JP2009181804A5

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Publication number: JP2009181804A5
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Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2011-03-10

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シールド付き伝送線路及び同軸ケーブル

本発明は、高周波成分を含む電気信号を伝送するためのシールド付き伝送線路及び同軸ケーブルに関するものである。

近年の半導体集積回路の処理速度向上に伴い、電子機器の内部や電子機器の間で、１ＧＨｚ以上の高周波成分を含む高速な電気信号がやりとりされるようになった。その結果、ケーブルやプリント配線基板などの伝送線路の部分で意図せざる高周波電磁界が発生して、機器の誤動作や、人体・隣接電子機器に悪影響を与える可能性が懸念されている。このため、１ＧＨｚ以上の高周波帯でも電磁ノイズの発生を規制する動きが広がっており、伝送線路部分での不要電磁界の発生を抑制する技術が必要になっている。

伝送線路からの不要電磁界の発生を抑える技術としては、従来から、伝送線路の周囲にシールド層を設けて、伝送線路を流れる電流によって発生する電磁界をシールド層の内部または近傍に閉じ込める対策が実施されてきた。一般に、伝送線路は、往路電流と帰路電流が流れる少なくとも二本以上の導線から構成され、シールド層は多くの場合、導体材料によって構成される。以下では、上述の伝送線路を構成する二本以上の導線を、単に伝送線路を構成する導線と略記する。伝送線路の周囲にシールド層を設置する際の形態には、大別して次の二種類がある。

まず、第一のシールド層の設置形態においては、伝送線路を構成する導線の外側に、伝送線路を構成する導線とは別な導体から成るシールド層を追加する。これによって、伝送線路を構成する導線で発生する電磁界が、シールド層の近傍または内部に閉じ込められる。また、第二のシールド設置形態においては、シールド層として新たな導体を追加するのではなく、伝送線路を構成する導線のうちの一部の導線が、他の導線の一部または全部を覆う構造とする。これによって、上記の一部の導線がシールド層としての機能を持ち、他の導線で発生する電磁界が、上記の一部の導線の近傍または内部に閉じ込められる。

上述の第一のシールド層の設置形態の例としては、シールド付きペアケーブル（ＴｗｉｎＡｘ）やシールド付きカッドケーブル、シールド付きツイストペアケーブル（ＦＴＰ）、シールド付きフラットケーブル（ＦＦＣ）、リジッドプリント配線基板またはフレキシブルプリント配線基板上のマイクロストリップ線路などがある。また、同じく上述の第二のシールド設置形態の例としては、同軸ケーブルや、リジッドプリント配線基板またはフレキシブルプリント配線基板上のストリップ線路などがある。ただし、以上の例は、あくまでも従来技術によるシールド付き伝送線路において、シールド層の設置形態の分類を明確にするために例示したものであって、本発明の適用範囲を限定するものではない。

従来技術について記載した非特許文献１としては、「高速信号ボードの設計（応用編）」の（10.2 同軸ケーブルのノイズと干渉）がある。ここで非特許文献１として同軸ケーブルに関する文献を挙げたのは、同軸ケーブルは構造が単純なために、シールド層を流れる不要電流の分析が最も進んでいるからであり、本発明の適用範囲が同軸ケーブルに限定されることを意味するものではない。

また特開平９−１２９０４１号公報（特許文献１）には高周波用の伝送線路において、シールド層を導電率が異なる複数の導体で構成することが開示されている。

ハワード・ジョンソン「高速信号ボードの設計（応用編）」２００７年、丸善株式会社、５９６−６０１頁特開平９−１２９０４１号公報

しかしながら従来の技術では、伝送線路自体から発生する電磁界をシールド層の近傍または内部に閉じ込めることは可能であるが、シールド層が導体によって構成されているために、シールド層を電子回路に接続すると、信号伝送の目的とは直接関係のない電流がシールド層に流れて、それが新たな不要電磁界の発生源になってしまうという問題があった。このために従来の技術では、シールド層に電流を流さないようにシールド層と電子回路の接続部にコモンモードチョークなどのノイズ対策部品を追加する対策がとられてきた。
またそのほかにも、上述の原因から考えて合理的な対策とは言いがたいが、シールド層を厚くしてシールド層の遮蔽性能を上げるという対策もとられてきた。

しかしこれらは、新たにノイズ対策部品を追加する方法や、シールド層の膜厚を厚くする方法であるためシールド付き伝送線路のコストが高くなるという問題があった。

また特許文献１記載の方法は、同軸ケーブルの外部から同軸ケーブルの内部への熱伝達を抑制するための方法であり、そのためにシールド層を９９％以上の高損失材料で構成するものである。しかしながら、この構成では高周波領域において電磁ノイズの発生量を少なくすることはできないという問題があった。

そこで本発明の目的は、上記課題を解決し、高周波領域において電磁ノイズの発生量が少なく、かつ良好な信号伝送特性を持つシールド付き伝送線路及び同軸ケーブルを、低コストに提供することにある。

本発明では上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するために設けられた二本以上の導体線と、前記導体線を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体と、前記導体線から発生する不要電磁界をシールドするためのシールド導体によって構成されるシールド付き伝送線路において、前記シールド導体を導電率が異なる二種類以上の導体材料によって構成し、かつ、前記シールド導体の前記導体線に近い側に低損失導体材料、前記導体線から遠い側に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくしたことを特徴とするシールド付き伝送線路である。

請求項２の発明は、伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するために設けられた一本以上の導体線と、伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するとともに前記導体線から発生する不要電磁界をシールドするための一本以上のシールド導体線と、前記導体線と前記シールド導体線を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体によって構成されるシールド付き伝送線路において、前記シールド導体線を導電率が異なる二種類以上の導体材料によって構成し、かつ、前記シールド導体線の前記導体線に近い側に低損失導体材料、前記導体線から遠い側に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくしたことを特徴とするシールド付き伝送線路である。

請求項３の発明は、伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するために設けられた二本以上の導体線と、前記導体線を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体と、前記導体線から発生する不要電磁界をシールドするためのシールド導体によって構成されるシールド付き伝送線路において、前記シールド導体を導電率が異なる二種類以上の導体材料によって構成し、かつ、前記シールド導体の前記導体線に近い側に低損失導体材料、前記導体線から遠い側に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくし、かつ、前記高損失導体材料の厚みを、前記シールド付き伝送線路からの不要電磁界の発生を抑制したい周波数領域の下限値ν_minにおける表皮深さδ(ν_min)よりも大きくしたことを特徴とするシールド付き伝送線路である。

請求項４の発明は、伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するために設けられた一本以上の導体線と、伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するとともに前記導体線から発生する不要電磁界をシールドするための一本以上のシールド導体線と、前記導体線と前記シールド導体線を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体によって構成されるシールド付き伝送線路において、前記シールド導体線を導電率が異なる二種類以上の導体材料によって構成し、かつ、前記シールド導体線の前記導体線に近い側に低損失導体材料、前記導体線から遠い側に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくし、かつ、前記高損失導体材料の厚みを、前記シールド付き伝送線路からの不要電磁界の発生を抑制したい周波数領域の下限値ν_minにおける表皮深さδ(ν_min)よりも大きくしたことを特徴とするシールド付き伝送線路である。

請求項５の発明は、請求項３に記載のシールド付き伝送線路において、前記導体線が２本であると共に、前記シールド導体が前記２本の導体線を覆い、シールド付きペアケーブルを構成していることを特徴とするシールド付き伝送線路である。

請求項６の発明は、請求項４に記載のシールド付き伝送線路において、前記導体線が１本であると共に前記シールド導体線が外部導体として前記導体線を覆い、同軸ケーブルを構成していることを特徴とするシールド付き伝送線路である。

請求項７の発明は、請求項３に記載のシールド付き伝送線路において、前記シールド導体がストリップ線路のグランド配線として使用され、プリント配線基板を構成していることを特徴とするシールド付き伝送線路である。

請求項８の発明は、請求項４に記載のシールド付き伝送線路において、前記シールド導体線がマイクロストリップ線路のグランド配線または電源配線として使用され、プリント配線基板を構成していることを特徴とするシールド付き伝送線路である。

請求項９の発明は、請求項３に記載のシールド付き伝送線路において、前記シールド導体が前記絶縁体を覆うシールド層として使用され、フレキシブルフラットケーブルを構成していることを特徴とするシールド付き伝送線路である。

