JP2020181779A - 同軸コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】追加部品や専用部品を必要とせず特性インピーダンスの異なる同軸ケーブルに対応可能な同軸コネクタを提供する。【解決手段】同心円状に内側から中心導体５０、絶縁体５１、外部導体５２、保護被覆部５３からなる同軸ケーブル５を接続する同軸コネクタ１は特性インピーダンスが５０Ωと７５Ωの同軸ケーブル５に接続可能で中心導体５０に接続するコンタクト４０と外部導体５２に接続するシールド部２０とシールド部の内側に絶縁体部１０とを備える。絶縁体部は中心部に７５Ωの特性インピーダンスの同軸ケーブル５の中心導体５０を被覆する中心穴部と、中心部から偏心した位置に５０Ωの特性インピーダンスの同軸ケーブル５の中心導体を被覆する偏心穴部とを備える。７５Ωの同軸ケーブル５を接続するときには中心導体を中心穴部に挿通し、５０Ωの特性インピーダンスを有する同軸ケーブル５を接続するときには中心導体を偏心穴部に挿通する。【選択図】図１

Description

本発明は、同軸ケーブルの接続に用いられる同軸コネクタに関する。

高周波信号の伝送手段として同軸ケーブル及び同軸コネクタが広く用いられている。特許文献１には、同軸ケーブルの接続に用いられる同軸コネクタのインピーダンスを同軸ケーブルの特性インピーダンスに整合させて、信号の反射を低減させる伝送技術が開示されている。
高周波伝送に用いられる同軸ケーブルに同軸コネクタを接続する際、同軸コネクタの信号の反射を低減させるために、同軸ケーブルの特性インピーダンスに、同軸コネクタのインピーダンスを整合させなければならない。同軸ケーブルの特性インピーダンスには、５０Ωタイプのものと、７５Ωタイプのものの２タイプが一般的に使用されているが、これら２タイプの同軸ケーブルに用いられる同軸コネクタにも、これら２タイプの特性インピーダンスのそれぞれに対応する２タイプの構造が準備されている。

特許文献１に記載の技術によれば、特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブルに接続する同軸コネクタは、インピーダンスの整合を図るために５０Ω専用の絶縁スリーブが内部導体と外部導体との間に装着される構造であり、一方７５Ωの同軸ケーブルに接続する同軸コネクタは、このような特性インピーダンスの整合を図るための絶縁スリーブは装着されない構造である。

また、インピーダンスの整合を図る手段として別の態様が開示されている。特性インピーダンスが７５Ωの同軸ケーブルに接続する同軸コネクタの箱体状の外部導体には、その一側面に開口部が備わるものが用いられており、一方５０Ωの同軸ケーブルに接続する同軸コネクタの外部導体には、このような開口部が備わらないものが用いられている。

特開２００８−１５９３１２号公報

このように特許文献１には、同軸ケーブルと同軸コネクタとのインピーダンスの整合を図る手段として、特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブルに対応する同軸コネクタには別途用意した部材として５０Ω専用の絶縁スリーブが用いられ、また別の態様では、特性インピーダンスが７５Ωの同軸ケーブルに対応する同軸コネクタには、開口部が形成された外部導体が用いられる技術が開示されている。

確かに、同軸コネクタに追加部材を装着したり、専用の外部導体を準備したりすることで、同軸ケーブルと同軸コネクタとのインピーダンスの整合を図ることはできるようではある。しかし、この方法では整合を図るために追加部材を準備し、そしてこれを装置に装着するなど部材の増加や工数の増加を招くおそれがある。また別の態様では、同軸ケーブルの特性インピーダンスに対応させるために専用の外部導体を別途準備する必要が生じるものである。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、追加部品や専用部品を必要としない、特性インピーダンスの異なる同軸ケーブルに対応可能な同軸コネクタを提供することを課題とする。

