JP5282648B2

JP5282648B2 - 周波数無依存ケーブルモジュール

Info

Publication number: JP5282648B2
Application number: JP2009111413A
Authority: JP
Inventors: 秀樹南畝; 剛博杉山
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: JP2010262787A

Description

本発明は、伝送する信号の周波数に依存しない周波数無依存ケーブルモジュールに関するものである。

一般に、電気・電子機器間を接続して、その電気信号を伝送するには、同軸ケーブルの両端にコネクタを設けたケーブルモジュールが用いられる。

従来のケーブルモジュールでは、同軸ケーブルとして、図６（ａ）に示すように、銅などの導電率の高い金属からなる中心導体６０と、その中心導体６０の外周に形成され、銀や錫などからなる中心導体被覆層６１と、その中心導体被覆層６１の外周に形成された絶縁層６２と、その絶縁層６２の外周に導体６３を巻き付けて形成された外部導体層６４と、その外部導体層６４の外周に形成されたジャケット６５とからなる同軸ケーブル６６を用いている。

この同軸ケーブル６６を用いたケーブルモジュールでは、図７のラインＡに示すように、伝送する電気信号が高速（高周波帯）になるほど、表皮効果によって中心導体６０の表面、つまり中心導体被覆層６１に電流が集中して導体（中心導体６０＋中心導体被覆層６１）の交流抵抗が高くなるため、受信端側で信号品質の劣化が大きくなり（電気信号の減衰が大きくなり）、利得が低下する。一方、伝送する電気信号が低速（低周波帯）の場合には、導体の中心側、つまり高導電率の中心導体６０まで電流が流れるため、電気信号の減衰は低減される。

このように、ケーブルモジュールの周波数特性は、伝送する電気信号の周波数に依存（周波数依存性）する。この周波数依存性により、ケーブルモジュールにおいて伝送帯域不足が生じる場合がある。

そこで、ケーブルモジュールの周波数依存性を緩和するため（より広帯域の電気信号を伝送できるようにするため）、図６（ｂ）に示すような同軸ケーブル６７を用いたケーブルモジュールが知られている。

同軸ケーブル６７は、鉄又はニッケル−鉄合金などの導電率の低い金属からなる中心導体６８と、その中心導体６８の外周に形成され、銀などからなる中心導体被覆層６９と、その中心導体被覆層６９の外周に形成された外部導体層７０と、その外部導体層７０の外周に形成されたジャケット７１とからなる。なお、外部導体層７０の構成が上述の同軸ケーブル６６と異なるが、外部導体層の特性としてはほぼ同じである。

この同軸ケーブル６７を用いたケーブルモジュールでは、図７のラインＢに示すように、伝送する電気信号が低速の場合に流れる中心導体６８が低導電率であるため、電気信号が低速である場合は減衰が生じて利得が低下しているが、電気信号が高速になると、上述の同軸ケーブル６６を用いたケーブルモジュールに比べて利得が向上する。すなわち、同軸ケーブル６７を用いたケーブルモジュールでは、周波数依存性が緩和されている（周波数特性が平坦に近づいている）。

特開平９−１０２２１７号公報

しかしながら、同軸ケーブル６７を用いたケーブルモジュールでは、同軸ケーブル６６を用いたケーブルモジュールに比べて周波数依存性は緩和されているものの、使用する周波数領域に対して十分広い伝送帯域を持つとは言えなかった。

そのため、電気信号が低速、高速どちらの場合においても受信端側で利得が一定である（伝送する電気信号の周波数に依存しない）ケーブルモジュールが求められている。

そこで、本発明の目的は、伝送する電気信号の周波数に依存しない周波数無依存ケーブルモジュールを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、同軸ケーブルの送信端側と受信端側に、パドルカードを有するコネクタを接続して構成され、前記同軸ケーブルは、中心導体と、該中心導体の外周に形成され、該中心導体よりも導電率が高い金属からなる中心導体被覆層と、該中心導体被覆層の外周に形成された絶縁層と、該絶縁層の外周に形成された外部導体層と、該外部導体層の外周に形成されたジャケットとからなり、少なくとも前記受信端側の前記パドルカードは、前記同軸ケーブルを伝送された電気信号を増幅させる増幅回路と、増幅させた電気信号の周波数特性を補正して周波数依存性を緩和するイコライザ回路を備える周波数無依存ケーブルモジュールである。

