JP3466509B2 - 高周波用同軸コネクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波からミ
リ波の周波数帯域で用いられる高周波用同軸コネクタに
関し、特に高周波帯域における伝送損失が小さい良好な
電気的特性と機械的特性を併せ持ち、真空や圧力等に対
する気密性を保ちつつ高周波信号の接続が可能な高周波
用同軸コネクタに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の高周波用同軸コネクタは一般に、
円筒状の外部導体と、この外部導体の中心軸上に同軸状
に配置された中心導体と、この中心導体を外部導体の中
心軸上に電気的に絶縁させた状態で保持する円筒状の絶
縁体とで構成されていた。 【０００３】また、この絶縁体は通常は合成樹脂材料か
らなり、例えばポリ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）等から
成るものが用いられていた。 【０００４】ところが、このような合成樹脂製の絶縁体
は、熱的な膨張収縮により、また材料特有の軟化現象に
より電気的に不安定になるという問題点があった。ま
た、それにより機械的保持力も弱まるという問題点があ
った。 【０００５】このため、例えば特開平７−226267号公報
では、筒状の外部導体と、この外部導体の中心軸上に配
設された中心導体と、この外部導体と中心導体の間に介
在し、中心導体を外部導体の中心軸上に電気的に絶縁さ
せた状態で保持する筒状の絶縁体とからなる同軸コネク
タであって、絶縁体をセラミックスで形成するととも
に、絶縁体と外部導体との間に空気層を設けた耐熱型高
周波同軸コネクタが提案されている。これによれば、絶
縁体にセラミックスを使用することにより高温環境下で
も絶縁体が劣化することがなく、また、外部導体と絶縁
体との間に空気層を設けることにより、環境温度の上昇
に伴う絶縁体の比誘電率の変化に対してもコネクタの電
圧定在波比（ＶＳＷＲ）の変動を抑えることができ、さ
らに、空気層により外部からコネクタ内部への熱伝導を
低減することもできるというものである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
同軸コネクタのように絶縁体に合成樹脂材料を用いてい
るものは、真空や圧力等の気密性の高い密閉容器に取り
付ける高周波用同軸コネクタとして使用する場合に、絶
縁体の固定に合成樹脂系接着剤が用いられるためにその
接着剤や絶縁体等の材料自身からの放出ガスによる真空
等の雰囲気への悪影響があり、また、熱的な膨張収縮に
起因する気密性に関する不具合が発生したり、材料の軟
化により機械的保持力が劣化するといった問題点があっ
た。 【０００７】また、特開平７−226267号公報で提案され
た同軸コネクタでは、絶縁体にセラミックスを使用して
いることから耐熱性は良好であるものの、絶縁体と外部
導体との間に空気層を設けていることから気密性構造に
はなっておらず、気密性の高い密閉容器に取り付けて使
用することができないという問題点があった。 【０００８】本発明は、以上のような従来技術が有する
種々の問題を解決するために考案されたものであり、マ
イクロ波からミリ波の周波数帯域で用いられる高周波用
同軸コネクタであって、高周波帯域における伝送損失が
小さい良好な電気的特性と機械的特性を併せ持ち、真空
や圧力等の気密性の高い密閉容器に用いてもその内側と
外側との気密性を損なうことなく高周波信号の接続が可
能な高周波用同軸コネクタを提供することを目的とす
