JP2005244910A

JP2005244910A - スペーサ

Info

Publication number: JP2005244910A
Application number: JP2004055605A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hatanaka; 博畠中
Original assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Current assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】内部導体損失により内部導体で生じる熱を、外部導体を介して放熱できるようにして、内部導体の温度上昇を低減することが可能なスペーサを提供する。
【解決手段】筒状の外部導体の内部に配置される内部導体を支持するスペーサであって、中央部に前記内部導体が挿入される孔を有する本体部と、前記本体部に連続し前記本体部の外側に突出するとともに、先端部が前記外部導体に固定される複数個の凸部とを有する。前記スペーサに垂直な方向から見たとき、前記各凸部の先端部は、前記孔の中心を中心点とする同一円の円周の一部を構成するように円弧状に形成され、前記本体部における隣接する２つの凸部を接続する部分は、円弧状に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、同軸給電管などに使用されるスペーサに係り、特に、送信用アンテナに大電力の励振電力を供給する際に有効な技術に関する。

図１０は、従来の同軸給電管の基本構造を示す断面図であり、同図（ａ）は、同軸給電管の長さ方向に直交する面で切断した断面を示す断面図、同図（ｂ）は、同軸給電管の長さ方向に沿った面で切断した断面を示す断面図である。
同図に示すように、同軸給電管２０は、筒状の外部導体２１と、内部導体２２とで構成されるが、内部導体２２が、外部導体２１の内部に配置される関係上、内部導体２２を支持する必要がある。
そのため、図１０に示す同軸給電管では、外部導体２１と内部導体２２との間に、誘電体からなるスペーサ６を配置し、内部導体２２を支持するようにしている。
図１１は、図１０に示すスペーサ６の構造を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。図１１において、３１は、同軸給電管２０の内部導体２２が挿入される孔である。
なお、このスペーサ６は、λｇ／４の距離だけ離れて複数設けられる。ここで、λｇは、同軸給電管内を伝搬する伝搬波の中心周波数の管内波長である。

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
特開２００３−３２００７号公報特開２００３−７８３１１号公報

前述したような同軸給電管２０は、例えば、ＴＶ放送の放送局に設置される送信アンテナに励振電力を供給するために使用される。
このような使用形態においては、内部導体損失により、同軸給電管２０の外部導体２１および内部導体２２の温度が上昇することは避けることができない。
そして、一般に、内部損失による温度上昇は、外部導体２１よりも、内部導体２２の方が大きく、さらに、内部損失による温度上昇は、内部導体２２の直径が小さい程大きくなることが知られている。
一方、近年、従来のアナログ方式のテレビジョン放送の他に、デジタル方式のテレビジョン放送が開始されようとしている。
しかしながら、デジタル方式のテレビジョン放送に採用される直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequency Division Multiplex）変調方式の変調波では、従来のアナログ方式のテレビジョン放送のＮＴＳＣ方式の変調波よりも、前述した内部導体損失により、同軸給電管２０の内部導体２２の温度上昇が大きくなるという問題点があった。
このため、同軸給電管２０の内部導体２２で生じる熱を放熱して、内部導体２２の温度上昇を低減する必要がある。