請求項２の発明は、前記中心導体は、鉄又はニッケル−鉄合金からなり、前記中心導体被覆層は、銀からなる請求項１に記載の周波数無依存ケーブルモジュールである。

本発明によれば、伝送する電気信号の周波数に依存しない周波数無依存ケーブルモジュールを提供することができる。

本発明の一実施の形態を示す周波数無依存ケーブルモジュールの構成図である。図１の周波数無依存ケーブルモジュールで用いる同軸ケーブルの横断面図である。図１の要部拡大図である。受信端側にイコライザ回路を設けた場合のケーブルモジュールの周波数特性を示す測定図である。受信端側にイコライザ回路及び増幅回路を設けた場合のケーブルモジュールの周波数特性を示す測定図である。従来のケーブルモジュールに用いられる同軸ケーブルの横断面図である。従来のケーブルモジュールの周波数特性を示す測定図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

本発明の周波数無依存ケーブルモジュールは、電気・電子機器間を接続して、その電気信号を伝送するのに用いられるものである。

図１は、本実施の形態に係る周波数無依存ケーブルモジュールの構成図である。

図１に示すように、周波数無依存ケーブルモジュール１は、同軸ケーブル２の送信端側と受信端側に、パドルカード３を有するコネクタ４を接続して構成され、少なくとも受信端側のパドルカード３は、同軸ケーブル２の周波数特性を補正して周波数依存性を緩和するイコライザ回路（イコライザＩＣ）５を備えるものである。

イコライザ回路５は、例えば、抵抗（Ｒ）とコンデンサ（Ｃ）からなるＲＣ並列回路で構成され、高速（高周波帯）の電気信号の利得を向上させて、同軸ケーブル２の周波数特性を平坦に近づける働きがある。このイコライザ回路５を駆動すべく、受信端側のコネクタ４には外部から電源が供給される。

図２に示すように、同軸ケーブル２は、中心導体２０と、中心導体２０の外周に形成され、中心導体２０よりも導電率が高い金属からなる中心導体被覆層２１と、中心導体被覆層２１の外周に形成された絶縁層２２と、絶縁層２２の外周に複数本の導体２３を巻き付けて形成された外部導体層２４と、外部導体層２４の外周に形成されたジャケット２５とからなる。

中心導体２０は、導電率の低い金属、例えば鉄又はニッケル−鉄合金からなり、中心導体被覆層２１は、中心導体２０よりも導電率の高い金属、例えば銀からなる。

中心導体２０を導電率の低い金属で形成し、中心導体被覆層２１を中心導体２０よりも導電率の高い金属で形成するのは、同軸ケーブル自身の周波数依存性を緩和するためである。

より詳しく説明すると、伝送する電気信号が高速（高周波帯）の場合には、表皮効果により電気信号（電流）が中心導体２０の表面、すなわち中心導体被覆層２１に集中して交流抵抗が高くなるので、中心導体被覆層２１を中心導体２０よりも導電率の高い金属で形成して電気信号が減衰するのを抑制し、また、伝送する電気信号が低速（低周波帯）の場合には、電流が中心導体２０の中心側に流れるため、中心導体２０を導電率の低い金属で形成して故意に電気信号を減衰させている。

つまり、伝送する電気信号が低速の場合に電気信号を減衰させて利得を下げ、伝送する電気信号が高速の場合に電気信号を減衰させないようにして利得を上げることにより、同軸ケーブルの周波数特性を平坦に近づけている。

この同軸ケーブル２とコネクタ４との接続構造を図３で説明する。図３に示すように、本実施の形態では、送受信用にそれぞれ１本づつ同軸ケーブル２を用いている。

各同軸ケーブル２の両端部は、それぞれコネクタ４に接続すべく端末加工され、ジャケット２５の両端部からは、外部導体層２４、絶縁層２２、中心導体２０が順次露出される。

露出された両端の中心導体２０は、各パドルカード３に形成された複数のパッド２６にそれぞれはんだ付けなどにより電気的に接続される。

各パドルカード３の同軸ケーブル２側の端部には、ＧＮＤ端子２７が形成され、そのＧＮＤ端子２７には、同軸ケーブル２の端部から露出された外部導体層２４がはんだ付けなどにより電気的に接続される。さらに、各パドルカード３上には、上述したイコライザ回路５が実装され、送受信用の各同軸ケーブル２の受信端側で受信された電気信号をイコライザ回路５を通じて出力することで、各同軸ケーブル２の周波数依存性を緩和するようにしている。

