長さで
も観測された。このような回転は、以下本明細書におい
ては、絶縁被覆導体回転（insulated conductor rotati
on；ＩＣＲ）と称し、同軸ケーブル１０の外側導体を形
成する金属製シールド１３を巻く前に内部導体１１と絶
縁層１２に適用される。同図においては、金属製シール
ド１３は、２ミル（０．０５ｍｍ）のポリエステルーア
ルミホイールで継ぎ目１４に沿って接合されている。

【００１１】従来、絶縁被覆導体の回転は、ワイヤー対
には適用されていたが、（米国特許第５，７６７，４４
１号参照のこと）同軸ケーブルには、適用されていなか
った。その理由は、その対称性及びこのような同軸ケー
ブルの回転は、内部導体と外側導体との間の距離を変化
させることはないので、如何にＩＣＲが同軸ケーブルに
対し利点を有するかを見極めることが困難であったから
である。しかし、我々が見過ごしていたことは、金属製
シールド１３の構造内に継ぎ目１４が存在することであ
った。この継ぎ目１４は非対称性を作りだし、そして同
軸ケーブル１０の長さ方向に沿って伸び、これが意外な
ことに絶縁被覆導体構造の非対称性と組合わさったとき
にケーブルのＳＲＬ性能を劣化させることが判ったもの
である。このような劣化は、ケーブルの中心軸と一致す
る内部導体を有する同時ケーブルでは小さいが、ケーブ
ルのその長さ方向にそって中心軸から内部導体がかなり
離れたような同軸ケーブルにおいては、ＳＲＬが６ｄＢ
以上改善されることが見いだされた。

【００１２】本発明の実施例においては、金属製ブレー
ド１５が金属製シールド１３を包囲している。同図にお
いて金属製ブレード１５は、３６ＡＷＧの錫ー銅製また
はアルミ製のワイヤーの織った布を含み、これが金属製
シールド１３と保護ジャケット１６の間に配置される。
保護ジャケット１６は、ポリ塩化ビニルＰＶＣまたはポ
リエチレン製である。本発明の一実施例においては、同
軸ケーブル１０の外径は小さく（１５ｍｍ以下）、接地
が容易となるようなフレキシビリティーを与えている。

【００１３】上記した一般的なケーブル構造は、多くの
高性能の通信ケーブルに当てはまり、特に本発明の従来
技術に対する利点は、外側シールドを形成する前に同軸
ケーブルの絶縁中心導体を意図的に巻回し、これにより
ケーブルの性能を大幅に向上させるものである。

【００１４】ＩＣＲは、厚さが均一でない絶縁層により
包囲された導体の非同心性をなくすあるいは平均化する
有効な方法であり、ＩＣＲの一周期の間、導体の内側に
起こる変化を考慮する際に有効である。次に図２，３を
参照すると、同図は、絶縁層１２により包囲され、この
ケーブル１０のの中心軸１０１の周囲に巻回された内部
導体１１を示している。内部導体１１の中心軸１０３
は、ケーブルの中心軸１０１から一定量だけずれてい
る。絶縁被覆導体が回転するとケーブル１０の中心軸１
０１を囲む中心点１０４が形成される。絶縁層１２内の
内部導体１１の位置は、ケーブルに沿った様々な位置で
点線（１１−１，１１−２，１１−３，１１−４）で示
され、ケーブルの中心軸１０１の周囲に内部導体１１の
中心軸１０３を移動させるようなＩＣＲを示している。
その結果、回転した導体１１内の長さ方向に沿って流れ
る電気信号は完全に同軸であるかのように電気的に振る
舞う。言いかえると本発明により巻回された（回転され
た）同軸導体１１は、完全な同軸および非同軸性がゼロ
の理想の同軸ケーブルと実際上同一となる。

【００１５】図４は、ケーブル１０の中心軸１０１に対
し、内部導体１１の中心軸１０３上に与えるＩＣＲの影
響を示す。特に図４は、様々な軸方向の位置に対する同
軸ケーブルの側面図である。１０２は回転する前の内部
導体１１の長手方向軸を表す。この長手方向軸１０２
は、ケーブルの中心軸１０１から距離ｄだけずれてい
る。このずれ量が外側導体である金属製シールド１３の
非対称性と相まってＳＲＬを劣化させる。導体の長さＬ
毎に１回転、その長さ方向軸に対し絶縁被覆導体１１を
回転させることにより、中心軸１０３と中心軸１０１と
の間の平均距離は、ゼロとなり、ＳＲＬがその結果低下
する。このような回転は、外側導体である金属製シール
ド１３を形成する前に行われ、このステップは、通常
「プレツイスト」と称する。ＩＣＲは、あらゆる直径の
同軸ケーブルに適用できるが、実際にはＬの最小値を考
慮しなければならない。細いケーブルは、絶縁被覆導体
上に与える歪みに対し、Ｌの値を小さくしなければなら
ない。Ｌの値を小さくすることにより、高周波時にＳＲ
Ｌを改善できる、にもかかわらず実際のＬの値は設計的
選択事項である。