しかしながら、一般に、スペーサ６としては、誘電率（ε）が低いフッ化樹脂が使用されるが、このフッ化樹脂は熱伝導率が低いため、スペーサ６を介して外部導体２１に熱を伝導し、この熱を外部導体２１の表面から放熱することができなかった。
同軸給電管２０の内部導体２２で生じる熱を、スペーサ６を介して外部導体２１に熱を伝導し、外部導体２１の表面から放熱するためには、スペーサ６として熱伝導率の大きい誘電体を使用すればよいが、熱伝導率の大きい誘電体は、一般に誘電率（ε）が大きく、同軸給電管２０の外部導体２１の内径（これは、図１１に示すスペーサ６の外径Ｄｏに相当する）に比して、内部導体２２の外径（これは、図１１に示すスペーサ６に設けられた打ち抜き穴の直径Ｄｉに相当する）が小さくなり、スペーサ６として熱伝導率の大きい誘電体を使用することができないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、内部導体損失により内部導体で生じる熱を、外部導体を介して放熱できるようにして、内部導体の温度上昇を低減することが可能なスペーサを提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、筒状の外部導体の内部に配置される内部導体を支持するスペーサであって、中央部に前記内部導体が挿入される孔を有する本体部と、前記本体部に連続し前記本体部の外側に突出するとともに、先端部が前記外部導体に固定される複数個の凸部とを有することを特徴とする。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明のスペーサによれば、内部導体損失により内部導体で生じる熱を、外部導体を介して放熱することが可能となり、これにより、内部導体の温度上昇を低減することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施例のスペーサの構造を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。
図１に示すスペーサ３０は、中央部に、例えば、図１０に示す同軸給電管の内部導体２２が挿入される孔３１を有する本体部と、本体部３２に連続し本体部３２の外側に突出する４個の凸部３３とから構成される。
この４個の凸部の先端部は、例えば、図１０に示す同軸給電管２０の外部導体２１に固定される。
さらに、スペーサ３０に垂直な方向（図１に示す矢印Ａの方向）から見たとき、各凸部３３の先端部が、孔３１の中心を中心点とする同一円（図１の点線に示す円）の円周の一部を構成するように円弧状に形成される。
また、本体部３２における隣接する２つの凸部を接続する部分が円弧状に形成される。ここで、図１に示すように、本体部３２の円弧状は、孔３１に向かって突出するような円弧状とされる。
また、スペーサ３０は、熱伝導率の大きい誘電体、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、または、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、あるいは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものを使用する。
フッ化樹脂の誘電率（ε）は、約２．１（ε≒２．１）、熱伝導率の大きい誘電体、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、または、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、あるいは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電率（ε）は、約１０（ε≒１０）である。
同軸給電管２０のスペーサの挿入部分の特性インピーダンス（Ｚｏ）は、下記（１）で求められる。

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、εは、スペーサの誘電率、Ｄｉは、スペーサに設けられた打ち抜き穴の直径（単位；ｍｍ）、Ｄｏは、スペーサの外径（単位；ｍｍ）である。

例えば、Ｚo＝５０Ω、ε＝１０、Ｄｏ＝１２０ｍｍとした場合のＤｉを、（１）式より求めると下記（２）式のようになる。
［数２］
Ｄｉ＝１２０／１０^{５０√（１０）／１３８}
≒８．６ｍｍ
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
このように、図１１に示すスペーサ６として、熱伝導率の大きい誘電体を使用すると、同軸給電管２０の外部導体２１の内径に比して、内部導体２２の外径が小さくなり、スペーサ３０として熱伝導率の大きい誘電体を使用することができない。
良く知られているように、誘電体の容量は、電極の面積比に比例する。
そこで、面積比（ｎｄ）を用いて、内部導体２２の外径を求める近似的な計算式を求めると下記（３）式のようになる。

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）

例えば、Ｚo＝５０Ω、ε＝１０、Ｄｏ＝１２０ｍｍ、ｎｄ＝５とした場合のＤｉを、（３）式より求めると下記（４）式のようになる。
［数４］
Ｄｉ＝１２０／１０^{５０√（１０／５）／１３８}
≒３６ｍｍ
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
図１に示すスペーサ３０の各凸部の数をｎとしたとき、図１に示すスペーサ３０の各凸部の幅（ＷＳ）は、下記（５）式で求めることができる。
また、Ｄｏ＝１２０ｍｍ、ｎｄ＝５、ｎ＝４とした場合の、図１に示すスペーサ３０の各凸部３３の幅（ＷＳ）は、下記（６）式で求めることができる。
［数５］
ＷＳ＝π×Ｄｏ／ｎｄ×ｎ
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
ＷＳ＝π×１２０／５×４
≒３．１４×１２０／２０
≒１９ｍｍ
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）