パドルカード３は、一般に多層構造で、層内にも配線パターン（図示せず）が形成されており、例えば、ＧＮＤ端子２７はその配線パターンに接続されている。また、パドルカード３には、取付穴２８が形成される。

コネクタ４は、同軸ケーブル２の端部に電気的に接続されたパドルカード３を、同軸ケーブル２の端部と共に上下から挟み込んで保護するためのコネクタ筐体ベース材２９とコネクタ筐体カバー材３０とを有する。

コネクタ筐体ベース材２９は、パドルカード３を収納する基板収納部３１と、同軸ケーブル２の端部を挟持するための断面半円弧状の溝部を有する挟持部３２とからなる。

基板収納部３１には、取付穴３３が形成されており、挟持部３２にも取付穴３４が形成されている。

基板収納部３１の取付穴３３には、パドルカード３が、その取付穴２８を通じてネジ止めなどにより固定される。このとき、パドルカード３の同軸ケーブル２が接続されていない側の端部３５は、コネクタ筐体ベース材２９とコネクタ筐体カバー材３０の端部から露出される。この端部３５には、図示しない配線パターンを介して各同軸ケーブル２の中心導体２０及び外部導体層２４に接続される端子Ｔが形成されている。

コネクタ筐体カバー材３０は、コネクタ筐体ベース材２９の基板収納部３１に係合するカバー部３６と、同軸ケーブル２の端部を挟持するための断面半円弧状の溝部を有する挟持部３７とからなり、挟持部３７には取付穴３８が形成される。

コネクタ筐体ベース材２９とコネクタ筐体カバー材３０とは、挟持部３２と挟持部３７にそれぞれ形成された取付穴３４，３８を通じてネジ止めなどにより固定される。

本実施の形態に係る周波数無依存ケーブルモジュール１の作用を説明する。

周波数無依存ケーブルモジュール１を配線する際には、電気・電子機器側などに設けられた受けコネクタに、コネクタ４から露出されたパドルカード３の端部３５を挿入して端子Ｔを受けコネクタ側の端子に接触させ、電気・電子機器と周波数無依存ケーブルモジュール１とを電気的に接続する。

周波数無依存ケーブルモジュール１は、同軸ケーブル２の送信端側と受信端側に、パドルカード３を有するコネクタ４を接続して構成され、少なくとも受信端側のパドルカード３は、同軸ケーブル２の周波数特性を補正して周波数依存性を緩和するイコライザ回路５を備える。

図４に、イコライザ回路５を同軸ケーブルの受信端側に設けた場合の周波数特性を示す。図４において、ラインＣは導電率の高い金属を中心導体に用いた普通の同軸ケーブルの周波数特性、ラインＤは導電率の低い複合金属を中心導体に用いた同軸ケーブル２の周波数特性、ラインＥは普通の同軸ケーブルの受信端側に抵抗とコンデンサの並列回路で構成されたイコライザ回路５を設けた場合の周波数特性、ラインＦは複合金属を中心導体に用いた同軸ケーブル２の受信端側に抵抗とコンデンサの並列回路で構成されたイコライザ回路５を設けた場合の周波数特性を示す。

図４に示すように、各同軸ケーブルとも受信端側にイコライザ回路５を設けた場合、同軸ケーブルの周波数特性が広帯域化されていることが分かる。３ｄＢ帯域幅（利得が３ｄＢ低下する周波数）の改善効果は、ラインＥが２ＧＨｚ程度であるのに対し、ラインＦでは３ＧＨｚ以上となり、複合金属を中心導体に用いた同軸ケーブル２を用いた方が、通常の同軸ケーブルを用いた場合よりもさらに高い周波数帯で使用することが可能になることが分かる。

このように、周波数無依存ケーブルモジュール１によれば、特に、高速（高周波帯）の電気信号を伝送する際の利得を向上させて、使用する周波数領域に対して十分広い伝送帯域を得られる。つまり、周波数無依存ケーブルモジュール１は、伝送する電気信号の周波数に依存しない。