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明の高周波用同軸コ
ネクタは、中央領域に内径拡大部を有する筒状の外部導
体と、前記内径拡大部内に配設され、前記内径拡大部の
内面に外周表面がろう材で接合された環状の絶縁体と、
この絶縁体の内周表面にろう材で接合されて保持され前
記外部導体に対し同軸状に配設された中心導体とから成
り、前記内径拡大部において前記絶縁体の前記中心導体
方向の両側にそれぞれ環状の空間を設けたことを特徴と
するものである。 【００１０】また、本発明の高周波用同軸コネクタは、
上記構成において、前記外部導体の前記内径拡大部の内
径Ｄ₀ を端部領域の内径ｄ₀ に対して、前記絶縁体の比
誘電率ε_r の４分の１倍〜３分の１倍（ε_r ／４≦Ｄ₀
／ｄ₀ ≦ε_r ／３）としたことを特徴とするものであ
る。 【００１１】また、本発明の高周波用同軸コネクタは、
上記構成において、前記環状の空間の長さｌ₀ をそれぞ
れ0.3 ｍｍ以上で、かつ前記外部導体の前記内径拡大部
の長さＬ₀ に対して前記絶縁体の比誘電率ε_r の３分の
１倍以下（Ｌ₀ ／ｌ₀ ≦ε_r／３）としたことを特徴と
するものである。 【００１２】また、本発明の高周波用同軸コネクタは、
上記構成において、前記環状の絶縁体の長さを１〜20ｍ
ｍとしたことを特徴とするものである。 【００１３】また、本発明の高周波用同軸コネクタは、
上記構成において、前記外部導体の端部領域の内径およ
び前記端部領域における前記中心導体の外径を、両側の
前記端部領域において同じ外径／内径比としつつそれぞ
れ異ならせたことを特徴とするものである。 【００１４】また、本発明の高周波用同軸コネクタは、
上記構成において、前記外部導体の内面および前記中心
導体の表面に金、銀または銅の少なくとも１種から成る
メッキを施したことを特徴とするものである。 【００１５】本発明の高周波用同軸コネクタによれば、
中央領域に内径拡大部を有する筒状の外部導体と、この
内径拡大部内に配設されて中心導体を同軸状に保持する
環状の絶縁体との間に、内径拡大部において絶縁体の中
心導体方向の両側にそれぞれ環状の空間を設けたことか
ら、内径拡大部のうち空間を設けた領域を外部導体の端
部領域と内径拡大部のうち絶縁体を配設した領域との間
における同軸線路の特性インピーダンスの変換・整合部
として機能させることができ、これにより特性インピー
ダンスのミスマッチングによる伝送損失の発生を抑制
し、高周波帯域における伝送損失が小さい良好な電気的
特性を有するものとなる。また、絶縁体は外部導体の内
径拡大部と中心導体とにろう材で接合されるため、隙間
なく強固に接合させることができ、機械的特性にも優
れ、真空や圧力等の気密性の高い密閉容器に用いてもそ
の内側と外側との気密性を損なうことなく高周波信号の
接続が可能となる。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波用同軸コネ
クタを図面を参照しつつ詳細に説明する。 【００１７】図１は本発明の高周波用同軸コネクタの実
施の形態の一例の概略構成を示す断面図である。図１に
おいて、１は筒状の外部導体であり、その中央領域には
両側の端部領域における内径ｄ₀ およびｄ₀ ’に対して
内径をＤ₀ と大きくした内径拡大部１ａを有している。 【００１８】なお通常は、その端部領域の外側には、例
えば同軸ケーブルが着脱可能なように形成された、接続
用のネジ部（図示せず）を含む。また、この外部導体１
の外表面には、外部導体１を真空や圧力等の気密性の高
い密閉容器に固定してその内側と外側を電気的に接続す