【００１６】本発明によればＩＣＲは様々な方法で行う
ことができる。そのうちの一つの技術は、２本の絶縁被
覆導体をねじって導体対にするのに通常用いられる垂直
ツイスタ（ツイナー）を用いることである。具体的に説
明するとＩＣＲを行うために１本の絶縁被覆導体を従来
方法により垂直ツイスタで処理する。現在使用されてい
るツイスタである製造装置によっては、様々な機械的な
調整を行うことが必要であるが、このような調整は、当
業者が容易に理解できるところであり、本明細書ではこ
れ以上の議論はしない。上記したように他の装置も本発
明により、ＩＣＲを行うのに適したものであり、この例
として水平ツイナーも含む。

【００１７】上記した寸法のケーブルの場合には好まし
いＩＣＲの長さＬは、５インチ（１２．７ｃｍ）であ
る。さらにまた大部分の情報が１００メガヘルツ以下の
周波数で同軸ケーブルを介して送信されるために、１ｍ
の長さのＬを用いると改善されることが見いだされた。
にもかかわらずＩＣＲはケーブルの長さ方向にそって変
化する回転割合（即ち周期Ｌを変えて）でかつ時計方向
から反時計方向に変化する方向（即ち、ある周期は時計
方向にそして次の周期は半時計方向に巻回する）で適用
することもできる。

【００１８】

【発明の効果】動作上の観点からするとＩＣＲは、既存
の同軸ケーブルに対し少なくとも以下のような利点を与
える。ケーブルがより厳しい伝送要件をみたすことがで
きるように（１）ＳＲＬのマージン（約６ｄＢ）を増や
す。（２）接続損失のマージン（約１％）を増加させ
る、（３）絶縁材料の品質および量を減らすことができ
る。

【００１９】同軸ケーブルの寸法が大きくなるにつれ
て、絶縁被覆導体を回転させることが困難となる。しか
し、ＳＲＬを改善する外側導体に対し、絶縁被覆導体を
相対的に回転させるために、絶縁被覆導体の周囲に外側
導体を回転することによっても同じ結果が得られる。従
って、図５の５０は、本発明の第２実施例を表し、同図
において金属製シールド１３は、薄い金属製ホイル製
で、これが内部導体１１と絶縁層１２の周囲に螺旋状に
巻回される。図１と同様に内部導体１１は、銀でメッキ
した２６ＡＷＧの銅製のワイヤーと外径が７５ミル
（１．９ｍｍ）の絶縁層１２とを有する。好ましくはこ
の絶縁層１２は、発泡性の高密度ポリエチレン製であ
る。継ぎ目１４は、金属製シールド１３に対し非対称性
を与え、そしてこの継ぎ目１４は、絶縁層１２の周囲に
巻かれてＩＣＲと同様な効果を及ぼす、すなわち非均一
の厚さの絶縁層１２内で内部導体１１の非同心性を平均
化する。金属製ブレード１５と保護ジャケット１６は、
図１で議論したものと同一の素子である。好ましくは金
属製シールド１３は、５インチ（１２．７ｃｍ）ごとに
１回絶縁層１２の周囲に巻回するのが好ましい。にもか
かわらず外側導体が長さ１ｍ以上の長さＬを有する場合
でもＳＲＬが改善される。

【００２０】本明細書に開示したシースシステムに加え
て、導体絶縁用の材料および／またはジャケットの材料
は、ケーブルの火炎を抑制し、発煙を押さえるようにす
るようなものである。例えば、この種の材料は、フルオ
ロポリマーである。Underwriters Ladoratoriesは、ビ
ル火災のような熱にさらされても耐えるようにするため
に、通信ケーブルをクラス分けする際のテスト標準を決
めている。特にケーブルは、立ち上がりケーブルあるい
はプレナムケーブルのいずれかである。

【００２１】例えば、ＵＬ９１０の火炎テストは、プレ
ナム規格を受けるためにはこのケーブルが受けなければ
ならない条件を規定している。このようなプレナム規格
を達成するためには、あらゆる公知の技術が絶縁被覆導
体の回転技術を採用しているケーブルに組み込まれる。
更にまた他の試験標準および／または要件を適用し、そ
してケーブルが使用されるような特殊な環境下におい
て、本発明の特性を組み込んだケーブルの品質を確かめ
ることもできる。

