JP2016500905A - マイクロ波ケーブルならびにかかるマイクロ波ケーブルの製造方法および使用方法 - Google Patents

Abstract

０Ｈｚから少なくとも数１０ＧＨｚまでの周波数範囲を対象とするマイクロ波ケーブル（１０）は、中心内部導体（１１）と、内部導体を同心状に取り囲む誘電体（１２）と、誘電体（１２）を同心状に囲む外部導体（１３、１４）と、マイクロ波ケーブル（１０）を同心状に外囲する被覆材料とを含む。外部導体が、重なり合って巻き付けられた２つの導電性バンド（１３、１４）を有する点、バンド（１３、１４）が各々重複するように巻き付けられる点、およびバンド（１３、１４）が互いに逆方向に漸進的に巻き付けられる点で、特にケーブル作製時の安定した電気的および機械的特性が達成される。【選択図】図３

Description

本発明は、マイクロ波技術の分野に関する。前記発明は、請求項１の前文に記載のマイクロ波ケーブルに関する。前記発明は更に、前記マイクロ波ケーブルの製造方法に関し、また、この種のマイクロ波ケーブルの使用に関する。

ケーブル技術は、ケーブルが内部導体と外部導体とを含む場合に、この種のケーブルをどのように設計できるかという点で多数の解決策を開示している。

文献である米国特許第２，６９１，６９８号明細書は、例えば、多数の内部導体に加えて、互いに絶縁されかつ金属箔を含むテーピングとして設計された２つの外部導体を有する電話ケーブルを開示している。この場合、外部導体は、信号を別々に伝送するために使用される。

文献である米国特許第２，４４７，１６８号明細書は、２つの内部導体が誘電体により囲まれ、かつ金属化紙を含む２つのテーピングが上下に重ねて施される場合の高周波ケーブルを開示している。

文献である米国特許第５，２１４，２４３号明細書は、中心内部導体と、誘電体と、前記誘電体に施される巻き付けられたＰＴＦＥテープの層と、前記巻き付けられたＰＴＦＥテープの層の上に施される金属ワイヤメッシュと、前記金属ワイヤメッシュの上に施されるポリイミド繊維の編組と、最後に、重なり合うように互いに逆方向に巻き付けられるＰＴＦＥテープを含む２つのテーピングとを有する同軸ケーブルを開示している。

最後に、文献である米国特許第６，２０１，１９０号明細書は、内部導体を取り囲む誘電体が、上下に重なり合って位置する２つの箔テープにより囲まれている同軸ケーブルを開示している。この場合、箔テープは、アルミニウム／ポリエステル／アルミニウム積層体の形態である。

これらの解決策は、特に周波数４０ＧＨｚ以上のマイクロ波周波数範囲では、最適な電気的パラメータを有する集合（同軸）ケーブルを製造できないという欠点を有する。

一度に巻き付けられるテープの場合、テープの巻き付けがずれるかまたは緩むため、曲げまたは捻れの際の挿入損失が不安定となる。加えて、絶縁材がケーブル端部から剥がされた後には、テープが緩み、それゆえ、もはやしっかりと支持しない可能性があるため、ケーブル端部に嵌合される（同軸）プラグコネクタを限られた程度でしかこの種のケーブルにぴったりと合わせることができない。

巻き付けがケーブルの長手方向に進むケーブルの端部で、テープの端部が重複することにより固定されるので、テープが重複するように巻き付けられた場合に、巻き付け（テーピング）がケーブル端部から外れるのをおおいに防止することが可能であるが、この種の固定は、他方の端部では行われず、それゆえ、テーピングが、僅かに緩むかまたは更には前記ケーブル端部から外れる。

これは、プラグコネクタに対するＲＦ整合に悪影響を及ぼし、緩んだテープのこのケーブル部分の安定性も損なわれる。

それゆえ、本発明の目的は、既知のケーブルの欠点を簡単に回避し、かつ、特に、機械的および電気的特性に悪影響を及ぼすことなく組み立てることができるマイクロ波ケーブルを提供することである。