本発明の同軸コネクタは、（１）同心円状に内側から中心導体、絶縁体、外部導体からなる同軸ケーブルを接続するための同軸コネクタであって、前記同軸コネクタは特性インピーダンスの相違する高低２種類の同軸ケーブルに適用可能で、前記中心導体に接続する内部導体部と、前記外部導体に接続する円筒状の外部導体部と、前記外部導体部の内側に概ね円柱状の絶縁体部とを備え、前記絶縁体部は中軸部に前記高い方の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルの前記中心導体を被覆するための中心穴部と、前記中軸部から偏心した位置に前記低い方の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルの前記中心導体を被覆するための偏心穴部とを備え、前記高い方の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルに接続するときには前記中心導体を前記中心穴部に通し、前記低い方の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルに接続するときには前記中心導体を前記偏心穴部に通すところに特徴を有するものである。

この発明によれば、同軸コネクタの絶縁体部には中心穴部と、偏心穴部との２つの穴部が備わり、接続される同軸コネクタには特性インピーダンスが高い方の７５Ωのものと、低い方の５０Ωのものとの２タイプがある。そして中心穴部には７５Ωタイプの中心導体が挿通され、偏心穴部には５０Ωタイプの中心導体が挿通されることで同軸ケーブルと、同軸コネクタとのインピーダンスの整合が図られる。

同軸ケーブルの中心導体を被覆するための挿通穴が中心穴部と、偏心穴部との２ケ所に設けられている絶縁体部により、この一種類の絶縁体部で構成される同軸コネクタで特性インピーダンスが５０Ωのものと、７５Ωのものとに対応可能な同軸コネクタが得られる。中心穴部、及び偏心穴部には同軸ケーブルの中心導体が挿通されるが、このとき中心導体を被覆する絶縁体が付されたままの状態で挿通してもよく、絶縁体をはいだ状態で挿通してもよい。また、中心穴部と偏心穴部とは重なり合う部分があってもよく、あるいは完全に離れた位置関係にあってもよい。

中心穴部を使用する場合に、使用しない偏心穴部を絶縁体部と同じか或いは類似する誘電率の絶縁体で埋めてもよく、同じく偏心穴部を使用する場合に、使用しない中心穴部を絶縁体部と同じか或いは類似する誘電率の絶縁体で埋めてもよい。もちろん、使用しない穴部には何も埋めものをせず空気が充填された空状態であってよい。

図１は本実施形態の同軸コネクタの全体を示す図で、（１）は外観斜視図、（２）は断面図である。 図２は本実施形態の同軸コネクタを構成する絶縁体部の外観斜視図である。 図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面線に沿った断面図である。 図４は図１のＩＶ−ＩＶ断面線に沿った断面図である。 図５は図１の（２）に相当する図であって、特性インピーダンスが５０Ωの場合である。 図６は本実施形態の同軸コネクタと対応する同軸コネクタとの内部構造を示す断面図であって、（１）は嵌合状態の断面図であり、（２）は相手方同軸コネクタの縦方向に切ったときの断面図である。 図７は図６の（１）に相当する図であって、特性インピーダンスが５０Ωの場合である。 図8は本実施形態に係る同軸コネクタの絶縁体部に挿通される中心導体の中心線からのずれ量（偏心量）と、インピーダンスとの関係を示す解析結果である。

本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で実施することができる。図１は本実施形態の同軸コネクタの全体を示す図で、（１）は外観斜視図、（２）は断面図である。図２は同軸コネクタの絶縁体部の外観斜視図である。図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面線に沿った断面図である。図４は図１のＩＶ−ＩＶ断面線に沿った断面図である。図５は図１の（２）に相当する図であって、特性インピーダンスが５０Ωの場合である。図６は本実施形態の同軸コネクタと対応する同軸コネクタとの内部構造を示す断面図であって、（１）は嵌合状態の断面図であり、（２）は相手方同軸コネクタの縦方向に切ったときの断面図である。図７は図６の（１）に相当する図であって、特性インピーダンスが５０Ωの場合である。