る際に、その密閉容器または真空フランジに固定するた
めのフランジ（図示せず）が一体的に形成あるいは取着
される。 【００１９】この外部導体１は、例えばニッケルおよび
合金（ＦｅＮｉＣｏアロイ）・チタンおよびチタン合金
・アルミおよびアルミ合金・銅および銅合金・ステンレ
ス鋼・真鍮・モリブデン等の金属材料より成る。 【００２０】２は外部導体１の内径拡大部１ａ内に配設
された絶縁体、３は絶縁体２に保持され外部導体１に対
し同軸状に配設された中心導体である。 【００２１】絶縁体２は、中心導体３を外部導体１の中
心軸上に電気的に絶縁させた状態で同軸状に保持する例
えば中央に貫通孔が設けられた円盤状の絶縁体である。
この絶縁体２は、例えば、酸化アルミニウム・酸化珪素
・酸化マグネシウムの少なくとも１種を主成分とする酸
化物系セラミックスもしくは炭化珪素・窒化珪素・窒化
アルミニウム・窒化ホウ素の少なくとも１種を主成分と
する非酸化物系セラミックスから成る。また、従来のポ
リ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）等の合成樹脂材料も使用
可能である。 【００２２】中でも、相対密度が95％以上であるセラミ
ックス、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ の含有量が99.5重量％で相対
密度が97.5％の酸化アルミニウム質焼結体を用いると、
高周波特性とともに耐熱性にも優れ、しかも外部導体１
の内径拡大部１ａの内壁にろう付けにより強固にかつ気
密に接合することができ、真空や圧力等の密閉容器用の
高周波用同軸コネクタとして好適な特性を有するものと
なる。 【００２３】このようなろう付けによる接合は、通常の
セラミックス−金属接合、例えばＭｏ−Ｍｎメタライズ
ろう付け接合や、Ｔｉ・Ｚｒ等の活性金属の少なくとも
一種を含む活性金属メタライズろう付け接合または活性
金属接合等により行なう。 【００２４】中心導体３は、通常は同軸ケーブルに電気
的かつ機械的に着脱可能なように同軸ケーブルに対して
雄−雌の関係に形成された結線可能な導体である。この
中心導体３も、外部導体１と同じく、例えばニッケルお
よび合金（ＦｅＮｉＣｏアロイ）・チタンおよびチタン
合金・アルミおよびアルミ合金・銅および銅合金・ステ
ンレス鋼・真鍮・モリブデン等の金属材料より成る。 【００２５】本発明の高周波用同軸コネクタにおいて
は、筒状の外部導体１の中央領域に内径拡大部１ａを設
けてこの内部に環状の絶縁体２を配設し、この絶縁体２
によって中心導体３を保持して外部導体１に対して同軸
状に配設していることから、中心導体３が外部導体１に
対して絶縁体２を介して配設されている内径拡大部１ａ
における特性インピーダンスと、絶縁体２を介さずに配
設されている端部領域における特性インピーダンスとを
実質的に一致させることができるので、特性インピーダ
ンスのミスマッチングがなく高周波信号の伝送特性に優
れた同軸コネクタとなる。このような内径拡大部１ａの
内径Ｄ₀ と端部領域の内径ｄ₀ とは、特性インピーダン
スをＤ₀ 断面とｄ₀ 断面とで実質的に一致させるために
は、内径Ｄ₀ を端部領域の内径ｄ₀ に対して、絶縁体２
の比誘電率ε_r の４分の１倍〜３分の１倍の範囲内、す
なわちε_r ／４≦Ｄ₀ ／ｄ₀ ≦ε_r ／３の範囲内とすれ
ばよい。この関係は、端部領域の他方の内径ｄ₀ ’につ
いても同様である。 【００２６】本発明の高周波用同軸コネクタにおいて
は、内径拡大部１ａ内に配設した環状の絶縁体２の中心
導体３に沿った方向の両側に、それぞれ環状の空間Ｓ₁