本発明の目的は、この種のケーブルの製造方法を特定することでもあり、また、ケーブルの使用を提案することでもある。

それゆえ、その目的は、曲げおよび捻れの際の挿入損失の不安定性の影響を受けない一体の嵌合を備えたフレキシブル同軸ケーブルをどのように作製するかという問題に経済的な解決策を示すことである。そのような同軸ケーブルには、マイクロ波領域の最適な電気的パラメータに加えて、良好な機械的柔軟性が必要となる。

これらおよび他の目的は、請求項１、１１および１４の特徴により達成される。

０Ｈｚから少なくとも数１０ＧＨｚまでの周波数範囲を対象とする、本発明によるマイクロ波ケーブルは、中心内部導体と、内部導体を同心状に取り囲む誘電体と、誘電体を同心状に包む外部導体と、更には、マイクロ波ケーブルの外側を同心状に囲む被覆材料とを含む。

前記マイクロ波ケーブルは、外部導体が、重ねて巻き付けられる２つの導電性テーピングを含むこと、テーピングが各々重なり合うように巻き付けられること、およびテーピングが互いに逆方向に漸進的に巻き付けられることを特徴とする。

本発明によるマイクロ波ケーブルの一改良形態によれば、テーピングは互いに逆回転方向に巻き付けられる。

本発明によるマイクロ波ケーブルの別の改良形態によれば、同心状のワイヤメッシュは、外部導体と被覆材料との間に配設される。

本発明の更なる改良形態は、テーピングが各々金属テープから構成されることを特徴とする。

特に、金属テープは、同一の幅および同一の厚さを有する。

高いクロック周波数を有するマイクロプロセッサまたは他の大規模集積回路の試験セットアップの場合などの、多数のマイクロ波ケーブルを極めて狭い空間に挿入しなければならない使用については、例えば、マイクロ波ケーブルが、数ミリメートルの外径、特に約１．５ｍｍを有し、金属テープが各々、数ミリメートル、特に約１．５ｍｍの幅を有し、かつ金属テープの厚さが、いずれの場合も、１００分の数ｍｍ、特に約０．０３５ｍｍである本発明の改良形態が有効である。

本発明の別の改良形態は、金属テープが同一の材料から成る点で区別される。

特に、金属テープは、銅から成り、銀メッキが施される。

本発明によるマイクロ波ケーブルの別の改良形態によれば、金属テープは各々、約４５％の重複で、かつ１回転毎の約０．８ｍｍのずれで巻き付けられる。

更に別の改良形態は、被覆材料がＦＥＰから成ることを特徴とする。

本発明によるマイクロ波ケーブルの本発明による製造方法は、
・誘電体により取り囲まれる内部導体を含む出力構成であって、第１のケーブル端部と第２のケーブル端部との間で予め指定した長さにわたって延びる出力構成を準備するステップと、
・第１の金属テープを重複するように出力構成の周りに巻き付けることにより、第１のケーブル端部に始まり第２のケーブル端部に至る第１のテーピングを施すステップと、
・第２の金属テープを重複するように、第１のテーピングが設けられた出力構成の周りに巻き付けることにより、第２のケーブル端部に始まり第１のケーブル端部に至る第２のテーピングを施すステップと、
・２つのテーピングが設けられた出力構成に被覆材料を施すステップと、
を含む。

本発明による方法の一改良形態は、第１のテーピングが第１の回転方向に施されることと、第２のテーピングが第１の回転方向と逆の第２の回転方向に施されることとを特徴とする。

別の改良形態は、２つのテーピングが設けられた出力構成が、最終ステップの前に、同心状のワイヤメッシュにより包まれることを特徴とする。

本発明によれば、マイクロ波ケーブルは、各端部に同軸コネクタを有する接続ケーブルに使用され、前記同軸コネクタの外部導体は、マイクロ波ケーブルの露出した外部導体に導電接続される。

一改良形態によれば、同軸コネクタの外部導体は、マイクロ波ケーブルの外部導体にはんだ付けされる。

特に、マイクロ波ケーブルにおいて、同心状のワイヤメッシュが外部導体と被覆材料との間に配設される場合、同軸コネクタの外部導体は各々、ワイヤメッシュを通じてマイクロ波ケーブルの外部導体にはんだ付けされる。