また、周波数無依存ケーブルモジュール１の同軸ケーブル２は、鉄又はニッケル−鉄合金からなる中心導体２０と、中心導体２０の外周に形成され、中心導体２０よりも導電率が高い銀からなる中心導体被覆層２１と、中心導体被覆層２１の外周に形成された絶縁層２２と、絶縁層２２の外周に形成された外部導体層２４と、外部導体層２４の外周に形成されたジャケット２５とからなるため、伝送する電気信号が低速の場合には電気信号を減衰させて利得を下げ、伝送する電気信号が高速の場合には電気信号を減衰させないようにして利得を上げることができる。つまり、同軸ケーブル自身の周波数依存性を緩和させることができる。

本実施の形態では、中心導体２０を導電率の低い金属で形成し、中心導体被覆層２１を中心導体２０よりも導電率の高い金属で形成した同軸ケーブル２を用いたが、中心導体を導電率の高い金属、例えば銅などで形成した普通の同軸ケーブルを用いてもよい。

但し、この場合には、イコライザ回路５のみで同軸ケーブルの周波数依存性を緩和することになるため、周波数無依存ケーブルモジュール１のように、同軸ケーブル２とイコライザ回路５との２点で周波数依存性を緩和するようにした方がより好ましい。これは、普通の同軸ケーブルを用いた場合では、電気信号の周波数に大きく依存するため（周波数特性の傾きが大きいため）、周波数特性を十分に補正することができない場合があるためである。

また、本実施の形態では、パドルカード３は、イコライザ回路５のみを備えるものとしたが、さらに増幅回路を備えるようにしてもよい。

図５に、イコライザ回路５及び増幅回路を同軸ケーブルの受信端側に設けた場合の周波数特性を示す。図５において、ラインＣ及びラインＤは図４と同様、ラインＧは普通の同軸ケーブルの受信端側にイコライザ回路５及び増幅回路を設けた場合の周波数特性、ラインＨは複合金属を中心導体に用いた同軸ケーブル２の受信端側にイコライザ回路５及び増幅回路を設けた場合の周波数特性を示す。

図５に示すように、各同軸ケーブルとも受信端側にイコライザ回路５及び増幅回路を設けた場合、同軸ケーブルの周波数特性が広帯域化され、かつ利得が向上していることが分かる。３ｄＢ帯域幅（利得が３ｄＢ低下する周波数）の改善効果は、ラインＧが２ＧＨｚ程度であるのに対し、ラインＨでは３．５ＧＨｚ以上となり、複合金属を中心導体に用いた同軸ケーブル２を用いた方が、通常の同軸ケーブルを用いた場合よりもさらに高い周波数帯で使用することが可能になることが分かる。

このように、同軸ケーブルの受信端側で受信した電気信号を増幅回路で増幅してからイコライザ回路５で周波数特性を補正するようにすることで、同軸ケーブルの周波数依存性を緩和した上でその利得を全体的に向上させることができる。

さらに、上記実施の形態において、パドルカード３上で、同軸ケーブル２の送信端側にエンファシスなどのトランスミッタＩＣを設け、受信端側にＣＤＲ（クロックデータリカバリ）などのレシーバＩＣをさらに実装することも可能である。

１周波数無依存ケーブルモジュール
２同軸ケーブル
３パドルカード
４コネクタ
５イコライザ回路

Claims

同軸ケーブルの送信端側と受信端側に、パドルカードを有するコネクタを接続して構成され、
前記同軸ケーブルは、中心導体と、該中心導体の外周に形成され、該中心導体よりも導電率が高い金属からなる中心導体被覆層と、該中心導体被覆層の外周に形成された絶縁層と、該絶縁層の外周に形成された外部導体層と、該外部導体層の外周に形成されたジャケットとからなり、
少なくとも前記受信端側の前記パドルカードは、前記同軸ケーブルを伝送された電気信号を増幅させる増幅回路と、増幅させた電気信号の周波数特性を補正して周波数依存性を緩和するイコライザ回路を備えることを特徴とする周波数無依存ケーブルモジュール。
前記中心導体は、鉄又はニッケル−鉄合金からなり、前記中心導体被覆層は、銀からなる請求項１に記載の周波数無依存ケーブルモジュール。