・Ｓ₂を設けたことを特徴とする。このように内径拡大
部１ａ内において絶縁体２の両側に環状の空間Ｓ₁ ・Ｓ
₂ を設けたことにより、内径拡大部１ａのうち空間Ｓ₁
・Ｓ₂ を設けた領域を外部導体１の端部領域と内径拡大
部１ａのうち絶縁体２を配設した領域との間における同
軸線路の特性インピーダンスの変換・整合部として機能
させることができ、これにより特性インピーダンスのミ
スマッチングによる伝送損失の発生を抑制することがで
き、高周波帯域における伝送損失が小さい良好な電気的
特性を有するものとすることができる。 【００２７】このような空間ＳここではＳ₁ ・Ｓ₂ の長
さｌ₀ ここではｌ₀₁およびｌ₀₂については、それぞれの
空間部分ｌ₀₁×Ｄ₀ （＝Ｓ₁ ）およびｌ₀₂×Ｄ₀ （＝Ｓ
₂ ）が特性インピーダンスの変換部であるため、高周波
信号に対する損失の観点からはｌ₀₁およびｌ₀₂は短いほ
うが好ましく、外部導体１の内径拡大部１ａの長さＬ₀
に対して絶縁体２の比誘電率ε_r の３分の１倍以下、す
なわちＬ₀ ／ｌ₀ ≦ε_r ／３とすることが好ましい。他
方、特性インピーダンスの変換部としての実用的な特性
を考慮すると、空間Ｓ₁ ・Ｓ₂ の長さｌ₀₁・ｌ₀₂は0.3
ｍｍ以上としておくことが好ましい。 【００２８】また、内径拡大部１ａにおいては、端部領
域と内径が相違することから、その内周面を高周波電流
の伝送が迂回することとなるため損失を生ずるので、こ
の損失を少なくするためには内径拡大部１ａの長さＬ₀
は短いほうがよく、また、内径拡大部１ａ内に配設され
る環状の絶縁体２の長さｌ_e についても短い方が好まし
い。しかしながら、本発明の高周波同軸コネクタにおけ
る絶縁体２の機能としては、中心導体３の保持や真空・
圧力等の気密性の高い密閉容器に用いる場合に隔壁とし
ての気密性の保持といった機械的な特性も満たす必要が
あるため、これら電気的特性および機械的特性を実用上
満たす点からは、環状の絶縁体２の長さｌ_e は、１〜20
ｍｍ、好適には１〜５ｍｍ、最適には1.5 〜2.5 ｍｍと
することが好ましい。 【００２９】なお、中心導体３の外径は、両側の端部領
域すなわち高周波用同軸コネクタの入口側と出口側にお
ける外径ｄおよびｄ’を同じ（ｄ＝ｄ’）としてもよ
く、異なるもの（ｄ≠ｄ’）としてもよい。中心導体３
の外径ｄおよびｄ’を異ならせる場合には、特性インピ
ーダンスを実質的に一致させるため、それぞれに対応す
る外部導体１の端部領域の内径ｄ₀ およびｄ₀ ’に対し
て、同じ外径／内径比すなわちｄ₀ ／ｄ＝ｄ₀ ’／ｄ’
とする。これにより、特性インピーダンスを実質的に一
致させつつ中心導体３の外径および外部導体１の内径を
異ならせることができ、例えばＳＭＡ型とＮ型の同軸ケ
ーブルに対する変換コネクタとして用いることもできる
ものとなる。 【００３０】なお、外部導体１の内面および中心導体３
の表面には、金・銀または銅の少なくとも一種からなる
メッキを施しておくことにより、高周波信号の伝送損失
をさらに低減させることができ、高周波特性をより一層
良好なものとすることができる。このようなメッキは、
高周波用同軸コネクタを組み立てた後に施してもよく、
あるいは、予め外部導体１の内面および中心導体３の表
面にメッキを施しておき、セラミックスから成る絶縁体
２を外部導体１の内径拡大部１ａに接合させる時の熱処
理により、相手金属に拡散浸透させた構成としてもよ
い。 【００３１】このようなメッキの厚みは、通常の高周波
部品に用いられる厚みの範囲に設定すればよいが、例え
ば金メッキを施す場合であれば、予めニッケルメッキを