本実施形態に係る同軸コネクタ１は、図１に示されるように、筒状体で外部は導電性のシールド部２０で覆われ、内部には合成樹脂からなる絶縁体部１０が備わる。絶縁体部１０の中央部には、軸方向に沿って貫通する中心穴部１００が設けられ、これより外方向に偏心したところに偏心穴部１１０が設けられている。絶縁体部１０の前方には非導電性の合成樹脂からなる嵌合部３０が備わる。嵌合部３０は、絶縁体部１０と同一軸線上にある。嵌合部３０には、絶縁体部１０の中心穴部１００に連なる位置に嵌合中心穴部３０aが設けられ、偏心穴部１１０に連なる位置に嵌合偏心穴部３０ｂが設けられている。

絶縁体部１０の外形は、図２に示されるように、異なる外径を有する２つの円柱を同軸線上で繋げた２段円柱構造である。中心穴部１００及び偏心穴部１１０は、絶縁体部１０の一端面から他端面まで概ね同一径で貫通している。本実施形態では中心穴部１００と、偏心穴部１１０とは比較的離れた位置にあり重なる部分は生じていないが、中心穴部１００と、偏心穴部１１０とが一部重なり合う態様で構成される場合であってもよい。

絶縁体部１０の中心穴部１００は、特性インピーダンスが７５Ωの同軸ケーブル５の中心導体５０が挿通される部分である。一方、偏心穴部１１０は特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブル５の中心導体５０が挿通される部分である。このように２ケ所の挿通穴部を使い分けることによって同軸ケーブル５と、同軸コネクタ１とのインピーダンスの整合が図られる。

同軸コネクタ１のシールド部２０は、図１に示されるように、絶縁体部１０と嵌合部３０の全体を覆う態様で構成され、その一部分を構成する後方の接続部２１で同軸ケーブル５の外部導体５２の端末部と接続し、より後方に備わる保持部２２で同軸ケーブル５の保護被覆部に接続する。接続はどちらも加締め接続である。

嵌合部３０は、図１に示されるように、外径の異なる円柱体を同軸線上に２つ重ね合わせた構造で基台部３１と、嵌合本体部３２とからなる。嵌合部３０には、後面から前壁近傍にまで続く嵌合中心穴部３０aがあり、ここにコンタクト収容部３３が形成されている。嵌合部３０の先端面を構成する先端壁には外部からコンタクト収容部３３に繋がる貫通孔３４が形成されている。嵌合中心穴部３０aから偏心した位置に嵌合偏心穴部３０ｂがあり、ここにコンタクト収容部３３が形成されている。同じく、嵌合部３０の先端面を構成する先端壁には外部からコンタクト収容部３３に繋がる貫通孔３４が形成されている。特性インピーダンスが７５Ωの同軸ケーブル５に接続する場合には、嵌合中心穴部３０aがコンタクト収容部３３として使用され、５０Ωの同軸ケーブル５に接続する場合には、嵌合偏心穴部３０ｂがコンタクト収容部３３として使用される。このような２ケ所の嵌合挿通穴部の使い分けによってインピーダンスの整合が図られる。

コンタクト収容部３３には、図１に示されるように、金属材料からなるコンタクト４０
が収容される。コンタクト４０は、後方の接続部４１で同軸ケーブル５の中心導体５０の先端部に接続する。接続は圧接接続である。コンタクト４０は、先端部にある接触部４２で嵌合状態にある相手方コンタクトの接触部に接続する。

<特性インピーダンス７５Ωと５０Ωの切り替え>
同軸ケーブル５に接続された状態の同軸コネクタ１の断面は、図３に示されるように、円形状の嵌合部３０と、この周囲に備わる円環状のシールド部２０からなる構造である。嵌合部３０の嵌合中心穴部３０aには、コンタクト４０が備わり、一方嵌合偏心穴部３０ｂには何も備わらない空状態である。また、絶縁体部１０の中心穴部１００には、挿通された同軸ケーブル５の中心導体５０が備わり、一方偏心穴部には何も挿通されていない空状態である。