請求項１０の発明は、外部導体を複数の導体線を撚り合わせた撚り線層によって構成した同軸ケーブルにおいて、前記外部導体を二層以上の撚り線層によって構成し、かつ、前記撚り線層の内側の層を低損失導体材料、外側の層を高損失導体材料によって構成し、かつ、前記高損失導体材料によって構成した撚り線層の厚みを、前記低損失導体材料によって構成した撚り線層の厚みよりも小さくしたことを特徴とする同軸ケーブルである。

請求項１１の発明は、外部導体を複数の導体線を撚り合わせた撚り線層によって構成した同軸ケーブルにおいて、前記外部導体を二層以上の撚り線層によって構成し、かつ、前記撚り線層の内側の層を低損失導体材料、外側の層を高損失導体材料によって構成し、かつ、前記高損失導体材料によって構成した撚り線層の厚みを、前記低損失導体材料によって構成した撚り線層の厚みよりも小さくし、かつ、前記高損失導体材料によって構成した撚り線層の厚みを、前記同軸ケーブルからの不要電磁界の発生を抑制したい周波数領域の下限値ν_minにおける表皮深さδ(ν_min)よりも大きくしたことを特徴とする同軸ケーブルである。

請求項１２の発明は、内部導体を構成する一本の導体線と、外部導体を構成する一本の中空導体線と、内部導体と外部導体を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体からなるセミリジッド同軸ケーブルにおいて、前記外部導体を二種類以上の導体材料によって構成し、かつ前記外部導体の内側表面に低損失導体材料、外側表面に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくしたことを特徴とするセミリジッド同軸ケーブルである。

請求項１３の発明は、内部導体を構成する一本の導体線と、外部導体を構成する一本の中空導体線と、内部導体と外部導体を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体からなるセミリジッド同軸ケーブルにおいて、前記外部導体を二種類以上の導体材料によって構成し、かつ前記外部導体の内側表面に低損失導体材料、外側表面に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくし、かつ、前記高損失導体材料の厚みを、前記セミリジッド同軸ケーブルからの不要電磁界の発生を抑制したい周波数領域の下限値ν_minにおける表皮深さδ(ν_min)よりも大きくしたことを特徴とするセミリジッド同軸ケーブルである。

請求項１４の発明は、請求項１３に記載のセミリジッド同軸ケーブルにおいて、前記外部導体を、低損失導体材料からなる中空導体線の外側表面に高損失導体材料をメッキすることによって形成したことを特徴とするセミリジッド同軸ケーブルである。

本発明によれば、高周波領域において電磁ノイズの発生量が少なく、かつ良好な信号伝送特性を持つシールド付き伝送線路を、低コストで実現することができる。

まず本発明の原理について以下に詳述する。
本発明では、シールド導体を流れる不要電流の高周波成分がシールド導体表面の薄い表面層に集中し、かつ、上述の不要電流の高周波成分が、伝送線路から遠い側のシールド導体表面に集中して流れるという事実に着目した。すなわち、本発明は、上述の不要電流の高周波成分を減衰させるために、シールド導体の伝送線路から遠い側の表面に、高周波電流層の厚さ、すなわち表皮深さδ(ν)よりも厚い高損失導体層を設けたことを特徴としている。ここで、周波数νにおける表皮深さδ(ν)は、周知のように、導体材料の透磁率μと導電率σを用いて次の数式（１）によって与えられる。

以下、図面を参照して本発明の作用を詳細に説明する。なお、全ての図において同一の機能を有するものには同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

まず、シールド層を持たない伝送線路からの不要電磁界の発生機構を図１に示す。一般に、電気信号を送信側回路１から受信側回路３に伝送するためには、伝送線路２を介して送信側回路１と受信側回路３を接続する必要がある。伝送線路２を構成する導線２１は、送信側回路１の信号源１１と受信側回路３の負荷３１を接続し、その結果として、受信側回路３の負荷３１を流れる電流または負荷３１の両端に現れる電圧が受信信号として検出される。この際、導線２１を流れる電流は電磁気学の法則にしたがって電磁界２２を発生し、それが伝送線路の外部において不要電磁界として観測される。

次に、シールド付き伝送線路からの不要電磁界の発生機構を図２(ａ)に示す。一般に、シールド付き伝送線路のシールド層は、伝送線路を構成する導線２１をシールド導体２３によって部分的または完全に覆うことによって、導線２１に流れる電流から発生する電磁界２２を、シールド導体２３の近傍または内部に閉じ込める役割を果たす。

しかし、図２(ｂ)にその一例を示す従来技術によるシールド付き伝送線路においては、シールド導体２３を送信側回路１および受信側回路３に電気的に接続した際に、信号伝送とは直接関係がない不要電流２５がシールド導体２３を流れることができるため、シールド導体を設けることによって新たな不要電磁界２６が発生してしまうという問題がある。

この際、高周波においては電流の流れる経路が導体表面の表皮深さδ(ν)の領域に限定されるという事実と、高周波電流はインピーダンスを最小にする経路を流れるという一般法則を用いると、上述の不要電磁界２６は、シールド導体２３の伝送線路から遠い側の表面を流れることが分かる。また、流れる不要電流２５の大きさは、(i)送信側回路と受信側回路の設計、(ii)シールド導体と送信側回路および受信側回路の接続方法、(iii)シールド層の電気抵抗、が決まるとほぼ決まってしまうので、従来技術によるシールド付き伝送線路では、シールド上を流れる不要電流２５による不要電磁界２６の発生を抑制することは困難である。

これに対して、図２(ｃ)にその一例を示す本発明のシールド付き伝送線路では、シールド導体の、伝送線路を構成する導線から遠い側の表面に、不要電流２５の高周波成分を減衰させるための高損失導体層４１を設けて、高周波領域における不要電磁界２６の発生を抑制した。本発明の目的は、不要電流２５の高周波成分を減衰させることにあるので、高損失導体層４１の厚みは、不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限値をν_minとして、周波数ν_minにおける表皮深さδ(ν_min)よりも大きくとれば十分である。代表的な金属に対する表皮深さδ(ν_min)の値は、周知のようにν_min＝１ＧＨｚにおいて数μｍ以下なので、高損失導体層４１の厚みは、通常のケーブルやプリント基板のシールド層の厚みに比べて十分に薄い。

次に、図２の場合とは異なるタイプのシールド付き伝送線路からの不要電磁界の発生機構を、図３(ａ)に示す。図３(ａ)の伝送線路では、伝送線路を構成する一部の導線の役割をシールド導体線２４が兼ねている。同軸ケーブルやプリント配線基板のストリップ線路は、このタイプのシールド付き伝送線路に分類できる。図３(ａ)のシールド付き伝送線路では、信号源１１から出力される電流が導線２１を通って受信側回路に達した後、シールド導体線２４を通って送信側回路に戻る。この際に導線２１を流れる往路電流の総和とシールド導体線２４を流れる帰路電流の総和が等しければ、シールド導体線２４の外部には通常の使用において問題となるような大きさの放射電磁界は生じない。

ところが、図３(ｂ)に示す従来技術によるシールド付き伝送線路では、図３(ａ)においてシールド導体線２４を送信側回路１および受信側回路３に接続した際に、シールド導体線２４に、信号電流以外の、信号伝送とは直接関係がない不要電流２５が流れることが可能であり、それによって新たな不要電磁界２６が発生する場合がある。この不要電流２５は、上述の図２の場合と同じ理由によって、シールド導体線２４の伝送線路から遠い側の表面を流れ、かつ従来の技術においては不要電流２５から発生する不要電磁界２６の量を減らすことは難しい。

これに対し、図３(ｃ)にその一例を示す本発明のシールド付き伝送線路では、シールド導体の伝送線路を構成する導線から遠い側の表面に、不要電流２５の高周波成分を減衰させるための高損失導体層４１を設けて、高周波領域における不要電磁界２６の発生を抑制した。本発明は、不要電流２５の高周波成分を減衰させることを目的としているので、高損失導体層４１の厚みは、不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限値をν_minとして、周波数ν_minにおける表皮深さδ(ν_min)よりも大きくとれば十分である。

なお、以上に示した図面と説明は、あくまで代表的な場合について本発明の作用を例示したものであって、本発明の適用範囲を限定するものではない。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。

［第一の実施の形態］
本発明の第一の実施例を図５(ａ)に示す。図５(ａ)は本発明の一例として構成したシールド付きペアケーブルの断面図である。また、図４(ａ)は、図５(ａ)との比較対象になる従来技術によるシールド付きペアケーブルの断面図である。

図４(ａ)の従来技術によるシールド付きペアケーブルにおいて、１０１は周囲の媒質、１０２はシールド導体、１０３は誘電体、１０６と１０７は本来目的とする信号伝送を行うための信号導体を表す。