図面と併せて例示的な実施形態を参照しながら、本発明を以下により詳細に説明する。

図１は、本発明の例示的な一実施形態によるマイクロ波ケーブルの断面を示す図である。 図２は、本発明によるマイクロ波ケーブルとケーブル端部に嵌合された同軸コネクタとを備えた接続ケーブルを示す図である。 図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の例示的な一実施形態によるマイクロ波ケーブルを製造するときの種々のステップを示す図である。 図４は、本発明によるマイクロ波ケーブルの場合のテーピングに重要なパラメータを示す詳細図である。 図５は、マイクロ波ケーブルを組み立てるかまたは２つの端部でマイクロ波ケーブルをある長さに切断するときの本発明によるテーピングの安定化効果を示す図である。 図６は、マイクロ波ケーブルを組み立てるかまたは２つの端部でマイクロ波ケーブルをある長さに切断するときの本発明によるテーピングの安定化効果を示す図である。

図１は、本発明の例示的な一実施形態によるマイクロ波ケーブル１０の断面を示している。例えば、銀メッキが施されたＣｕ線から成ることができる、中心内部導体１１は、マイクロ波ケーブル１０の中心に配設される。内部導体１１は、誘電体１２により同心状に取り囲まれ、この誘電体１２には、ＲＦ技術で慣用の材料、例えばＰＴＦＥを使用してもよい。誘電体１２は、第１のテーピング１３と第２のテーピング１４により半径方向に連続して同心状に囲まれ、前記テーピングについては、以下により詳細に述べる。テーピングの次に、例えば、銀メッキが施されたＣｕ線から構成される同心状のワイヤメッシュ１５が続く。最後に、この同心状の層構成は、ＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン）から成ることが好ましい保護被覆材料１６により外側が囲まれる。

テーピング１３、１４は各々、金属テープ２１、２２（図３参照）から構成される。２つの金属テープ２１、２２は、材料、厚さおよび幅の点で根本的に異なる設計を有することができる。しかしながら、前記金属テープは、同一の幅Ｂ（図４参照）および同一の厚さを有することが好ましい。特に、金属テープ２１、２２はまた、銀メッキが施される、同一の材料、好ましくは銅から成る。

特にケーブルの寸法がより小さい、複雑かつコンパクトな使用については、マイクロ波ケーブル１０が、数ミリメートル、特に約１．５ｍｍの外径Ｄ（図２参照）を有することができる。この場合、テーピング１３および１４用の金属テープ２１、２２は各々、数ミリメートル、特に約１．５ｍｍの幅Ｂを有することが好ましい。この場合、金属テープ２１、２２の厚さは、いずれの場合も、１００分の数ｍｍ、特に約０．０３５ｍｍである。

この種の（小型）マイクロ波ケーブルの場合、図４によるテーピング１３および１４における金属テープ２１、２２は各々、約４５％の重複（重複領域２３）で、かつ１回転毎の約０．８ｍｍのずれ（ステップ幅ｗ）で巻き付けられる。

現在までに知られているケーブルの形態との決定的な違いは、本発明によれば、重なり合うように巻き付けられるテーピング１３、１４が、図３から明らかであるように、ケーブルに対して互いに逆方向に漸進的に巻き付けられることである。

図３Ａ〜図３Ｃに図示する方法ステップでは、誘電体１２により取り囲まれる内部導体１１を含む出力構成が、最初に準備され（図３Ａ）、前記出力構成は、例えば、第１のケーブル端部１９と第２のケーブル端部２０との間で数キロメートルに達し得る所定の長さＬにわたって延びる。

図３Ｂによれば、第１のケーブル端部１９に始まり第２のケーブル端部２０に至る（方向矢印を参照）、第１の金属テープ２１を重複するように出力構成１１、１２の周りに巻き付けることにより、この出力構成１１、１２に下側の第１のテーピング１３が施される。図示の例において、巻き付けの際の回転方向は、矢印方向から見て、反時計回りである。

