JP5684694B2

JP5684694B2 - ケーブル特性測定装置

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Publication number: JP5684694B2
Application number: JP2011256455A
Authority: JP
Inventors: 文生鈴木; 敦彦丹羽
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: JP2013108949A

Description

本発明は、ケーブル特性測定装置に関し、ケーブルからの漏洩電磁波、特に、漏洩同軸ケーブルの結合損失を正確に測定できるケーブル特性測定装置に関するものである。

漏洩同軸ケーブル（以下、「ＬＣＸ」という。）は、図８に示すように、内部導体１０２、絶縁体１０３、外部導体１０４及び外被（シース）１０５を備えて同軸状に構成されている。このＬＣＸ１は、従来より、新幹線沿いに布設されて列車と地上との無線連絡のために使用されたり、あるいは、地下鉄構内や地下街に布設されて地上との消防無線や警察無線の連絡用に使用されている。このようなＬＣＸ１においては、同軸内部の電磁エネルギーを外部に漏洩させるために、外部導体１０４上に周期的なスロット部１０１が設けられている。

すなわち、ＬＣＸ１の外部導体１０４には、ケーブル軸に対して一定周期毎に、一周期当たり複数の長孔状のスロット部１０１が設けられている。各スロット部１０１は、ケーブル軸に対していくらかの角度を持って傾斜されている。なお、各スロット部１０１の間隔の半分が使用周波数の半波長と一致したり、その半波長の整数倍となったときには、共振状態となる。この周波数を共振周波数と呼ぶ。

ＬＣＸからの送信効率、あるいは、受信効率を示す重要な特性である結合損失（以下、「Ｌｃ」という。）は、非特許文献１（３章、３．１節）に記載されているように、ＬＣＸの内部を伝送するエネルギーＰｔとＬＣＸに対向したアンテナにより受信されるエネルギーＰｒとの比により、以下のように定義される。
Ｌｃ＝１０log（Ｐｔ／Ｐｒ）（ｄＢ）

実際にＬＣＸの性能を表す結合損は、図９中の（ａ）（ｂ）に示すように、ＬＣＸ１に入力された電力と、ＬＣＸ１から１．５ｍ隔てた真上の位置に配置した標準ダイポールアンテナ２０１をケーブル長さ方向に移動させて受信される電力の累積確率５０％の値とから求め、これを標準結合損、あるいは、単に結合損という。なお、標準結合損の測定において、ＬＣＸ１と標準ダイポールアンテナ２０１との距離（１．５ｍ）は、ＬＣＸ１からの距離が波長λより長くなると結合損は減少するが、放射電磁界以外に近傍界の成分が含まれるようになり、各成分が互いに干渉して電界の変動が大きくなることを考慮して定められたものである。

また、標準ダイポールアンテナ２０１や電気機器からの漏洩量を測定するためには、一般に、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、電波暗室が使用されている。電波暗室の内側には、特許文献３に記載されているような電波吸収体が張り詰められている。

特許第２８０３５０７号公報特許第４３３００７７号公報特許第２９９５５８６号公報

「ＬＣＸ通信システム」（初版、１９８２年８月２０日発行）（岸本利彦、佐々木伸共著、コロナ社）（第３章）

ところで、前述したような電波暗室は、本来、アンテナの特性測定、あるいは、電子機器からの漏洩電磁波の測定等に使用されるものである。ＬＣＸもアンテナであるので、Ｌｃの正確な数値を測定するためには、電波暗室内で外部の不要な電磁波を除いて測定することが望ましい。また、近年、ＬＣＸではない一般のケーブルからの不要放射も問題になっており、その不要放射の程度を正確に測定することは重要である。

しかしながら、電波暗室の内部形状は、ほぼ直方体であり、内部寸法は、各辺が数ｍ乃至１０ｍ程度である。ＬＣＸは、長さが数ｍ〜数１００ｍ程度と細長いために、通常の電波暗室では、大きさが不足してＬｃの測定ができない。仮に、ＬＣＸ用の電波暗室を製作した場合は、極めて細長い特殊な形状を有するものとせざるを得ず、建設費が高額になってしまう。