図４(ｂ)は、従来技術のシールド付きペアケーブルについて、直流付近の周波数における、導体内部の電流分布を図示したものである。信号電流１２３は、「直流電流は電気抵抗を最小にする経路を流れる」という一般法則にしたがって、信号導体１０６と１０７の断面をほぼ均一に流れる。電流１２１は、信号電流１２３が流れることによってシールド導体内に誘起される電流であって、電流１２２は、主に送信側電子回路の内部や送信側電子回路とシールド導体の接続部で生じる不要電流を表している。シールド層の信号電流によって誘起された電流１２１は、ペアケーブルの奇モードの電界の空間分布に対応して角度方向には不均一な分布を持つが、直流付近の周波数においては表皮深さが大きいため、半径方向にはシールド導体の内側表面からシールド導体の内部に深く侵入しうる。また、不要電流１２２も、直流付近の周波数においては導体内部に深く侵入する。このため、直流付近の周波数においては、シールド導体を上述の誘起電流１２１と不要電流１２２が空間的に重なり合った形で流れることになる。

図４(ｃ)は、従来技術のシールド付きペアケーブルについて、高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。信号電流１４３は、表皮効果と近接効果のために信号導体１０６と１０７の対抗する面に集中する。また、シールド導体内の電流は、数式（１）の表皮効果のために、シールド導体表面の表皮深さδ(ν_min)程度の厚みの領域に集中する。信号電流によってシールド導体内部に誘起される電流１４１は、ペアケーブルの奇モードの電界に対応して角度方向には不均一な空間分布を持ち、かつ信号導体上の電荷分布が作る電界を遮蔽するようにシールド導体の内側表面に集中する。一方、不要電流１４２は「高周波電流はインピーダンスを最小にする経路を流れる」という一般法則にしたがって、シールド導体の外側表面に集中する。

図５(ａ)は、本発明の一実施例として構成したシールド付きペアケーブルの断面図であって、１０４は高損失導体層、１０５は低損失導体層を表している。本実施例においては、従来不要電流の高周波成分が流れていた部分に高損失導体層１０４を設けたことにより、不要電流の高周波成分を効率的に減衰させて、シールド層からの不要電磁界の発生を抑制できるようになった。

図５(ａ)において、低損失導体層１０５の材料としては、例えば、通常信号導体やシールド導体として用いられる銅、銀、アルミ、金などの導電率の大きい金属や、それらの合金、またはそれらの金属を層状構造にしたものを用いても良い。また、高損失導体層１０４の材料としては、低損失導体層１０５に比べて導電率が小さい材料を用いることが可能であり、例えば、スズ、ニッケル、クロム、鉄、ビスマス、チタン、カーボンなどの金属や半金属、導電性ポリマー、導電率の大きい半導体材料、はんだ合金、ステンレス、炭素鋼、フェライト、およびそれらの材料を層状構造にしたものなどを用いてもよい。

高損失導体層１０４と低損失導体層１０５からなる層状構造の構成手段としては、低損失導体からなる一本の円筒導体の表面に高損失導体材料をメッキしても良いし、低損失導体からなる一本の円筒導体の表面に高損失導体材料を材料とする複数の円柱導体からなる撚り線層を形成しても良いし、低損失導体を材料とする一本の円筒導体の表面に高損失導体を材料とする金属箔を巻き付けても良いし、低損失導体を材料とする複数の円柱導体からなる撚り線層の外側に、高損失導体を材料とする複数の円柱導体からなる撚り線層を形成しても良いし、低損失導体を材料とする複数の円柱導体からなる撚り線層の外側に高損失導体をメッキしても良いし、低損失導体を材料とする複数の円柱導体からなる撚り線層の外側に、高損失導体を材料とする金属箔を巻き付けても良い。

また、信号導体１０６、１０７は、一本の導体円柱や導体円筒によって構成しても良いし、可とう性を持たせるために複数の導体円柱や導体円筒からなる撚り線構造によって構成しても良い。図５(ａ)では信号導体の数を二本としているが、本発明の要点はシールド導体の構造にあるので、信号導体の数は二本以上であっても良い。さらに、図５(ａ)の断面図に対応する長手方向の構造は、一様でもよく、また信号導体の配置にねじりを加えた所謂ツイストペア構造であっても良い。

以下、本実施例のシールド付きペアケーブルの機能を、直流付近に近い周波数と、高周波領域に分けて詳しく説明する。図５(ｂ)は、本発明のシールド付きペアケーブルの、直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものである。シールド導体には、信号電流に伴って誘起される電流１２１と不要電流１２２が流れているので、高損失導体層１０４を設けると両者が影響を受けることになる。しかし、直流付近の周波数においては、どちらの電流もシールド導体の内部に深く侵入しているので、高損失導体層の断面積をα_H、低損失導体層の断面積をα_Lとすると、高損失導体層１０４を設けたことによる直流抵抗の変化はおよそ（α_H+α_L）/α_L倍になる。ここで、不要電磁界を抑制したい周波数が十分高い周波領域にある場合には、対応する表皮厚さが小さいので、シールド導体厚を適切に設定することによって（α_H+α_L）/α_Lを、個々の応用の目的から見て十分1に近い値にすることが可能である。したがって、直流付近の周波数においては、高損失導体層１０４を設けたことによる、信号電流に伴って誘起される電流１２１と不要電流１２２への影響は十分に小さくすることができる。

一方、図５(ｃ)は、本発明のシールド付きペアケーブルの、高い周波数、すなわち不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限値ν_minにおける、導体内部の電流分布を図示したものである。高周波においては、信号電流に伴って誘起される電流１４１がシールド導体の内側表面に集中するため、高損失導体層１０４の厚みが低損失導体層１０５の厚みよりも小さければ、高損失導体層１０４を設けたことによる、誘起電流１４１への影響は存在しない。

また、高周波においては、不要電流はシールド導体の外側表面の電流経路１４４を流れるほかないが、電流経路１４４が高損失導体層１０４によって形成されているために、不要電流は伝送方向に急速に減衰してしまい、実際にはほとんど流れることができない。高損失導体層１０４の電気抵抗率をρ_H、低損失導体層１０５の電気抵抗率をρ_Lとすると、高損失導体層１０４を設けた場合の不要電流の高周波成分の減衰率は、高損失導体層がない場合のおよそρ_H/ρ_L倍になる。ρ_H/ρ_L≫１であるような材料の組合せを用いれば、高損失導体層を設けた部分（電流経路１４４）を流れる電流は十分な距離を伝播した後では十分に小さくなるので、本発明の構造によって、不要電磁界の原因になる不要電流の高周波成分を選択的に除去することができる。なお、以上はあくまで本発明の一実施例を示したものであり、本発明の有効範囲を限定するものではない。

［第二の実施の形態］
本発明の第二の実施例の断面図を図７(ａ)に示す。図７(ａ)は本発明の一例として構成した同軸ケーブルの断面図である。また、図６(ａ)は図７(ａ)と比較される従来技術による同軸ケーブルの断面図である。

従来技術による同軸ケーブルを示した図６(ａ)において、２０１は周囲の媒質、２０２は外部導体、２０３は誘電体、２０６は内部導体である。同軸ケーブルにおいては、信号電流が内部導体と外部導体を流れると同時に、外部導体はシールド導体としての役割も兼ねる。

図６(ｂ)は、従来技術の同軸ケーブルについて、直流付近の周波数における、導体内部の電流分布を図示したものである。信号電流２２３は、「直流電流は電気抵抗を最小にする経路を流れる」という一般法則にしたがって、内部導体２０６の断面をほぼ均一に流れる。電流２２１は外部導体を流れる信号電流であって、内部導体を流れる往路電流に対する帰路電流である。

また、電流２２２は、主に送信側電子回路の内部や送信側電子回路と外部導体の接続部で生じる不要電流を表している。外部導体を流れる信号電流２２１は、「直流電流は電気抵抗を最小にする経路を流れる」という一般法則にしたがって、外部導体の内部をほぼ均一に流れる。また、不要電流２２２も、直流付近の周波数においては外部導体の内部に深く侵入している。このため、直流付近の周波数においては、外部導体を、上述の信号電流２２１と不要電流２２２が空間的に重なり合った形で流れることになる。信号電流２２１と不要電流２２２は、それぞれ、同軸ケーブルのノーマルモード電流とコモンモード電流と呼ばれることもある。