第１のテーピング１３が完全に施されると、図３Ｃによれば、具体的には、第２のケーブル端部２０に始まり第１のケーブル端部１９に至る（方向矢印を参照）、第２の金属テープ２１を、第１のテーピング１３が設けられた出力構成１１、１２の周りに巻き付けることにより、第２のテーピング１４が施される。図示の例において、巻き付けの際の回転方向は、矢印方向から見て、時計回りである。

更なる層（ワイヤメッシュ１５、被覆材料１６）を施すことにより、マイクロ波ケーブル１０を完成させることができる。

原則的に、２つのテーピングを施すときに、回転方向を同一の方向となるように選択することが可能である。しかしながら、第２のテーピング１４が第１のテーピング１３の回転方向と逆の回転方向に施される場合には、ケーブルの安定性が一層高くなる。

金属テープ２１、２２は、同一の材料（銀メッキが施されたＣｕ箔）から成り、同一の幅Ｂを有し、かつ同一の厚さを有することが好ましい。マイクロ波ケーブルが、数ミリメートル、特に約１．５ｍｍの外径Ｄを有する場合、金属テープ２１、２２は各々、数ミリメートル、特に約１．５ｍｍの幅Ｂを有することが好ましい。前記金属テープの厚さは、いずれの場合も、１００分の数ｍｍ、特に約０．０３５ｍｍである。

いずれの場合も約４５％の重複で、かつ１回転毎に約０．８ｍｍのずれで金属テープ２１、２２を巻き付けることが実際に好都合であると判明している。

組み立ての際の互いに逆方向の２重テープの効果が、図５および図６に実例で表されている。マイクロ波ケーブルが、ある長さに切断されて（図５）、一方のケーブル端部２０ａに同軸プラグコネクタ（例えば、図２の１８）が嵌合されるように準備される場合に、第２の外側テーピング１４は、被覆材料１６およびワイヤメッシュ１５を短くすることである程度露出する。しかしながら、テーピング１４を重複するように（図５の左側へ漸進的に）巻き付けることにより、テーピング１４の金属テープが自然に解けるかまたは外れるのを効果的に防止する。しかしながら、このことはまた、前記テーピング１４の下に位置する第１のテーピング１３を固定し、かつ同時に、前記第１のテーピングが外れるのを防止する。

マイクロ波ケーブルが、ある長さに切断されて（図６）、他方のケーブル端部１９ａに同軸プラグコネクタ（例えば、図２の１７）が嵌合されるように準備される場合に、ここでも、第２の外側テーピング１４は、被覆材料１６およびワイヤメッシュ１５を短くすることである程度露出する。この端部では重複することによる固定が行われないので、第２のテーピングの金属テープが、この場合には解ける可能性があるが、このことは、第２のテーピングの前記金属テープの下に位置する第１のテーピング１３の場合と異なる。この場合、逆の巻き付け方向は、他方のケーブル端部２０ａにおけるテーピング１４の場合のように、重複することによる同一の固定効果を生む。ケーブルの電気的特性が、内側の第１のテーピング１３により実質的に決定されるので、ケーブル端部１９ａにおいてテーピング１４が外れるかどうかは重要ではない。

全体として、２つの端部における特別に巻き付けられたテーピング１３および１４のおかげで、電気的特性を決定する内側テーピング１３が解けることに起因して特性が不所望に悪影響を受けるということなしに、マイクロ波ケーブル１０を組み立てるかまたはある長さに切断し、かつマイクロ波ケーブル１０にプラグコネクタを設けることができる。