そのため、従来より、ＬＣＸにおけるＬｃの測定は、室内の床面や屋外のコンクリート面にＬＣＸを設置し、オープンな環境で行っていた。したがって、Ｌｃの測定に悪影響を与える外来電波や、ＬＣＸの付近の金属体による不要反射波が存在し、正確なＬｃの測定ができなかった。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであり、その目的は、例えば、ＬＣＸにおけるＬｃの測定等において、測定に悪影響を与える不要電波や不要反射が除去され、正確な測定が簡単、かつ、安価に行えるケーブル特性測定装置を提供することにある。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係るケーブル測定装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
ケーブル（ＬＣＸ、または、一般のケーブル）からの漏洩電磁界を測定するためのケーブル特性測定装置であって、測定対象となるケーブルに電力を入力する電力入力手段と、ケーブルからの漏洩電磁波を受信するアンテナと、ケーブルの測定対象区間を包含する電波暗室とを備え、電波暗室を構成する部材の少なくとも一部は、アンテナとの相対的位置が一定に保たれており、固定して設置されたケーブルに対して、ケーブルにおける測定対象区間の移動に伴って、ケーブルの長手方向に相対的に移動可能となっていることを特徴とするものである。

〔構成２〕
構成１を有するケーブル特性測定装置において、アンテナとの相対的位置が一定に保たれる電波暗室を構成する部材の一部は、電波暗室の天井部分であることを特徴とするものである。

〔構成３〕
構成１、または、構成２のいずれかを有するケーブル特性測定装置において、ケーブルは、中心導体と、この中心導体を被覆した絶縁体と、この絶縁体の外側を覆う外部導体とが同軸構造となされ、外部導体に漏洩電磁界形成用の複数のスロット部が形成され、外部導体が外被で覆われた漏洩同軸ケーブルであることを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係るケーブル特性測定装置においては、電波暗室を構成する部材の少なくとも一部は、アンテナとの相対的位置が一定に保たれており、固定して設置されたケーブルにおける測定対象区間の移動に伴って、ケーブルの長手方向に、相対的に移動可能となっているので、電波暗室の大きさを必要最小限としつつ、不要電磁波のアンテナヘの進入を低減させ、長大なケーブルについての正確な測定を行うことができる。

構成２を有する本発明に係るケーブル特性測定装置においては、アンテナとの相対的位置が一定に保たれる電波暗室を構成する部材の一部は、電波暗室の天井部分であるので、電波暗室を構成する部材の一部を移動することが容易である。

構成３を有する本発明に係るケーブル特性測定装置においては、ケーブルは、中心導体と、この中心導体を被覆した絶縁体と、この絶縁体の外側を覆う外部導体とが同軸構造となされ、外部導体に漏洩電磁界形成用の複数のスロット部が形成され、外部導体が外被で覆われた漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）であるので、漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）における結合損失（Ｌｃ）を測定することができる。

すなわち、本発明は、例えば、ＬＣＸにおけるＬｃの測定等において、測定に悪影響を与える不要電波や不要反射が除去され、正確な測定が簡単、かつ、安価に行えるケーブル特性測定装置を提供することができるものである。

本発明の第１の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図である。本発明の第１の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す側面図である。本発明の第２の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図である。本発明の第３の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図である。本発明の第４の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図である。本発明に係るケーブル特性測定装置により測定されたＬＣＸにおけるＬｃを示すグラフである。本発明の第５の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図である。ＬＣＸの構成を示す斜視図である。従来のケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

この実施の形態は、本発明に係るケーブル特性測定装置を、ＬＣＸ（漏洩同軸ケーブル）におけるＬｃ（結合損失）を測定する装置として構成したものである。なお、本発明に係るケーブル特性測定装置は、ＬＣＸにおけるＬｃを測定する装置に限定されず、種々のケーブルについての種々の特性を測定する装置として構成することができる。