図６(ｃ)は、従来技術の同軸ケーブルについて、高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。内部導体の信号電流２４３は、表皮効果のために内部導体２０６の表面に集中する。また、外部導体内部の電流も、表皮効果のために外部導体表面の表皮深さδ(ν_min)程度の厚みの領域に集中する。外部導体を流れる信号電流２４１は、内部導体の信号電流２４３と電気的に結合しているため、外部導体の内側表面に集中する。一方、不要電流２４２は「高周波電流はインピーダンスを最小にする経路を流れる」という一般法則にしたがって、外部導体の外側表面に集中する。

図７(ａ)は、本発明の一実施例として構成した同軸ケーブルの断面図であって、２０４は高損失導体層、２０５は低損失導体層を表している。本実施例においては、従来不要電流の高周波成分が流れていた部分に高損失導体層２０４を設けたことによって、不要電流の高周波成分を効率的に減衰させて、外部導体からの不要電磁界の発生を抑制できるようになった。

図７(ａ)において、低損失導体層２０５の材料としては、例えば、通常信号導体や外部導体として用いられる銅、銀、アルミ、金などの導電率の大きい金属や、それらの合金、またはそれらの金属を層状構造にしたものを用いても良い。また、高損失導体層２０４の材料としては、低損失導体層２０５に比べて導電率が小さい材料を用いることが可能であり、例えば、スズ、ニッケル、クロム、鉄、ビスマス、チタン、カーボンなどの金属や半金属、導電性ポリマー、導電率の大きい半導体材料、はんだ合金、ステンレス、炭素鋼、フェライト、およびそれらの材料を層状構造にしたものなどを用いてもよい。

高損失導体層２０４と低損失導体層２０５からなる層状構造の構成手段としては、低損失導体からなる一本の円筒導体の表面に高損失導体材料をメッキしても良いし、低損失導体からなる一本の円筒導体の表面に高損失導体材料を材料とする複数の円柱導体からなる撚り線層を形成しても良いし、低損失導体を材料とする一本の円筒導体の表面に高損失導体を材料とする金属箔を巻き付けても良いし、低損失導体を材料とする複数の円柱導体からなる撚り線層の外側に、高損失導体を材料とする複数の円柱導体からなる撚り線層を形成しても良いし、低損失導体を材料とする複数の円柱導体からなる撚り線層の外側に高損失導体をメッキしても良いし、低損失導体を材料とする複数の円柱導体からなる撚り線層の外側に、高損失導体を材料とする金属箔を巻き付けても良い。

また、内部導体２０６は、一本の導体円柱や導体円筒によって構成しても良いし、可とう性を持たせるために複数の導体円柱や導体円筒からなる撚り線構造によって構成しても良い。図７(ａ)では信号導体の数を一本としているが、本発明の要点は外部導体の構造にあるので、信号電流の往路導体になる内部導体の数は、一本以上であっても良い。

さらに、図７(ａ)の断面図に対応する長手方向の構造は、一様でもよく、また信号導体の配置にねじりを加えた所謂ツイストペア構造であっても良い。

以下、本実施例の同軸ケーブルの機能を、直流付近に近い周波数と、高周波領域に分けて詳しく説明する。

図７(ｂ)は、本発明の同軸ケーブルの、直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものである。外部導体には、信号電流２２１と不要電流２２２が流れているので、高損失導体層２０４を設けると両者が影響を受けることになる。しかし、直流付近の周波数においては、どちらの電流も外部導体の内部に深く侵入しているので、高損失導体層と低損失導体層の断面積をα_Hおよびα_Lとすると、高損失導体層２０４を設けたことによる直流抵抗の変化はおよそ(α_H+α_L)/α_L倍になる。ここで、不要電磁界を抑制したい周波数が十分高い周波領域にある場合には、対応する表皮厚さが小さいので、外部導体の厚さを適切に設定することによって(α_H+α_L)/α_Lを、個々の応用の目的から見て十分1に近い値にすることが可能である。したがって、直流付近の周波数においては、高損失導体層２０４を設けたことによる、信号電流２２１と不要電流２２２への影響は十分に小さくすることができる。

一方、図７(ｃ)は、本発明の同軸ケーブルの、高い周波数、すなわち不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限値ν_minにおける、導体内部の電流分布を図示したものである。

高周波においては、外部導体を流れる信号電流２４１が外部導体の内側表面に集中するため、高損失導体層２０４の厚みが低損失導体層２０５の厚みよりも小さければ、高損失導体層２０４を設けたことによる、信号電流２４１への影響は存在しない。また、高周波においては、不要電流は外部導体の外側表面の電流経路２４４を流れるほかないが、電流経路２４４が高損失導体層２０４によって形成されているので、不要電流は伝送方向に急速に減衰してしまい、実際にはほとんど流れることができない。

高損失導体層２０４と低損失導体層２０５の電気抵抗率をρ_Hおよびρ_Lとすると、高損失導体層２０４を設けた場合の不要電流の高周波成分の減衰率は、高損失導体層がない場合のおよそρ_H/ρ_L倍になる。ρ_H/ρ_L≫１であるような材料の組合せを用いれば、外部導体の外側表面の電流経路２４４を流れる不要電流は、十分な距離を伝播した後では十分に小さくなるので、本発明の構造によって、不要電磁界の原因になる不要電流の高周波成分を選択的に除去することができる。なお、以上はあくまで本発明の一実施例を示したものであり、本発明の有効範囲を限定するものではない。

［第三の実施の形態］
本発明の第三の実施例の断面図を図９(ａ)に示す。図９(ａ)は本発明の一例として、プリント配線基板上に差動ストリップ線路を構成したものの断面図である。また、図８(ａ)は図９(ａ)と比較される、従来技術によるプリント配線基板の断面図である。

従来技術によるプリント配線基板を示した図８(ａ)において、３０１は周囲の媒質、３０２はレジスト、３０３はグランド導体、３０６は誘電体、３１１と３１２は信号導体、３１３は周囲にある信号導体以外の配線パターンである。プリント配線基板上の差動ストリップ線路においては、信号導体３１１、３１２に近接して配置されたグランド導体が、下方への不要電磁界の漏出を防ぎ、さらに信号導体と逆符号の電磁界を発生して不要電磁界を弱めるためのシールド層として機能する。

図８(ｂ)は、従来技術のプリント配線基板について、直流付近の周波数における、導体内部の電流分布を図示したものである。信号電流３２３は、「直流電流は電気抵抗を最小にする経路を流れる」という一般法則にしたがって、信号導体３１１と３１２の断面をほぼ均一に流れる。電流３２１は、差動ストリップ線路の信号導体３１１と３１２に信号電流３２３が流れることによってグランド導体内に誘起される電流であって、電流３２２は、主に送信側電子回路の内部や電子回路とプリント配線基板の接続部で生じる不要電流を表している。グランド導体内の誘起電流３２１は、差動ストリップ線路の電界分布に対応して、信号電流３２３のペア内の位相関係に依存した横方向に不均一な分布を持つが、直流付近の周波数においては表皮深さが大きいので、深さ方向にはグランド導体内部に深く侵入しうる。また、不要電流３２２も、直流付近の周波数においてはグランド導体内部に深く侵入する。このため、直流付近の周波数においては、グランド導体内部を、上述の誘起電流３２１と不要電流３２２が空間的に重なり合った形で流れることになる。

図８(ｃ)は、従来技術のプリント配線基板の、高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。信号電流３４３は、表皮効果と近接効果によって信号導体３１１と３１２の下側表面、中でもコーナー部分に集中する。また、グランド導体を流れる二種類の電流も、表皮効果のためにグランド導体表面の表皮深さδ(ν_min)程度の厚みの領域に集中する。二種類の電流のうち、信号電流によって誘起される電流３４１は、差動ストリップ線路の電界分布に応じた横方向に不均一な空間分布を持ち、かつ信号導体上の電荷分布が作る電界を遮蔽するように、グランド導体３０３の信号導体３１１、３１２に近い側の表面に集中する。一方、不要電流３４２は「高周波電流はインピーダンスを最小にする経路を流れる」という一般法則にしたがって、グランド導体３０３の、信号導体３１１、３１２から遠い側の表面に集中する。

図９(ａ)は、本発明の一実施例として構成したプリント配線基板上の差動ストリップ線路の断面図であって、３０４は高損失導体層、３０５は低損失導体層を表している。本実施例においては、従来不要電流の高周波成分が流れていた部分に高損失導体層３０４を設けたことにより、不要電流の高周波成分を効率的に減衰させて、グランド導体からの不要電磁界の発生を抑制できるようになった。