１〜２μｍ程度施した後、さらに金メッキを２〜５μｍ
程度施すとよい。また、このようなメッキを施した後に
熱処理を行なうことにより、このメッキが被着された相
手金属に一部または全部が拡散浸透することとなり、被
着強度や高周波特性の点でより良好なものとなる。 【００３２】 【実施例】以下のようにして、図１に示した構成の本発
明の高周波用同軸コネクタの試料を作製した。 【００３３】外部導体１にはＦｅＮｉＣｏアロイを用
い、端部領域の内径ｄ₀ ・ｄ₀ ’をいずれも４ｍｍと
し、内径拡大部１ａの内径Ｄ₀ を11ｍｍ、長さＬ₀ を５
ｍｍとした。中心導体３にもＦｅＮｉＣｏアロイを用
い、その外径ｄ・ｄ’はいずれも１ｍｍとした。また、
絶縁体２にはＡｌ₂ Ｏ₃ の含有量が99.5重量％で相対密
度が97.5％の酸化アルミニウム質焼結体（比誘電率ε_r
は10.2）を用い、その長さｌ_e は２ｍｍとした。そし
て、絶縁体２の両側に設けた空間Ｓ₁ ・Ｓ₂ の長さｌ₀₁
・ｌ₀₂はいずれも1.5 ｍｍとし、絶縁体２の長さに対す
る空間Ｓの長さの比を0.75倍として構成した。 【００３４】また、この試料においては絶縁体２と外部
導体１および中心導体３とに対して以下のようなセラミ
ックス−金属接合を行ない、気密性を具備する構造とし
た。 【００３５】セラミックスから成る絶縁体２には、外部
導体１の内径拡大部１ａと接する外周表面および中心導
体３と接する内周表面にそれぞれモリブデン−マンガン
層とニッケルメッキ層から成る２層構造を有するメタラ
イズ層を被着形成した。このメタライズ層と接する外部
導体１の内径拡大部１ａの内面および中心導体３の表面
にろう材として銀銅ろう（72％銀−残部銅、融点780
℃）を付与し、これを加熱溶融させてそれぞれ接合し
た。その結果、接合強度は平方ミリメートル当り５ｋｇ
ｆ以上と強固に接合された。なお、外部導体１の内外面
および中心導体３の表面には、ろう付け接合の前に予め
ニッケルメッキ層を１〜２μｍ被着形成し、さらに金メ
ッキを２〜５μｍ被着形成しておいた。そして、ろう付
け接合時に同時に加熱処理されることにより、相手金属
に一部または全部を拡散浸透させた。 【００３６】このようにして得られた本発明の高周波用
同軸コネクタの試料について、その挿入損失および電圧
定在波比（ＶＳＷＲ）をネットワークアナライザを用い
て測定した。また、同様にして絶縁体２の両側に環状の
空間Ｓを設けない構成の従来の高周波用同軸コネクタの
試料を作製し、同じく挿入損失および電圧定在波比を測
定した。それらの結果を図２に線図で示す。 【００３７】図２において、横軸は周波数（ＧＨｚ）
を、縦軸は下半部が挿入損失（ｄＢ）を、上半部が電圧
定在波比を表しており、特性曲線ＡおよびＣはそれぞれ
本発明の高周波用同軸コネクタの試料における挿入損失
および電圧定在波比の周波数特性を示し、特性曲線Ｂお
よびＤはそれぞれ従来の高周波用同軸コネクタの試料に
おける挿入損失および電圧定在波比の周波数特性を示し
ている。 【００３８】これらの結果より分かるように、高周波用
同軸コネクタの挿入損失は、本発明の試料では１ＧＨｚ
で0.04ｄＢ、２ＧＨｚで0.04ｄＢ、３ＧＨｚで0.05ｄ
Ｂ、６ＧＨｚで0.06ｄＢと、周波数が高くなっても極め
て小さく良好なものであった。 【００３９】また、電圧定在波比は、本発明の試料では
１ＧＨｚで1.03、２ＧＨｚで1.04、３ＧＨｚで1.04、６
ＧＨｚで1.04と、同様に周波数が高くなっても極めて小
さく良好なものであった。 【００４０】これに対し、従来例の試料では、挿入損失
は１ＧＨｚで0.08ｄＢ、２ＧＨｚで0.11ｄＢ、３ＧＨｚ