【００２２】本発明の変形例として、フッ化エチレンプ
ロピレン（flourinated Ethylene Propylene；ＦＥＰ）
のような他の絶縁材料をプレナムケーブル用に用いるこ
ともできる。また、外側導体の非対称性はシーム以外の
もの（例えば、ケーブルの中にある非対称性を引き起こ
すようなドレインワイヤー）でもよい。絶縁材料は、必
ずしも発泡性のものである必要性はなく、また、ケーブ
ルの寸法は、本明細書に開示した以外にその大小を問わ
ない。とくに本発明のケーブルに用いられるものは、Ｃ
ＡＴＶのアプリケーション用に用いられる同軸ケーブル
（ＲＧ６）を含む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による同軸ケーブルの斜視
図

【図２】同軸ケーブルの中心軸に対し、内部導体の位置
に対するＩＣＲの影響を表す図

【図３】ケーブルに沿った様々な位置において、内部導
体の位置を表す図１の同軸ケーブルの断面図

【図４】同軸ケーブルの中心軸に対し、内部導体の中心
軸に対するＩＣＲの影響を表す図

【図５】本発明の第２実施例による同軸ケーブルの斜視
図

【符号の説明】

１０ 同軸ケーブル １１ 内部導体 １２ 絶縁層 １３ 金属製シールド １４ 継ぎ目 １５ 金属製ブレード １６ 保護ジャケット １０１ 中心軸 １０３ 中心軸 １０３ 長手方向軸 １０４ 中心点

フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 フィリップ ネルソン ガードナー アメリカ合衆国、30174 ジョージア、ス ワニー、オーバーベンド トレイル 5320 (72)発明者 トレント エム ハイエス アメリカ合衆国、30024 ジョージア、ス ワニー、アルデンハム ウェイ 4434 (72)発明者 ポール ジー シュウェリー アメリカ合衆国、68144 ネブラスカ、オ マハ、サウス 127 サークル 2514 (72)発明者 ディーン ジェー シュウェリー アメリカ合衆国、68104 ネブラスカ、オ マハ、ノース 57 ストリート 2540 (72)発明者 ステファン タイラー ゼーブス アメリカ合衆国、68028 ネブラスカ、グ レットナ、ウエストリッジ ロード 12308

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手方向軸（１０１−１０１）を有する
   同軸ケーブル（１０，５０）においてこのケーブルの長
   手方向軸に沿って伸びる内部導体（１１）と、 この内部導体（１１）を包囲し、絶縁被覆導体を形成す
   る絶縁部材（１２）と、 前記絶縁部材（１２）を包囲する外側導体（１３）と、 前記外側導体（１３）を包囲する絶縁材料製のジャケッ
   ト（１６）とを有し、 前記内部導体（１１）は、前記外側導体（１３）に対
   し、ケーブルの長さＬ毎に軸方向に相対的に１回転する
   ことを特徴とする同軸ケーブル。
2. 【請求項２】 前記絶縁被覆導体（１１，１２）は、そ
   れ自身の長さ方向軸に沿って回転（自転）することを特
   徴とする請求項１記載の同軸ケーブル。
3. 【請求項３】 前記内部導体（１１）は、同軸ケーブル
   の中心軸の周囲にその長さ方向に沿って一方向に回転し
   ていることを特徴とする請求項２記載の同軸ケーブル。
4. 【請求項４】 前記内部導体（１１）は、同軸ケーブル
   の中心軸の周囲に時計方向と反時計方向に回転している
   ことを特徴とする請求項２記載の同軸ケーブル。
5. 【請求項５】 前記外側導体（１３）は、絶縁被覆導体
   （１１，１２）の周囲に螺旋状に包囲された金属製フォ
   イルを含むことを特徴とする請求項１記載の同軸ケーブ
   ル。
6. 【請求項６】 前記外側導体（１３）は、ケーブルの長
   手軸方向に沿って非対称性を有することを特徴とする請
   求項１記載の同軸ケーブル。
7. 【請求項７】 前記非対称性は、継ぎ目（１４）を含む
   ことを特徴とする請求項６記載の同軸ケーブル。
8. 【請求項８】 前記外側導体（１３）とジャケット（１
   ６）との間に配置された金属製シールド（１５）を更に
   有することを特徴とする請求項１記載の同軸ケーブル。
9. 【請求項９】 前記Ｌは、１ｍ以下であることを特徴と
   する請求項１記載の同軸ケーブル。
10. 【請求項１０】 前記Ｌは、１３ｃｍ以下であることを
    特徴とする請求項１記載の同軸ケーブル。