図２は、本発明の実施例のスペーサの変形例の構造を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。
図２に示すスペーサ３０は、スペーサ３０に垂直な方向（図２に示す矢印Ａの方向）から見たとき、本体部３２における隣接する２つの凸部を接続する部分が直線状に形成されている点で、図１に示すスペーサ３０と相違するが、それ以外の構成は、図１に示すスペーサ３０と同じであるので再度の説明は省略する。
なお、本実施例のスペーサ３０において、凸部３３の長さ（図１のＨＳ）は、実際の製品に合わせて適宜変更可能である。
このように、本実施例では、同軸給電管２０の外部導体２１の内径に比して、内部導体２２の外径を小さくすることなく、スペーサとして、熱伝導率の大きい誘電体を使用することが可能となる。
これにより、本実施例では、同軸給電管２０の内部導体２２で生じる熱が、スペーサ３０を介して外部導体２１に伝わり、外部導体２１の表面から放熱することが可能となる。
したがって、同軸給電管２０の内部導体２２の温度上昇を低減することが可能となる。この場合に、例えば、送風により、外部導体２１の表面を冷却すれば、より放熱効果を高めることが可能となる。
さらに、本実施例のスペーサでは、切り欠き部（図１で斜線で示す部分）が形成されるので、同軸給電管２０の内部に送風することにより、同軸給電管２０の内部導体２２で生じる熱を放熱することも可能である。

［本実施例のスペーサ３０の応用例］
以下、本実施例のスペーサ３０の応用例について説明する。
図３は、従来のλ／４結合形３ｄＢハイブリッド回路（以下、単に、ハイブリッド回路という。）の上平面を示す平面図である。
図４は、図３に示すハイブリッド回路の、端子（Ｔ１）方向から見た側面を示す側面図である。
図５は、図３に示すＡ−Ａ’切断線で切断した断面を示す断面図である。
図３〜図５に示すハイブリッド回路では、シールドケース（筐体）１内に、２個の結合線路（１１，１２）が配置され、結合線路１１は、一端が第１の端子（Ｔ_１）の内部導体１３_１、他端が第３の端子（Ｔ_３）の内部導体１３_３に接続され、結合線路１２は、一端が第２の端子（Ｔ_２）の内部導体１３_２に、他端が第４の端子（Ｔ_４）の内部導体１３_４に接続される。
この結合線路（１１，１２）は、一枚の導電板の両側を内側に折り曲げて形成される。
なお、４個の端子（Ｔ_１〜Ｔ_４）は、それぞれ内部導体（１３_１〜１３_４）と外部導体（１４_１〜１４_４）とで構成される同軸給電管で構成される。

図６は、図５に示す結合線路１１を説明するための図であり、結合線路１１を上から見た図である。
図６に示すように、結合線路１１は、端子（Ｔ_１）と端子（Ｔ_４）とを結ぶ直線、あるいは、端子（Ｔ_２）と端子（Ｔ_３）とを結ぶ直線に対して傾斜するように配置される傾斜部２と、この傾斜部２の両側で、傾斜部に対して折り曲げて形成され端子接続部（３、４）とで構成される。
ここで、端子接続部３は、端子（Ｔ_１）の内部導体１３_１に接続され、端子接続部４は、端子（Ｔ_３）の内部導体１３_３に接続される。なお、結合線路１２も、結合線路１１と同じ形状を有する。
図３に示すように、結合線路１１の傾斜部２と、結合線路１２の傾斜部２とは、互いに近接して配置され、この傾斜部の長さ（図４のＬａ）は、ハイブリッド回路の設計中心周波数の波長をλｏとするとき、ほぼλｏ／４（Ｌａ≒λｏ／４）とされ、また、端子接続部（３，４）の長さ（図４のＬｂ）は、ほぼλｏ／８（Ｌｂ≒λｏ／８）とされる。
したがって、結合線路（１１，１２）の線路長（Ｌａ＋２Ｌｂ）は、ほぼλｏ／２となるので、本実施の形態では、端子（Ｔ_１）−端子（Ｔ_３）の間、並びに、端子（Ｔ_２）−端子（Ｔ_４）の間で、不要波が結合するのを防止することが可能となる。

