JP2011258330A - ツイストペアケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】対にされた絶縁コアの信号導体を流れる電流間のカップリングを強め、伝送特性が良好なツイストペアケーブルを提供する。
【解決手段】複数本の素線導体１２ａを撚り合わせた撚線１２を絶縁体１３で被覆した絶縁コア１１を対にして撚り合わせたツイストペアケーブル１０ａ．１０ｂで、撚線１２の撚り方向と対にした絶縁コア１１の撚り方向を反対にすると共に、撚線１２の撚りピッチＰａを絶縁コア１１の撚りピッチＰｂの１／４以下としたことを特徴とする。なお、当該ツイストペアケーブル１０ａ．１０ｂは、高周波信号の差動伝送に用いるのに好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、２本の絶縁コアを対にして、高周波信号を差動伝送方式で伝送するのに用いられるツイストペアケーブルに関する。

差動伝送方式は、伝送信号の位相を１８０度反転させて、対にされた２心の信号導体に同時に入力して送信し、受信側で差分合成する方法で、受信側で信号出力を２倍にすることができる。また、送信から受信に至る伝送経路途中で受けたノイズ信号は、２心の信号導体に等しく加えられるので、受信側で差動信号として出力したときにキャンセルされ、ノイズが除去されるという機能を有している。このような差動伝送方式で信号を伝送するのに、通常、２本の絶縁コア（信号導体を絶縁体で被覆した電線）を対にした通信ケーブルを用いている（例えば、特許文献１参照）。

また、２本の絶縁コアを撚った形態のツイストペアケーブルは、誘導ノイズの影響を受けにくい通信ケーブルとして知られている。この通信ケーブルは、絶縁コアの位置が交互に入れ替わっているので、信号電流で発生する磁束の発生する向きも交互に入れ替わり隣り同士で互いに打ち消し合って、外部にノイズを出しにくい。また、外部からの磁束による発生する電流も、交互に入れ替わって互いに打ち消し合うので、外部からの影響も受けにくい（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２６９０９号公報 特開平１１−２５７６７号公報

ツイストペアケーブルを形成する絶縁コアは、その信号導体（中央導体ともいう）は、単心線または複数本の素線導体を撚り合せた撚線が用いられる。撚線は、同じ断面積の単心線と比べて導体径が太くなり、減衰量も劣るため伝送距離が短くなるが、柔軟性や耐屈曲性に優れていることから、稼動部や屈曲部を有する伝送路の形成に多用されている。

一方、通信ケーブルの信号導体に流れる電流は、高周波になるにつれて表皮効果によって信号導体の表面側に流れるようになる。単心線の場合は、図３（Ａ）に示すように導体１の外周面１ａ側の全体を流れ、絶縁コアの中心を通る１つの電流路と見ることができる。したがって、ケーブルの長手方向でケーブル中心に対する電流の空間的な離間距離は一定で、対になっているもう一方の絶縁コアとは一定のカップリング度で結合されていると見ることができる。しかし、撚線２の場合は、図３（Ｂ）に示すように外周に配置された素線２ａの外側部分２ｂのみに流れ、複数の電流路に分かれるようになる。

このため、信号導体に撚線を用いたツイストペアケーブルでは、絶縁コアの中心に対して複数の電流路が円弧上に位置し、複数の電流路はケーブルの長手方向でケーブル中心に対して、それぞれが近づいたり離れたりすることになる。したがって、信号導体の撚り合わせ方向に対して、絶縁コアの撚り合わせ方向を同じにする場合と、異ならせる場合とでは、ケーブル中心に対する電流の流れる空間的な位置は同じではない。この結果、互いに撚り合わされて対にされる絶縁コア間のカップリングの度合いが異なり、組み合わせによっては絶縁コア間のカップリング度が弱まり、伝送特性を低下させる恐れがある。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、対にされた絶縁コアの信号導体を流れる電流間のカップリングを強め、伝送特性が良好なツイストペアケーブルの提供を目的とする。

本発明によるツイストペアケーブルは、複数本の素線導体を撚り合わせた撚線を絶縁体で被覆した絶縁コアを対にして撚り合わせたツイストペアケーブルで、撚線の撚り方向と対にした絶縁コアの撚り方向を反対にすると共に、撚線の撚りピッチを絶縁コアの撚りピッチの１／４以下としたことを特徴とする。なお、当該ツイストペアケーブルは、高周波信号の差動伝送に用いるのに好ましい。