図９(ａ)において、低損失導体層３０５の材料としては、例えば、通常導体材料として用いられる銅に加え、銀、アルミ、金などの導電率の大きい金属や、それらの合金、またはそれらの金属を層状構造にしたものを用いても良い。また、高損失導体層３０４の材料としては、低損失導体層３０５に比べて導電率が小さい材料を用いることが可能であり、例えば、スズ、ニッケル、クロム、鉄、ビスマス、チタン、カーボンなどの金属や半金属、導電性ポリマー、導電率の大きい半導体材料、はんだ合金、ステンレス、炭素鋼、フェライト、およびそれらの材料を層状構造にしたものなどを用いてもよい。誘電体３０６の材料としては、通常のリジッドプリント配線基板やフレキシブルプリント配線基板に用いられている材料をそのまま用いることができる。例を挙げれば、ガラスエポキシ樹脂、テフロン（登録商標）、アルミナ、サファイア、ポリイミド、液晶ポリマーなどである。また、レジスト３０２は無くても良い。

高損失導体層３０４と低損失導体層３０５からなる層状構造の構成手段としては、低損失導体の表面に高損失導体材料をメッキしても良い。また、図９(ａ)では差動ストリップ線路の例を示したが、本発明の要点はグランド導体の構造にあるので、信号配線は差動ストリップ線路以外の線路であっても良く、例えば導体配列は所謂ＧＳＳＧ配列などのより複雑なものであって良く、線路構造もストリップ線路以外のコプレーナー線路などであっても良い。また、図９(ａ)では一層の信号層と一層のグランド層からなる二層プリント配線基板の例を示したが、多層プリント配線基板でも、信号配線層と隣接するグランド配線層の、信号配線層から遠い側の表面に高損失導体層を設ければ本発明の効果がえられることは明白である。

以下、本実施例のプリント配線基板の機能を、直流付近に近い周波数と、高周波領域に分けて詳しく説明する。

図９(ｂ)は、本発明のプリント配線基板の、直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものである。グランド導体には、信号電流に伴って誘起される電流３２１と不要電流３２２が流れているので、高損失導体層３０４を設けると両者が影響を受けることになる。しかし、直流付近の周波数においては、どちらの電流もグランド導体の内部に深く侵入しているので、高損失導体層の断面積をα_H、低損失導体層の断面積α_Lとすると、高損失導体層３０４を設けたことによる直流抵抗の変化はおよそ（α_H+α_L）/α_L倍となる。ここで、不要電磁界を抑制したい周波数が十分高い周波領域にある場合には、対応する表皮厚さが小さいので、グランド導体厚を適切に設定することによって（α_H+α_L）/α_Lを、個々の応用の目的から見て十分１に近い値にすることが可能である。したがって、直流付近の周波数においては、高損失導体層３０４を設けたことによる、信号電流に伴って誘起される電流３２１と不要電流３２２への影響は十分に小さくすることができる。

一方、図９(ｃ)は、本発明のプリント配線基板の、高い周波数、すなわち不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限値ν_minにおける、導体内部の電流分布を図示したものである。高周波においては、信号電流に伴って誘起される電流３４１が、グランド導体の、信号導体に近い側の表面に集中するために、高損失導体層３０４の厚みが低損失導体層３０５の厚みよりも小さければ、高損失導体層３０４を設けたことによる、誘起電流３４１への影響は存在しない。また、高周波においては、不要電流は、グランド導体の信号導体から遠い側の表面（電流経路３４４）を流れるほかないが、電流経路３４４が高損失導体層３０４によって形成されているので、不要電流は伝送方向に急速に減衰してしまい、実際にはほとんど流れることができない。高損失導体層３０４と低損失導体層３０５の電気抵抗率をρ_Hおよびρ_Lとすると、高損失導体層３０４を設けた場合の不要電流の高周波成分の減衰率は、高損失導体層がない場合のおよそρ_H/ρ_L倍になる。ρ_H/ρ_L≫１であるような材料の組合せを用いれば、高損失導体層を設けた部分（電流経路３４４）を流れる電流は十分な距離を伝播した後では十分に小さくなるので、本発明の構造によって、不要電磁界の原因になる不要電流の高周波成分を選択的に除去することができる。なお、以上はあくまで本発明の一実施例を示したものであり、本発明の有効範囲を限定するものではない。

［第四の実施の形態］
本発明の第四の実施例の断面図を図１１(ａ)に示す。図１１(ａ)は本発明の一例として、プリント配線基板上に差動マイクロストリップ線路を構成したものの断面図である。また、図１０(ａ)は図１１(ａ)と比較される、従来技術によるプリント配線基板の断面図である。

従来の技術を示した図１０(ａ)において、３０１は周囲の媒質、３０２はレジスト、３０３はグランド導体、３０６は誘電体、３１１と３１２は信号導体、３１３は周囲にある信号導体以外の配線パターンである。プリント配線基板上の差動マイクロストリップ線路においては、信号導体３１１、３１２の上下に近接して配置されたグランド導体が、不要電磁界の漏出を防ぎ、さらに信号導体と逆符号の電磁界を発生して不要電磁界を弱めるためのシールド層として機能する。

図１１(ａ)は、本発明の一実施例として構成したプリント配線基板上の差動ストリップ線路の断面図であって、３０４は高損失導体層、３０５は低損失導体層を表している。本実施例においては、従来不要電流の高周波成分が流れていた部分に高損失導体層３０４を設けたことにより、不要電流の高周波成分を効率的に減衰させて、シールド層からの不要電磁界の発生を抑制できるようになった。図１１(ａ)の構成材料の例、層状構造の構成手段の例、構造変形例などは、実施例三の場合と同様である。本実施例は実施例三と類似しているので、機能などの詳細の説明は省略する。

［第五の実施の形態］
本発明の第五の実施例の断面図を図１３(ａ)に示す。図１３(ａ)は本発明の一例として、プリント配線基板上にストリップ線路を構成したものの断面図である。また、図１２(ａ)は図１３(ａ)と比較される、従来技術によるプリント配線基板の断面図である。

従来技術によるプリント配線基板を示した図１２(ａ)において、４０１は周囲の媒質、４０２はレジスト、４０３はグランド導体、４０６は誘電体、４１１は信号導体、４１３は周囲にある信号導体以外の配線パターンである。プリント配線基板上のストリップ線路においては、信号導体４１１に近接して配置されたグランド導体が、信号導体を流れる往路電流に対応した帰路電流を流すとともに、下方への不要電磁界の漏出を防ぎ、さらに信号導体と逆符号の電磁界を発生して不要電磁界を弱めるためのシールド層としての機能を持つ。

図１２(ｂ)は、従来技術のプリント配線基板について、直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものである。信号電流４２３は、「直流電流は電気抵抗を最小にする経路を流れる」という一般法則にしたがって、信号導体４１１の断面をほぼ均一に流れる。電流４２１は、グランド導体を流れるリターン電流であって、電流４２２は、主に送信側電子回路の内部や電子回路とプリント配線基板の接続部で生じる不要電流を表している。グランド導体を流れるリターン電流４２１は、横方向に不均一な分布を持つが、直流付近の周波数においては表皮深さが大きいので深さ方向にはグランド導体内部に深く侵入している。また、不要電流４２２も、直流付近の周波数においてはグランド導体内部に深く侵入する。このため、直流付近の周波数においては、グランド導体内部を、リターン電流４２１と不要電流４２２が空間的に重なり合った形で流れることになる。

図１２(ｃ)は、従来技術のプリント配線基板の、高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。信号電流４４３は、表皮効果によって信号導体４１１の下側表面、中でもコーナー部分に集中する。また、グランド導体を流れる二種類の電流も、表皮効果のためにグランド導体表面の表皮深さδ(ν_min)程度の厚みの領域に集中する。二種類の電流のうち、リターン電流４４１は、信号導体上の電荷分布が作る電界を遮蔽するように、グランド導体４０３の信号導体４１１に近い側の表面に集中する。一方、不要電流４４２は「高周波電流はインピーダンスを最小にする経路を流れる」という一般法則にしたがって、グランド導体４０３の、信号導体４１１から遠い側の表面に集中する。

図１３(ａ)は、本発明の一実施例として構成したプリント配線基板上のストリップ線路の断面図であって、４０４は高損失導体層、４０５は低損失導体層を表している。本実施例においては、従来不要電流の高周波成分が流れていた部分に高損失導体層４０４を設けたことにより、不要電流の高周波成分を効率的に減衰させて、グランド導体からの不要電磁界の発生を抑制できるようになった。