それゆえ、本発明の特性および利点を次のように要約することができる。
・ケーブルの外部導体は、互いに逆方向に巻き付けられるだけでなく、従来技術に比べて、反対の巻き付け方向を有する２つの、いずれの場合も重なり合う金属テープを含む。第２のテーピングの巻き付けは、（前方／後方へ向けて巻き付けられた）第１のテーピングのケーブル端部に始まる。
・この設計は、曲げの際の挿入損失の感度の欠如をもたらし、また高周波に対する良好な保護を提供する。加えて、ケーブルとコネクタとの間の最適な高周波整合の必要性が生じる。プラグコネクタのケーブル挿入手段とケーブルの外部導体（＝２重テープ）との直径の差を最小限に縮めることができる。これにより、コネクタに対するケーブルの良好な挿入およびセンタリングが可能となる。このように、インピーダンスのずれが最小限に抑えられるため、このケーブルの良好な挿入およびセンタリングにより、ＲＦ反射（リターン損失）が低減される。
・互いに逆方向に巻き付けられかつ逆の巻き付け方向を有するテーピング（２重テープ）は、組み立ての際に利点をもたらす。重なり合うことにより、一方の巻き付けが２つのケーブル端部で常に自己固定状態である。しかしながら、同一の巻き付け方向または単一のテープの場合、常に一方のケーブル端部のみが、自己固定状態となる。この自己固定状態でなければ、テーピングが解ける、つまり、ケーブルがある長さに切断されたときに直径がより大きくなる。この場合、コネクタのケーブル挿入手段の直径が十分に大きいという条件でのみ、コネクタを嵌合することが可能である。しかしながら、この場合、コネクタ内でのケーブルのセンタリングが、もはやテープによって行われず、このことは、インピーダンスのずれ、ひいてはＲＦ反射につながる場合がある。加えて、同様に、解けたテーピングのより大きい内径が電気的ＲＦインピーダンス（インピーダンスのずれ）を構成し、このことが、ＲＦ反射につながる。緩んだテープはまた、挿入損失の不安定性を引き起こす可能性がある。
・２重テープは、テープを覆うポリマー外被よりも実質的に優れた（機械的）安定性をもたらす。
・金属から成る２重テープは、コネクタを嵌合するとき（例えば、カプトン（登録商標）から成る）絶縁テープによる固定に比べて、組み立て（はんだ付け）が実質的により簡単であるという利点を有する。２つの金属テープがはんだ接合される。しかしながら、カプトン（登録商標）テープまたはポリマー外被の下に位置する金属テープをはんだ付けできるように、先ず、別工程で（手でまたはレーザにより）前記カプトンテープまたはポリマー外被から絶縁材を剥がさなければならない。
・文献である国際公開第２００９／１１１８９５号パンフレットで説明されている、多重同軸コネクタに特に関連して、検査および測定の目的で、マイクロ波ケーブルを、例えば、ケーブルアセンブリに使用することができる。
・全体として、本発明は、挿入損失の安定性、コネクタに対する最適なＲＦ整合、経済的な組み立て、および非常に良好なシールド効果の点において、厳しい要件を有するＲＦ同軸ケーブルを提供する。

１０…マイクロ波ケーブル、１１…内部導体、１２…誘電体、１３、１４…テーピング、１５…ワイヤメッシュ、１６…被覆材料、１７、１８…同軸コネクタ、１９、２０…ケーブル端部、１９ａ、２０ａ…ケーブル端部、２１、２２…金属テープ、２３…重複領域、２４…接続ケーブル、Ｂ…幅、Ｄ…外径、Ｌ…長さ、ｗ…ステップ幅。

Claims (16)