図７は、図５に示す結合線路１１の幅を説明するための図であり、図６のＢ方向から見た図である。
結合線路（１１，１２）の幅（図７のＷ）は、Ｗ≧λｏ／１６とすることができる。
例えば、Ｗが７０ｍｍで、また、結合線路（１１，１２）の厚さを２ｍｍとすると、結合線路（１１，１２）の延長方向に直交する面で切断したときの周囲長は、１４４ｍｍ（＝７０×２＋２×２）となる。
また、電力容量の関係で、端子を構成する同軸給電管の内部導体１３の外径を、３３．４ｍｍとすると、前述したように、同軸給電管の内部導体１３の円周長は、１０５（≒π×３３．４）となる。
したがって、図３〜図５に示すハイブリッド回路では、結合線路（１１，１２）の周囲長は、同軸給電管の内部導体１３の円周長の約１．３７（≒１４４／１０５）倍になっており、図３〜図５に示すハイブリッド回路では電力容量を向上させることが可能となる。
なお、図３〜図５に示すハイブリッド回路において、結合線路（１１，１２）の線路長（Ｌ）が、０．８λｏ／２≦Ｌ≦１．２λｏ／２を、また、結合線路（１１，１２）の傾斜部の長さ（Ｌａ）が、０．９λｏ／４≦Ｌａ≦１．１λｏ／４を満足するようにすれば、前述した作用・効果を得ることが可能である。

図３〜図５に示すハイブリッド回路では、図８の等価回路に示すように、同軸線路と結合線路（１１，１２）との結合部で生じる並列共振回路（Ｑ）の抵抗損により発熱し、温度が上昇して、送信設備が不安定になる恐れがある。
しかしながら、図９に示すように、図３〜図５に示すスペーサ（１５_１〜１５_４）に代えて、本実施例のスペーサ３０を使用することにより、内部導体１３で生じる熱が、スペーサ３０を介して外部導体１４に伝わり、外部導体１４の表面から放熱することができるので、前述した同軸線路と結合線路（１１，１２）との結合部で生じる並列共振回路（Ｑ）の抵抗損が原因となる温度上昇を防止することが可能となる。
なお、図９は、本実施例のスペーサ３０を使用した図３〜図５に示すハイブリッド回路を示す図であり、端子（Ｔ１）方向から見た側面を示す側面図である。
また、図９に示すように、ハイブリッド回路の側面に放熱器１６を取り付けることにより、放熱効果を向上させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例のスペーサの構造を示す図である。本発明の実施例のスペーサの変形例の構造を示す図である。従来のλ／４結合形３ｄＢハイブリッド回路の上平面を示す平面図である。図３に示すハイブリッド回路の、端子（Ｔ_１）方向から見た側面を示す側面図である。図３に示すＡ−Ａ’切断線で切断した断面を示す断面図である。図５に示す結合線路を説明するための図である。図５に示す結合線路の幅を説明するための図である。図３〜図５に示すハイブリッド回路の等価回路を示す回路図である。本発明の実施例のスペーサを使用した図３〜図５に示すハイブリッド回路を示す図である。従来の同軸給電管の基本構造を示す断面図である。図１０に示すスペーサの構造を示す図である。

符号の説明

１シールドケース
２傾斜部、
３，４端子接続部、
６，１５，３０スペーサ
１１，１２結合線路、
１３，２２内部導体、
１４，２１外部導体、
１６放熱器
２０同軸給電管
３１孔
３２本体部
３３凸部

Claims

筒状の外部導体の内部に配置される内部導体を支持するスペーサであって、
中央部に前記内部導体が挿入される孔を有する本体部と、
前記本体部に連続し前記本体部の外側に突出するとともに、先端部が前記外部導体に固定される複数個の凸部とを有することを特徴とするスペーサ。
前記スペーサに垂直な方向から見たとき、前記各凸部の先端部は、前記孔の中心を中心点とする同一円の円周の一部を構成するように円弧状に形成され、
前記本体部における隣接する２つの凸部を接続する部分は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスペーサ。
前記スペーサに垂直な方向から見たとき、前記各凸部の先端部は、前記孔の中心を中心点とする同一円の円周の一部を構成するように円弧状に形成され、
前記本体部における互いに隣接する２つの凸部を接続する部分は、直線状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスペーサ。
前記スペーサは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、あるいは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のスペーサ。