中心穴部１００（嵌合中心穴部３０a）と、偏心穴部１１０（嵌合偏心穴部３０ｂ）の使用選択は、接続される同軸ケーブル５の特性インピーダンスが７５Ωのものと、５０Ωのものとの切り替えにより行われる。詳しくは、同軸ケーブル５の特性インピーダンスが７５Ωのものを接続するときには、絶縁体部１０の中心穴部１００（嵌合部３０の嵌合中心穴部３０a）を使用し、特性インピーダンスが５０Ωのものを接続するときは絶縁体部１０の偏心穴部１１０（嵌合部３０の嵌合偏心穴部３０ｂ）を使用する。このような選択対応により同軸ケーブル５と、同軸コネクタ１とのインピーダンスの整合が図られることとなる。本実施形態の場合は、同軸ケーブル５の特性インピーダンスが７５Ωの場合を想定しているので中心穴部１００を使用しており、使用していない偏心穴部１１０は空状態である。

<同軸ケーブル>
同軸ケーブル５は、図４に示されるように、柔軟性のある円筒状で同心円状に内部から順番に中心導体５０、絶縁体５１、外部導体５２、そして保護被膜部５３から構成されている。中心導体５０は、一般的に円形状の銅線である。絶縁体５１は、ポリエチレンが一般的に使用されている。外部導体５２は、細い銅線が編みこまれた編組線が使用されることが多く、保護被膜部５３は、ビニルなどの絶縁性の柔軟性合成樹脂が一般的に使用されている。

同軸ケーブル５は、図１に示されるように、同軸コネクタ１と接続される際には、先端の保護被膜部５３が毟られて外部導体５２が露出し、先端の外部導体５２がカットされて内側の絶縁体５１が露出し、前端の絶縁体がはがされて内部の中心導体５０の先端部が露出している。

同軸ケーブル５の保護被膜部５３は、図１に示されるように、同軸コネクタ１のシールド部２０の保持部２２に加締められて接続する。外部導体５２は、シールド部２０の接続部２１に加締められて接続する。中心導体５０は、絶縁体５１が毟られた状態で同軸コネクタ１の絶縁体部１０の中心穴部１００に挿通される。中心導体５０は、先端部でコンタクト４０の接続部４１に接続する。コンタクト４０は、嵌合部３０の嵌合中心穴部３０aにあるコンタクト収容部３３に収容されている。もちろん、中心導体５０が、絶縁体５１と一体的に同軸コネクタ１の絶縁体部１０の中心穴部１００に挿通され、中心導体５０が、先端部でコンタクト４０の接続部４１に接続する場合であってもよい。

<特性インピーダンス５０Ω>
同軸ケーブル５の特性インピーダンスが５０Ωの場合は、図５に示されているように、同軸コネクタ１の絶縁体部１０の偏心穴部１１０に同軸ケーブル５の中心導体５０を挿通させることのみで対応可能である。このとき中心穴部１００は空状態である。このように、同軸コネクタ１のインピーダンスの整合は、絶縁体部２０及び嵌合部３０の使用する挿
通穴部の選択により行われる。

<嵌合>
同軸コネクタ１と、相手方同軸コネクタ７との嵌合は、図６、図７に示されているように、同軸線上で行なわれる。図６には、同軸ケーブル５の特性インピーダンスが７５Ωの場合が示されて、図７には、同軸ケーブル５の特性インピーダンスが５０Ωの場合が示されている。相手方同軸コネクタ７は、円筒状の絶縁体部７０とこれを覆うシールド部８０とからなる。同軸コネクタ１と同様に絶縁体部７０には、中心部に中心穴部７００が備わり、偏心位置には偏心穴部７１０が備わる。中心穴部７００は、特性インピーダンスが７５Ωの同軸ケーブル５に対応し、偏心穴部７１０は特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブル５に対応する。