本発明によれば、絶縁コア内の撚線（信号導体）の撚り方向と反対の方向に絶縁コア同士を撚り合わせるので、高周波により各素線導体に生じる電流路が、ケーブル中心に対して空間的に近づいたり遠のいたりする周期を短くすることができ、対にされた絶縁コアの信号導体を流れる電流間のカップリングを良好にし、伝送特性の低下を抑えることができる。

本発明によるツイストペアケーブルの一例を説明する図である。 ツイストペアケーブルの撚線の撚り合わせ方向と絶縁コアの撚り合わせ方向による、ケーブル中心と電流路の離間状態を説明する図である。 表皮効果による高周波電流の状態を説明する図である。

図により本発明の概略を説明する。信号導体（撚線）に高周波の信号電流が流れる場合、図３（Ｂ）で説明したように、信号電流はその表皮効果により、外周に配置された素線導体の外側部分のみに流れる。この結果、信号電流は複数の電流路に分かれて、撚線中心の周りを長手方向に螺旋状に流れる。そして、撚線を絶縁体で覆って絶縁コアとし、一対の絶縁コアを並列に並べて対ケーブルとしたときは、信号電流はケーブルの長手方向でケーブル中心に対して、空間的に近づいたり離れたりする。さらに、対にされた絶縁コアを撚り合わせると、信号導体を流れる電流間のカップリングの度合い（結合度）が異なってくる。

図２は、その状況をシミュレーションしたもので、一対の絶縁コアを撚り合わせたツイストペアケーブルの信号導体の一点について、ケーブル中心からの距離が長手方向で変化する様子を示す。ここで、一対の絶縁コアを信号導体の撚り方向と同方向で撚り合わせたものを点線（ａ）で示し、一対の絶縁コアを信号導体の撚り方向とは反対で撚り合わせたものを実線（ｂ）で示してある。なお、信号導体の撚りピッチと絶縁コアの撚りピッチは、それぞれ（ａ）と（ｂ）とで同じである。

図２のシミュレーションによれば、同方向撚り（ａ）に対して、反対方向撚り（ｂ）の方が、電流路がケーブル中心に接近する周期が短いことが分かる。ケーブルの長手方向でケーブル中心から撚線の電流路の空間的な離間距離は、平均で見るとケーブルが同方向撚りであるか反対方向撚りであるかの差はあまりない。しかしながら、図２の例ではケーブル長手方向で、同方向撚りでは電流路がケーブル中心に接近する回数が点線（ａ）の２回の接近に対して、反対方向撚りでは反対方向撚りの実線（ｂ）では６回の接近となる。

すなわち、ケーブルの長手方向距離を同じとすると、絶縁コアの撚り合わせ方向と反対方向に絶縁コアを撚り合わせた方が、絶縁コアの撚り合わせ方向と同方向に絶縁コアを撚り合わせた場合より、電流路がケーブル中心に接近する頻度が多い。電流路がケーブル中心に接近すると各信号導体を伝搬する信号のカップリングの度合いが強まる。したがって、互いに撚り合わせられる絶縁コアのカップリングの度合いは、点線（ａ）より実線（ｂ）の方が強いと言える。つまり、撚線の撚方向と絶縁コアの撚方向を反対にすると、信号のカップリングの度合いが強められる。

図１は、本発明によるツイストペアケーブルの一例を示し、図１（Ａ）は一対の絶縁コアを撚り合わせたケーブル、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のケーブルにシールドを施したケーブルを示す図である。図中、１０ａ，１０ｂはツイストペアケーブル、１１は絶縁コア、１２は信号導体（撚線）、１２ａは素線導体、１３は絶縁体、１４はシールドを示す。