図１３(ａ)において、低損失導体層４０５の材料としては、例えば、通常導体材料として用いられる銅に加え、銀、アルミ、金などの導電率の大きい金属や、それらの合金、またはそれらの金属を層状構造にしたものを用いても良い。また、高損失導体層４０４の材料としては、低損失導体層４０５に比べて導電率が小さい材料を用いることが可能であり、例えば、スズ、ニッケル、クロム、鉄、ビスマス、チタン、カーボンなどの金属や半金属、導電性ポリマー、導電率の大きい半導体材料、はんだ合金、ステンレス、炭素鋼、フェライト、およびそれらの材料を層状構造にしたものなどを用いてもよい。誘電体４０６の材料としては、通常のリジッドプリント配線基板やフレキシブルプリント配線基板に用いられている材料をそのまま用いることができる。例を挙げれば、ガラスエポキシ樹脂、テフロン（登録商標）、アルミナ、サファイア、ポリイミド、液晶ポリマーなどである。また、レジスト４０２は無くても良い。

高損失導体層４０４と低損失導体層４０５からなる層状構造の構成手段としては、低損失導体の表面に高損失導体材料をメッキしても良い。また、図１３(ａ)ではストリップ線路の例を示したが、本発明の要点はグランド導体の構造にあるので、信号配線はストリップ線路以外の線路であっても良い。

また、図１３(ａ)では一層の信号層と一層のグランド層からなる二層プリント配線基板の例を示したが、多層プリント配線基板でも、信号配線層と隣接するグランド配線層の、信号配線層から遠い側の表面に高損失導体層を設ければ本発明の効果がえられることは明白である。また、グランド層ではなく、信号配線層と隣接する電源層の信号配線層から遠い側の表面に高損失導体層を設けることによっても本発明で述べられている効果をえることができる。

以下、本実施例のプリント配線基板の機能を、直流付近に近い周波数と、高周波領域に分けて詳しく説明する。図１３(ｂ)は、本発明のプリント配線基板の、直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものである。グランド導体には、リターン電流４２１と不要電流４２２が流れているので、高損失導体層４０４を設けると両者が影響を受けることになる。しかし、直流付近の周波数においては、どちらの電流もグランド導体の内部に深く侵入しているので、高損失導体層と低損失導体層の断面積をα_Hおよびα_Lとすると、高損失導体層４０４を設けたことによる直流抵抗の変化はおよそ（α_H+α_L）/α_L倍となる。ここで、不要電磁界を抑制したい周波数が十分高い周波領域にある場合には、対応する表皮厚さが小さいので、グランド導体厚を適切に設定することによって（α_H+α_L）/α_Lを、個々の応用の目的から見て十分１に近い値にすることが可能である。したがって、直流付近の周波数においては、高損失導体層４０４を設けたことによる、リターン電流４２１と不要電流４２２への影響は十分に小さくすることができる。

一方、図１３(ｃ)は、本発明のプリント配線基板の、高い周波数、すなわち不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限値ν_minにおける、導体内部の電流分布を図示したものである。高周波においては、リターン電流４４１が、グランド導体の、信号導体に近い側の表面に集中するために、高損失導体層４０４の厚みが低損失導体層４０５の厚みよりも小さければ、高損失導体層４０４を設けたことによるリターン電流３４１への影響は存在しない。また、高周波においては、不要電流は、グランド導体の信号導体から遠い側の表面４４４を流れるほかないが、電流経路４４４が高損失導体層４０４によって形成されているので、不要電流は伝送方向に急速に減衰してしまい、実際にはほとんど流れることができない。

高損失導体層４０４と低損失導体層４０５の電気抵抗率をρ_Hおよびρ_Lとすると、高損失導体層４０４を設けた場合の不要電流の高周波成分の減衰率は、高損失導体層がない場合のおよそρ_H/ρ_L倍になる。ρ_H/ρ_L≫１であるような材料の組合せを用いれば、高損失導体層を設けた部分４４４を流れる電流は十分な距離を伝播した後では十分に小さくなるので、本発明の構造によって、不要電磁界の原因になる不要電流の高周波成分を選択的に除去することができる。なお、以上はあくまで本発明の一実施例を示したものであり、本発明の有効範囲を限定するものではない。

［第六の実施の形態］
本発明の第六の実施例の断面図を図１５(ａ)に示す。図１５(ａ)は本発明の一例として、プリント配線基板にマイクロストリップ線路を構成したものの断面図である。また、図１４(ａ)は図１５(ａ)と比較される、従来技術によるプリント配線基板の断面図である。

従来の技術を示した図１４(ａ)において、４０１は周囲の媒質、４０２はレジスト、４０３はグランド導体、４０６は誘電体、４１１は信号導体、４１３は周囲にある信号導体以外の配線パターンである。プリント配線基板上のマイクロストリップ線路においては、信号導体４１１の上下に近接して配置されたグランド導体４０３が、不要電磁界の漏出を防ぎ、さらに信号導体と逆符号の電磁界を発生して不要電磁界を弱めるためのシールド層として機能する。

図１５(ａ)は、本発明の一実施例として構成したプリント配線基板上のストリップ線路の断面図であって、４０４は高損失導体層、４０５は低損失導体層を表している。本実施例においては、従来不要電流の高周波成分が流れていた部分に高損失導体層４０４を設けたことにより、不要電流の高周波成分を効率的に減衰させて、シールド層からの不要電磁界の発生を抑制できるようになった。図１５(ａ)の構成材料の例、層状構造の構成手段の例、構造変形例などは、実施例５の場合と同様である。本実施例は実施例５と類似しているので、機能などの詳細の説明は省略する。

［第七の実施の形態］
本発明の第七の実施例の断面図を図１７(ａ)に示す。図１７(ａ)は本発明の一例として構成したシールド付きフレキシブルフラットケーブルの断面図である。また、図１６(ａ)は図１７(ａ)と比較される、従来技術によるシールド付きフレキシブルフラットケーブルの断面図である。

従来の技術を示した図１６(ａ)において、５０１は周囲の媒質、５０３はシールド導体、５０３は誘電体、５１１は信号導体、５１３は周囲にある信号導体以外の配線パターンである。シールド付きフレキシブルフラットケーブルにおいては、信号導体５１１の上下に近接して配置されたシールド導体５０２が、不要電磁界の漏出を防ぐためのシールド層として機能する。

図１７(ａ)は、本発明の一実施例として構成したシールド付きフレキシブルフラットケーブルの断面図であって、５０４は高損失導体層、５０５は低損失導体層を表している。本実施例においては、従来不要電流の高周波成分が流れていた部分に高損失導体層５０４を設けたことにより、不要電流の高周波成分を効率的に減衰させて、シールド層からの不要電磁界の発生を抑制できるようになった。図１７(ａ)の構成材料の例、層状構造の構成手段の例、構造変形例などは、実施例五の場合と同様である。本実施例は上述した実施例三〜実施例六と類似しているので、機能などの詳細の説明は省略する。

以上説明した第一〜第七の実施形態によれば、高周波成分を含む電気信号が流れる各種のシールド付き伝送線路において、シールド導体を流れる高周波不要電流を効果的に減衰させて除去することができる。またそれによって、伝送特性に顕著な影響を与えることなく、低コストな手段で、伝送線路の部分から発生する高周波不要電磁界の発生量を小さくすることができる。

以下に最適条件の根拠について詳述する。シールド付き伝送線路の代表的な例として図１８に示す同軸ケーブルについて、シールド導体の役割を果たす外部導体の内部における電流の空間分布を計算した例を図１９に示す。計算にあたっては、外部導体の導電率を５．８×１０６[Ｓ/ｍ]、誘電体の誘電率を２．１とし、外部導体の内側の半径をＡ=０．０６５５ｍｍ、外側の半径をＢ=０．０７３５ｍｍとした。通常のごく一般的な伝送線路に対して本発明の手法が有効であることは上記の記載からすでに明らかなので、パラメータの選定にあたっては、極端な場合として極細同軸ケーブルの値を用いた。

図１９(ａ)は、周波数が５０Ｈｚの場合における外部導体（シールド導体）内部の電流分布である。この場合には、周波数が低く、表皮深さが大きいために、シールド導体の内部において信号電流と不要電流は空間的に分離していない。

一方、図１９(ｂ)は、周波数が１０ＧＨｚの場合における外部導体（シールド導体）内部の電流分布である。この場合には、周波数が大きいため、極細同軸ケーブルのような極端に外部導体（シールド導体）が薄い伝送線路に対しても、信号電流と不要電流が明確に空間的に分離する。図１９(ｂ)において、内部導体（信号導体）に近い側に集中しているのが信号電流であり、内部導体（信号導体）から遠い側に集中しているのが不要電流である。１０ＧＨｚの場合における表皮深さは約０．７μｍである。なお、ここで外部導体の信号電流および不要電流と書いたものは、慣用においては、同軸ケーブルのノーマルモード電流とコモンモード電流とも呼ばれることがある。