で0.16ｄＢ、６ＧＨｚで0.55ｄＢとなって、周波数が高
くなると急激に増加した。また、電圧定在波比は、１Ｇ
Ｈｚで1.07、２ＧＨｚで1.16、３ＧＨｚで1.26、６ＧＨ
ｚで1.91と、同様に周波数が高くなると急激に増加し
た。 【００４１】これにより、本発明の高周波用同軸コネク
タによれば、高周波帯域においても挿入損失の少ない、
かつ安定した高周波特性を有することが確認できた。 【００４２】なお、本発明は以上の実施の形態の例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変更を行なうことは何ら差し支えない。例え
ば、上述の例ではＳＭＡ型コネクタの形状のものを示し
たが、ＳＭＡ型−Ｎ型変換コネクタやＮ型コネクタ、あ
るいは他のコネクタ形状のものとしてもよい。 【００４３】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の高周波用
同軸コネクタによれば、中央領域に内径拡大部を有する
筒状の外部導体と、この内径拡大部内に配設されて中心
導体を同軸状に保持する環状の絶縁体との間に、内径拡
大部において絶縁体の中心導体方向の両側にそれぞれ環
状の空間を設けたことから、内径拡大部のうち空間を設
けた領域を外部導体の端部領域と内径拡大部のうち絶縁
体を配設した領域との間における同軸線路の特性インピ
ーダンスの変換・整合部として機能させることができ、
これにより特性インピーダンスのミスマッチングによる
伝送損失の発生を抑制し、高周波帯域における伝送損失
が小さい良好な電気的特性を有するものとできた。ま
た、絶縁体は外部導体の内径拡大部と中心導体とにろう
材で接合されるため、隙間なく強固に接合させることが
でき、機械的特性にも優れ、真空や圧力等の気密性の高
い密閉容器に用いてもその内側と外側との気密性を損な
うことなく高周波信号の接続が可能である。 【００４４】以上により、本発明によれば、マイクロ波
からミリ波の周波数帯域で用いられる高周波用同軸コネ
クタであって、高周波帯域における伝送損失が小さい良
好で安定した電気的特性と気密性に優れた機械的特性を
併せ持ち、真空や圧力等の気密性の高い密閉容器に用い
てもその内側と外側との気密性を損なうことなく低損失
で高周波信号の接続が可能な高周波用同軸コネクタを提
供することができた。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の高周波用同軸コネクタの実施の形態の
一例の概略構成を示す断面図である。 【図２】高周波用同軸コネクタの挿入損失および電圧定
在波比の周波数特性を示す線図である。 【符号の説明】 １・・・・・・・外部導体 １ａ・・・・・・内径拡大部 Ｄ₀ ・・・・・・内径拡大部の内径 Ｌ₀ ・・・・・・内径拡大部の長さ ｄ₀ 、ｄ₀ ’・・端部領域の内径 ２・・・・・・・絶縁体 ３・・・・・・・中心導体 ｄ、ｄ’・・・・中心導体の外径 Ｓ₁ 、Ｓ₂ ・・・環状の空間 ｌ₀₁、ｌ₀₂・・・環状の空間の長さ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 中央領域に内径拡大部を有する筒状の外
   部導体と、前記内径拡大部内に配設され、前記内径拡大
   部の内面に外周表面がろう材で接合された環状の絶縁体
   と、該絶縁体の内周表面にろう材で接合されて保持され
   前記外部導体に対し同軸状に配設された中心導体とから
   成り、前記内径拡大部において前記絶縁体の前記中心導
   体方向の両側にそれぞれ環状の空間を設けたことを特徴
   とする高周波用同軸コネクタ。