1. 中心の内部導体（１１）と、前記内部導体を同心状に取り囲む誘電体（１２）と、前記誘電体（１２）を同心状に包む外部導体（１３、１４）と、更には外側を同心状に囲む被覆材料（１６）とを含み、前記外部導体が、重なり合って巻き付けられる２つの導電性テーピング（１３、１４）を含み、前記テーピング（１３、１４）が各々重複するように巻き付けられる、０Ｈｚから数１０ＧＨｚまでの周波数範囲用のマイクロ波ケーブル（１０）において、
   前記テーピング（１３、１４）が互いに逆方向に漸進的に巻き付けられることを特徴とする、マイクロ波ケーブル（１０）。
2. 前記テーピング（１３、１４）が、互いに逆回転方向に巻き付けられることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波ケーブル（１０）。
3. 同心状のワイヤメッシュ（１５）が、前記外部導体（１３、１４）と前記被覆材料（１６）との間に配設されることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波ケーブル（１０）。
4. 前記テーピング（１３、１４）が各々、金属テープ（２１、２２）から構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロ波ケーブル（１０）。
5. 前記金属テープ（２１、２２）が、同一の幅（Ｂ）および同一の厚さを有することを特徴とする、請求項４に記載のマイクロ波ケーブル（１０）。
6. 前記マイクロ波ケーブル（１０）が、数ミリメートル、特に約１．５ｍｍの外径（Ｄ）を有することと、前記金属テープ（２１、２２）各々が、数ミリメートル、特に約１．５ｍｍの幅（Ｂ）を有することと、前記金属テープ（２１、２２）の前記厚さが、いずれの場合も、１００分の数ｍｍ、特に約０．０３５ｍｍであることとを特徴とする、請求項５に記載のマイクロ波ケーブル（１０）。
7. 前記金属テープ（２１、２２）が、同一の材料から成ることを特徴とする、請求項４に記載のマイクロ波ケーブル（１０）。
8. 前記金属テープ（２１、２２）が、銅から成り、銀メッキが施されることを特徴とする、請求項７に記載のマイクロ波ケーブル（１０）。
9. 前記金属テープ（２１、２２）が各々、約４５％の重複で、かつ１回転毎の約０．８ｍｍのずれで巻き付けられることを特徴とする、請求項６に記載のマイクロ波ケーブル（１０）。
10. 前記被覆材料（１６）がＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン）から成ることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波ケーブル（１０）。
11. 請求項１に記載のマイクロ波ケーブル（１０）を製造する方法であって、
    ａ）前記誘電体（１２）により取り囲まれる前記内部導体（１１）を備える出力構成（１１、１２）であり、第１のケーブル端部（１９）と第２のケーブル端部（２０）との間で予め指定した長さ（Ｌ）にわたって延びる前記出力構成（１１、１２）を準備するステップと、
    ｂ）第１の金属テープ（２１）を重複するように前記出力構成（１１、１２）の周りに巻き付けることにより、前記第１のケーブル端部（１９）に始まり前記第２のケーブル端部（２０）に至る第１のテーピング（１３）を施すステップと、
    ｃ）第２の金属テープ（２１）を重複するように、前記第１のテーピング（１３）が設けられた前記出力構成（１１、１２）の周りに巻き付けることにより、前記第２のケーブル端部（２０）に始まり前記第１のケーブル端部（１９）に至る第２のテーピング（１４）を施すステップと、
    ｄ）前記２つのテーピング（１３、１４）が設けられた前記出力構成（１１、１２）に前記被覆材料（１６）を施すステップと、
    を含む、方法。
12. 前記第１のテーピング（１３）が第１の回転方向に施されることと、前記第２のテーピング（１４）が前記第１の回転方向と逆の第２の回転方向に施されることとを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記２つのテーピング（１３、１４）が設けられた前記出力構成（１１、１２）が、最終ステップ（ｄ）の前に、同心状のワイヤメッシュ（１５）により包まれることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 各端部に同軸コネクタ（１７、１８）を有する接続ケーブル（２４）における、請求項１に記載のマイクロ波ケーブル（１０）の使用において、前記同軸コネクタの前記外部導体が、前記マイクロ波ケーブル（１０）の露出した前記外部導体（１３、１４）に導電接続されることを特徴とする、使用。
15. 前記同軸コネクタ（１７、１８）の前記外部導体が各々、前記マイクロ波ケーブル（１０）の前記外部導体（１３、１４）にはんだ付けされることを特徴とする、請求項１４に記載の使用。
16. 前記マイクロ波ケーブル（１０）において、同心状のワイヤメッシュ（１５）が、前記外部導体（１３、１４）と前記被覆材料（１６）との間に配設されることと、前記同軸コネクタ（１７、１８）の前記外部導体が各々、前記ワイヤメッシュ（１５）を通じて前記マイクロ波ケーブル（１０）の前記外部導体（１３、１４）にはんだ付けされることとを特徴とする、請求項１５に記載の使用。

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