本発明の構成において、高損失材料の厚みは広い範囲の値をとることができるが、シールド導体上の不要電流を効率的に減衰させるために、高損失材料の厚みは、不要電磁界の抑制効果をえたい最低周波数における表皮深さよりも大きくする必要がある。また、高損失材料の厚みが低損失材料の厚みよりも大きくなると、低い周波数における電気抵抗などの信号伝送特性に影響が出るため、高損失材料の厚みは低損失材料の厚みよりも小さくするべきである。

なお、高周波用の伝送線路において、シールド層を導電率が異なる複数の導体で構成した上述の特許文献１の例があるが、本発明とは解決しようとする課題が異なるため、使用されるパラメータ領域が異なっている。特許文献１では、特許明細書の記述により、所期の効果をえるためにはシールド層の９９％以上を高損失材料で構成する必要があるが、本発明は、高損失材料がシールド層の５０％以下の場合に関するものなので、特許文献１とは対象とするパラメータ領域が異なっている。

本発明のシールド付き伝送線路を、高周波成分を含む電気信号が流れるデバイスやシステムに用いると、従来のシールド付き伝送線路を使った場合に比べて不要電磁界の発生量を小さくすることができる。適用システムの例としては、コンピュータ、携帯電話、ＰＤＡなどの情報機器に用いられているプリント配線基板および基板間接続ケーブル、テレビ、ビデオカメラなどの映像機器に用いられているプリント配線基板および基板間接続ケーブル、自動車、飛行機や車載機器に用いられているプリント配線基板および基板間接続ケーブル、筐体や建物間の通信に用いられるメタルトランシーバ用ケーブル、医療機器に用いられているプリント配線基板および基板間接続ケーブル、微弱電気信号を出力するセンサーへの入出力ケーブルなどがある。

また、本発明のシールド付き伝送線路を使用すると、送信側電子回路や電子回路と伝送線路の接続部分で発生するコモンモード電流を選択的に減衰させることができるので、伝送特性を改良する目的でも使用することができる。この目的では、とくに、無線アンテナへの給電ケーブルや、微弱電気信号を出力するセンサーへの入出力ケーブルに用いることができる。

シールド層を持たない伝送線路からの不要電磁界発生メカニズムについての説明図である。図２（ａ）は従来技術によるシールド付き伝送線路からの不要電磁界発生メカニズムについての説明図であり、図２（ｂ）は従来技術によるシールド付き伝送線路の横断面図であり、図２（ｃ）は本発明のシールド付き伝送線路の横断面図の一例である。図３（ａ）は従来技術による他のシールド付き伝送線路からの不要電磁界発生メカニズムについての説明図であり、図３（ｂ）は従来技術による他のシールド付き伝送線路の横断面図であり、図３（ｃ）は本発明の他のシールド付き伝送線路の横断面図の一例である。図４（ａ）は従来技術によるシールド付きペアケーブルの横断面図であり、図４（ｂ）は従来技術によるシールド付きペアケーブルの直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図４（ｃ）は従来技術によるシールド付きペアケーブルの高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図５（ａ）は本発明の第一の実施形態によるシールド付きペアケーブルの横断面図であり、図５（ｂ）は本発明の第一の実施形態によるシールド付きペアケーブルの直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図５（ｃ）は本発明の第一の実施形態によるシールド付きペアケーブルの高周波（ν_min）における導体内部の電流分布を図示したものである。図６（ａ）は従来技術による同軸ケーブルの横断面図であり、図６（ｂ）は従来技術による同軸ケーブルの直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図６（ｃ）は従来技術による同軸ケーブルの高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図７（ａ）は本発明の第二の実施形態による同軸ケーブルの横断面図であり、図７（ｂ）は本発明の第二の実施形態によるによる同軸ケーブルの直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図７（ｃ）は本発明の第二の実施形態による同軸ケーブルの高周波（ν_min）における導体内部の電流分布を図示したものである。図８（ａ）は従来技術によるプリント配線基板の横断面図であり、図８（ｂ）は従来技術によるプリント配線基板の直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図８（ｃ）は従来技術によるプリント配線基板の高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図９（ａ）は本発明の第三の実施形態によるプリント配線基板の横断面図であり、図９（ｂ）は本発明の第三の実施形態によるプリント配線基板の直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図９（ｃ）は本発明の第三の実施形態によるプリント配線基板の高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図１０（ａ）は従来技術によるプリント配線基板の横断面図であり、図１０（ｂ）は従来技術によるプリント配線基板の直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図１０（ｃ）は従来技術によるプリント配線基板の高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図１１（ａ）は本発明の第四の実施形態によるプリント配線基板の横断面図であり、図１１（ｂ）は本発明の第四の実施形態によるプリント配線基板の直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図１１（ｃ）は本発明の第四の実施形態によるプリント配線基板の高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図１２（ａ）は従来技術によるプリント配線基板の横断面図であり、図１２（ｂ）は従来技術によるプリント配線基板の直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図１２（ｃ）は従来技術によるプリント配線基板の高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図１３（ａ）は本発明の第五の実施形態によるプリント配線基板の横断面図であり、図１３（ｂ）は本発明の第五の実施形態によるプリント配線基板の直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図１３（ｃ）は本発明の第五の実施形態によるプリント配線基板の高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図１４（ａ）は従来技術によるプリント配線基板の横断面図であり、図１４（ｂ）は従来技術によるプリント配線基板の直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図１４（ｃ）は従来技術によるプリント配線基板の高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図１５（ａ）は本発明の第六の実施形態によるプリント配線基板の横断面図であり、図１５（ｂ）は本発明の第六の実施形態によるプリント配線基板の直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図１５（ｃ）は本発明の第六の実施形態によるプリント配線基板の高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図１６（ａ）は従来技術によるプリント配線基板の横断面図であり、図１６（ｂ）は従来技術によるプリント配線基板の直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図１６（ｃ）は従来技術によるプリント配線基板の高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。図１７（ａ）は本発明の第七の実施形態によるプリント配線基板の横断面図であり、図１７（ｂ）は本発明の第七の実施形態によるプリント配線基板の直流付近の周波数における導体内部の電流分布を図示したものであり、図１７（ｃ）は本発明の第七の実施形態によるプリント配線基板の高周波における導体内部の電流分布を図示したものである。シールド導体上の不要電流の空間分布を計算するための計算モデルとして、従来技術による同軸ケーブルを図示したものである。図１９（ａ）は５０Ｈｚの電気信号を流した場合のシールド導体上の信号電流と不要電流の空間分布を図示したものであり、図１９（ｂ）は１ＧＨｚの電気信号を流した場合のシールド導体上の信号電流と不要電流の空間分布を図示したものである。