本発明によるツイストペアケーブル１０ａは、図１（Ａ）に一例として示すように、複数本の素線導体１２ａを右方向に撚り合わせて信号導体１２とし、その外側を絶縁体１３で被覆してなる一対の絶縁コア１１を、左方向に撚り合わせて構成される。また、図１（Ｂ）に示すツイストペアケーブル１０ｂは、上記ケーブルの外周にシールド１４を設けて、シールドケーブルとしたもので、ツイストペアケーブルとしては、図１（Ａ）と同じ機能を有するものである。これらのツイストペアケーブル１０ａ，１０ｂは、単体の通信ケーブルとして使用することができるが、複数本を集合させて多心の通信ケーブルとして使用することもできる。

ツイストペアケーブル１０ａ，１０ｂは、素線導体１２ａの撚り合わせ方向が、例えば、右方向である場合は、一対の絶縁コア１１の撚り合わせ方向は、素線導体１２ａの撚り合わせ方向と反対方向の左方向に撚り合わされる。なお、素線導体１２ａの撚り合わせ方向が、左方向である場合は、絶縁コア１１の撚り合わせ方向は、反対方向の右方向に撚り合わされる。

信号導体１２は、銅または銅合金の電気良導体、あるいはこれら電気良導体に錫メッキあるいは銀メッキ等を施した複数本の素線導体１２ａを撚り合わせて形成される。信号導体１２は、例えば、素線導体１２ａの径が０.０２５ｍｍのものを７本撚って、撚線外径を０.０７５ｍｍ（ＡＷＧ＃４２相当）したものや、素線導体１２ａの径が０.１２７ｍｍのものを７本撚って、撚線外径を０.３８ｍｍ（ＡＷＧ＃２８相当）としたものが用いられる。さらに、太いものでは、０.２０５×７本撚って、撚線外径を０．６１５ｍｍ（ＡＷＧ♯２４相当）が、用いられる。

絶縁体１３は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンビニルアセテート、エチレンエチルアクリレートなどのポリオレフィン系樹脂や、あるいは、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）などのフッ素樹脂が用いられる。なお、絶縁体１３の外径（絶縁コア外径）は、信号導体１２の２〜４倍程度とされる。

信号導体１２を形成する素線導体１２ａの撚りピッチＰａは、素線導体１２ａの太さにより異なるが、例えば、７本の素線導体を用いて撚線を形成するとして、素線導体径が０.０２５ｍｍでは３ｍｍ〜６ｍｍの撚りピッチ、素線導体径が０.１２７ｍｍでは４ｍｍ〜７ｍｍの撚りピッチ、素線導体径が０.２０５ｍｍでは５ｍｍ〜９ｍｍの撚りピッチとする。なお、撚りピッチＰａを３ｍｍ以下とすることは非効率であり、また、１０ｍｍ以上ではバラケ易くなる。

上記の信号導体１２を絶縁体１３で被覆した一対の絶縁コア１１は、素線導体１２ａの撚り合わせ方向と反対の左方向に撚り合わせる。絶縁コア１１の撚りピッチＰｂは、素線導体１２ａの撚りピッチＰａの４倍以上（素線導体１２ａの撚りピッチＰａは、絶縁コア１１の撚りピッチＰｂの１／４以下）とするのが好ましい。例えば、素線導体１２ａの撚りピッチＰａが８ｍｍ〜１０ｍｍである場合は、絶縁コア１１の撚りピッチＰｂは４０ｍｍ程度とされる。なお、絶縁コア１１の撚りピッチＰｂがあまり大きいと、ケーブルがバラケ易くなるので、５０ｍｍ以下とするのが望ましい。

上述したツイストペアケーブルは、高周波の差動伝送信号に対して、信号導体中を流れる互いの電流のカップリング度を良好に維持し、伝送信号が劣化するのを効果的に抑制することができる。

１０ａ，１０ｂ…ツイストペアケーブル、１１…絶縁コア、１２…信号導体（撚線）、１２ａ…素線導体、１３…絶縁体、１４…シールド。

Claims (2)

1. 複数本の素線導体を撚り合わせた撚線を絶縁体で被覆した絶縁コアを、対にして撚り合わせたツイストペアケーブルであって、
   前記撚線の撚り方向と前記対にした絶縁コアの撚り方向を反対にすると共に、前記撚線の撚りピッチを前記絶縁コアの撚りピッチの１／４以下としたことを特徴とするツイストペアケーブル。
2. 高周波信号の差動伝送に用いることを特徴とする請求項１に記載のツイストペアケーブル。

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