相手方同軸コネクタ７のコンタクト９０はピン状で、同軸コネクタ１との嵌合状態で同軸コネクタ１のコンタクト４０の接触部４２に挟持されて接続する。

<シミュレーション結果>
図8は本実施形態に係る同軸コネクタの絶縁体部に挿通される中心導体の中心線からのずれ量（偏心量）と、同軸コネクタのインピーダンスとの関係を示す解析結果である。解析条件（シミュレーション条件）は、誘電率ε＝２．１０、内部導体外径Φ＝１．０ｍｍ、外部導体内径Φ＝６．２ｍｍ、周波数ｆ＝１ＧＨｚである。（使用解析ソフトはＳＮＳＹＳ２Ｄ−Ｅｘｔｒａｃｔｏｒである）
シミュレーション結果は、図8に示されるように、同軸コネクタのインピーダンスは中心導体が絶縁体部の中心穴部の位置にあるときが最も高く（７５．４Ω）て、偏心量に比例して減少していく、例えば偏心量が１ｍｍのときインピーダンスは７０．７Ωであり、偏心量が２ｍｍのときインピーダンスは５１．３Ωである。
これにより、絶縁体部１０に挿通される中心導体５０の挿通位置の最適化により、同軸コネクタ１のインピーダンスを同軸ケーブル５の特性インピーダンスに整合させ得ることが理解できる。また、今回のシミュレーション結果の初期条件である絶縁体部１０の誘電率、中心導体５０の外形及び外部導体（シールド部２０）の内径などの各パラメータの選択により、偏心量は所定範囲内で任意の値に設計可能である。

<効果>
・特性インピーダンスが７５Ωの同軸ケーブル５と、同じく５０Ωの同軸ケーブル５に対して同一の同軸コネクタ１で対応できるので、追加部品や専用部品を必要としない同軸コネクタ１が得られる。
・同軸ケーブル５の中心導体５０の挿通する行先を絶縁体部１０に形成された中心穴部１００と、偏心穴部１１０との選択のみで特性インピーダンスの整合が図られる同軸コネクタ１が得られる。

・絶縁体部１０に中心穴部１００と、偏心穴部１１０の２個の貫通孔を形成する単一の加工のみで特性インピーダンスが７５Ωのものと、５０Ωのものに対応可能な同軸コネクタ１が得られる。
・絶縁体部１０の中心穴部１００を使用するときには、偏心穴部１１０が空状態であり、ここには空気が充填されている。また偏心穴部１１０を使用するときには中心穴部１００は空状態であり、同じくここには空気が充填されている。これにより、空状態の穴部を別の物質で埋めなくとも好ましい誘電率を有する絶縁体部が得られる。

１ 同軸コネクタ
１０ 絶縁体部
１００ 中心穴部
１１０ 偏心穴部
２０ シールド部
２１ 接続部
２２ 保持部
３０ 嵌合部
３０ｂ 嵌合偏心穴部
３１ 基台部
３２ 嵌合本体部
３３ コンタクト収容部
３４ 貫通孔
４０ コンタクト
４１ 接続部
４２ 接触部
５ 同軸ケーブル
５０ 中心導体
５１ 絶縁体
５２ 外部導体
５３ 保護被覆部
７ 相手方同軸コネクタ
７０ 絶縁体部
７００ 中心穴部
７１０ 偏心穴部
８０ シールド部
９０ コンタクト

Claims (1)

1. 同心円状に内側から中心導体、絶縁体、外部導体からなる同軸ケーブルを接続するための同軸コネクタであって、
   前記同軸コネクタは特性インピーダンスの相違する高低２種類の同軸ケーブルに適用可能で、前記中心導体に接続する内部導体部と、前記外部導体に接続する円筒状の外部導体部と、前記外部導体部の内側に概ね円柱状の絶縁体部とを備え、
   前記絶縁体部は中軸部に前記高い方の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルの前記中心導体を被覆するための中心穴部と、前記中軸部から偏心した位置に前記低い方の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルの前記中心導体を被覆するための偏心穴部とを備え、前記高い方の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルに接続するときには前記中心導体を前記中心穴部に通し、前記低い方の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルに接続するときには前記中心導体を前記偏心穴部に通すところに特徴を有する同軸コネクタ。
   

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