１送信側回路
１１信号源
１２送信側回路のグランド
１３送信側回路における往路電流と帰路電流の位相差
１４信号源の接地電圧
２伝送線路
２１伝送線路を構成する導線
２２伝送線路を構成する導線から発生する不要電磁界
２３シールド導体
２４シールド導体線
２５シールド導体を流れる不要電流
２６シールド導体から発生する不要電磁界
２７シールド導体の送信側回路のグランドに対する接地電圧
２８シールド導体の受信側回路のグランドに対する接地電圧
２９伝送線路を構成する導線の一部（帰路導線）
３受信側回路
３１信号負荷
３２受信側回路のグランド
３３信号負荷の接地電圧
４０送信側回路のグランドと受信側回路のグランドの電位差
４１高損失導体層
４２低損失導体層
１０１周囲の媒質
１０２シールド導体
１０３誘電体
１０４高損失導体層（シールド導体の一部）
１０５低損失導体層（シールド導体の一部）
１０６信号導体（伝送線路を構成する導体）
１０７信号導体（伝送線路を構成する導体）
１２１信号電流によって誘起されたシールド導体上の電流（直流付近の周波数）
１２２シールド導体上の不要電流（直流付近の周波数）
１２３信号電流（直流付近の周波数）
１２４高損失導体層を設けたことによる高損失領域
１４１信号電流によって誘起されたシールド導体上の電流
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
１４２シールド導体上の不要電流
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
１４３信号電流（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
１４４シールド導体の外側表面の電流経路
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
２０１周囲の媒質
２０２シールド導体（＝外部導体）
２０３誘電体
２０４高損失導体層（シールド導体（＝外部導体）の一部）
２０５低損失導体層（シールド導体（＝外部導体）の一部）
２０６内部導体（伝送線路を構成する導体）
２２１外部導体を流れる信号電流（直流付近の周波数）
２２２外部導体を流れる不要電流（直流付近の周波数）
２２３信号電流（直流付近の周波数）
２２４高損失導体層を設けたことによる高損失領域
２４１外部導体を流れる信号電流
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
２４２外部導体を流れる不要電流
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
２４３信号電流（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
２４４高損失導体層を設けたことによる高損失領域
３０１周囲の媒質
３０２レジスト
３０３グランド導体
３０４高損失導体層（シールド導体（＝グランド導体）の一部）
３０５低損失導体層（シールド導体（＝グランド導体）の一部）
３０６誘電体
３１１信号導体（伝送線路を構成する導体）
３１２信号導体（伝送線路を構成する導体）
３１３信号導体以外の周囲の配線パターン
３２１信号電流によって誘起されたグランド導体上の電流（直流付近の周波数）
３２２グランド導体上の不要電流（直流付近の周波数）
３２３信号電流（直流付近の周波数）
３２４高損失導体層を設けたことによる高損失領域
３４１信号電流によって誘起されたグランド導体上の電流
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
３４２グランド導体上の不要電流
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
３４３信号電流（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
３４４高損失導体層を設けたことによる高損失領域
４０１周囲の媒質
４０２レジスト
４０３グランド導体
４０４高損失導体層（シールド導体（＝グランド導体）の一部）
４０５低損失導体層（シールド導体（＝グランド導体）の一部）
４０６誘電体
４１１信号導体（伝送線路を構成する導体）
４１３信号導体以外の周囲の配線パターン
４２１グランド導体上のリターン電流（直流付近の周波数）
４２２グランド導体上の不要電流（直流付近の周波数）
４２３信号電流（直流付近の周波数）
４２４高損失導体層を設けたことによる高損失領域
４４１グランド導体上のリターン電流
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
４４２グランド導体上の不要電流
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
４４３信号電流（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
４４４高損失導体層を設けたことによる高損失領域
５０１周囲の媒質
５０２シールド導体
５０３誘電体
５０４高損失導体層（シールド導体の一部）
５０５低損失導体層（シールド導体の一部）
５１１信号導体（伝送線路を構成する導体）
５１３信号導体以外の周囲の配線パターン
５２１シールド導体上のリターン電流（直流付近の周波数）
５２２シールド導体上の不要電流（直流付近の周波数）
５２３信号電流（直流付近の周波数）
５２４高損失導体層を設けたことによる高損失領域
５４１シールド導体上のリターン電流
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
５４２シールド導体上の不要電流
（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
５４３信号電流（不要電磁界の発生を抑えたい周波数領域の下限周波数ν_min）
５４４高損失導体層を設けたことによる高損失領域

Claims

伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するために設けられた二本以上の導体線と、前記導体線を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体と、前記導体線から発生する不要電磁界をシールドするためのシールド導体によって構成されるシールド付き伝送線路において、
前記シールド導体を導電率が異なる二種類以上の導体材料によって構成し、かつ、前記シールド導体の前記導体線に近い側に低損失導体材料、前記導体線から遠い側に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくしたことを特徴とするシールド付き伝送線路。
伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するために設けられた一本以上の導体線と、伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するとともに前記導体線から発生する不要電磁界をシールドするための一本以上のシールド導体線と、前記導体線と前記シールド導体線を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体によって構成されるシールド付き伝送線路において、
前記シールド導体線を導電率が異なる二種類以上の導体材料によって構成し、かつ、前記シールド導体線の前記導体線に近い側に低損失導体材料、前記導体線から遠い側に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくしたことを特徴とするシールド付き伝送線路。
伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するために設けられた二本以上の導体線と、前記導体線を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体と、前記導体線から発生する不要電磁界をシールドするためのシールド導体によって構成されるシールド付き伝送線路において、
前記シールド導体を導電率が異なる二種類以上の導体材料によって構成し、かつ、前記シールド導体の前記導体線に近い側に低損失導体材料、前記導体線から遠い側に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくし、かつ、前記高損失導体材料の厚みを、前記シールド付き伝送線路からの不要電磁界の発生を抑制したい周波数領域の下限値ν_minにおける表皮深さδ(ν_min)よりも大きくしたことを特徴とするシールド付き伝送線路。
伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するために設けられた一本以上の導体線と、伝送線路の入力側と出力側を電気的に接続するとともに前記導体線から発生する不要電磁界をシールドするための一本以上のシールド導体線と、前記導体線と前記シールド導体線を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体によって構成されるシールド付き伝送線路において、
前記シールド導体線を導電率が異なる二種類以上の導体材料によって構成し、かつ、前記シールド導体線の前記導体線に近い側に低損失導体材料、前記導体線から遠い側に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくし、かつ、前記高損失導体材料の厚みを、前記シールド付き伝送線路からの不要電磁界の発生を抑制したい周波数領域の下限値ν_minにおける表皮深さδ(ν_min)よりも大きくしたことを特徴とするシールド付き伝送線路。
請求項３に記載のシールド付き伝送線路において、
前記導体線が２本であると共に、前記シールド導体が前記２本の導体線を覆い、シールド付ペアケーブルを構成していることを特徴とするシールド付き伝送線路。
請求項４に記載のシールド付き伝送線路において、
前記導体線が１本であると共に前記シールド導体線が外部導体として前記導体線を覆い、同軸ケーブルを構成していることを特徴とするシールド付き伝送線路。
請求項３に記載のシールド付き伝送線路において、
前記シールド導体がストリップ線路のグランド配線として使用され、プリント配線基板を構成していることを特徴とするシールド付き伝送線路。
請求項４に記載のシールド付き伝送線路において、
前記シールド導体線がマイクロストリップ線路のグランド配線または電源配線として使用され、プリント配線基板を構成していることを特徴とするシールド付き伝送線路。
請求項３に記載のシールド付き伝送線路において、
前記シールド導体が前記絶縁体を覆うシールド層として使用され、フレキシブルフラットケーブルを構成していることを特徴とするシールド付き伝送線路。
外部導体を複数の導体線を撚り合わせた撚り線層によって構成した同軸ケーブルにおいて、前記外部導体を二層以上の撚り線層によって構成し、かつ、前記撚り線層の内側の層を低損失導体材料、外側の層を高損失導体材料によって構成し、かつ、前記高損失導体材料によって構成した撚り線層の厚みを、前記低損失導体材料によって構成した撚り線層の厚みよりも小さくしたことを特徴とする同軸ケーブル。
外部導体を複数の導体線を撚り合わせた撚り線層によって構成した同軸ケーブルにおいて、前記外部導体を二層以上の撚り線層によって構成し、かつ、前記撚り線層の内側の層を低損失導体材料、外側の層を高損失導体材料によって構成し、かつ、前記高損失導体材料によって構成した撚り線層の厚みを、前記低損失導体材料によって構成した撚り線層の厚みよりも小さくし、かつ、前記高損失導体材料によって構成した撚り線層の厚みを、前記同軸ケーブルからの不要電磁界の発生を抑制したい周波数領域の下限値ν_minにおける表皮深さδ(ν_min)よりも大きくしたことを特徴とする同軸ケーブル。
内部導体を構成する一本の導体線と、外部導体を構成する一本の中空導体線と、内部導体と外部導体を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体からなるセミリジッド同軸ケーブルにおいて、前記外部導体を二種類以上の導体材料によって構成し、かつ前記外部導体の内側表面に低損失導体材料、外側表面に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくしたことを特徴とするセミリジッド同軸ケーブル。
内部導体を構成する一本の導体線と、外部導体を構成する一本の中空導体線と、内部導体と外部導体を保持し互いに電気的に絶縁するための絶縁体からなるセミリジッド同軸ケーブルにおいて、
前記外部導体を二種類以上の導体材料によって構成し、かつ前記外部導体の内側表面に低損失導体材料、外側表面に高損失導体材料を配置し、かつ、前記高損失導体材料の厚みを前記低損失材料の厚みよりも小さくし、かつ、前記高損失導体材料の厚みを、前記セミリジッド同軸ケーブルからの不要電磁界の発生を抑制したい周波数領域の下限値ν_minにおける表皮深さδ(ν_min)よりも大きくしたことを特徴とするセミリジッド同軸ケーブル。
請求項１３に記載のセミリジッド同軸ケーブルにおいて、
前記外部導体を、低損失導体材料からなる中空導体線の外側表面に高損失導体材料をメッキすることによって形成したことを特徴とするセミリジッド同軸ケーブル。