図８は、ＬＣＸの構成を示す側面図である。

本発明に係るケーブル特性測定装置によりＬｃを測定されるＬＣＸは、図８に示すように、内部導体１０２、絶縁体１０３、外部導体１０４及び外被（シース）１０５が同軸状に構成されたものである。このＬＣＸ１においては、同軸内部の電磁エネルギーを外部に漏洩させるために、外部導体１０４上に周期的なスロット部１０１が設けられている。スロット部１０１は、外部導体１０４に、ケーブル軸に対して所定の周期で設けられている。各スロット部１０１は、ケーブルの長さ方向（ケーブルの軸方向）に対していくらかの角度を持って傾斜されている。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図である。

本発明に係るケーブル特性測定装置は、図１中の（ａ）に示すように、測定対象となるケーブルであるＬＣＸ１に電力を入力する電力入力手段となる信号発生機１１を備えている。この信号発生機１１は、ＬＣＸ１の入力端１ａから、所定の電力をＬＣＸ１に入力する。ＬＣＸ１の終端部１ｂは、無反射端となっている。

ＬＣＸ１から、所定距離、例えば、１．５ｍを隔てた真上の位置には、ＬＣＸ１からの漏洩電磁波を受信するアンテナである標準ダイポールアンテナ１２が配置されている。標準ダイポールアンテナ１２は、支柱１３に取り付けられた支持扞１２ａによって支持されている。支柱１３の基端部には、受信機１４が設置されている。この受信機１４には、標準ダイポールアンテナ１２がリードケーブルを介して接続されている。受信機１４は、標準ダイポールアンテナ１２により、ＬＣＸ１から放射された電磁波を受信するようになっている。標準ダイポールアンテナ１２のアンテナ素子は、ＬＣＸ１の長手方向に垂直な偏波を受信するように、ＬＣＸ１の長手方向に垂直な方向となっている。

ＬＣＸ１のＬｃは、ＬＣＸ１の内部を伝送するエネルギーＰｔと標準ダイポールアンテナ１２により受信されるエネルギーＰｒとの比により、以下のように定義される。
Ｌｃ＝１０log（Ｐｔ／Ｐｒ）（ｄＢ）

そして、このケーブル特性測定装置は、ＬＣＸ１の測定対象区間を包含する電波暗室１５を備えている。この電波暗室１５の内側面には、電波吸収体１６が張り詰められている。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す側面図である。

ＬＣＸ１の測定対象区間とは、標準ダイポールアンテナ１２により受信され得る電磁波を放射する区間のことであり、図２に示すように、ＬＣＸ１からの電磁波の放射角度範囲が±θである場合において、標準ダイポールアンテナ１２からの視野角が±θ以内の範囲にある図２中矢印Ａで示す区間である。ＬＣＸ１からの電磁波の放射角度範囲は、一般に、±４５°以内である。

電波暗室１５が測定対象区間を包含するとは、この測定対象区間に亘って、ＬＣＸ１の周囲に電波暗室１５の壁面が存在しているということである。なお、ＬＣＸ１の長手方向（図１（ａ）及び図２中のｚ軸方向）に亘って、電波暗室１５の壁面が存在していればよく、ＬＣＸ１の両端側の壁面、すなわち、図１（ａ）及び図２中のｘｙ平面を塞ぐ壁面は、必ずしも存在しなくてよい。ただし、図１中の（ｂ）に示すように、ＬＣＸ１の両端側の壁面１５ａ、すなわち、図１（ａ）及び図２中のｘｙ平面を塞ぐ壁面１５ａを設けて、電波暗室１５を全方向に亘って閉じた形状としてもよい。

そして、このケーブル特性測定装置において、標準ダイポールアンテナ１２及びＬＣＸ１は、ＬＣＸ１における測定対象区間の移動に伴って、ＬＣＸ１の長手方向に、相対的に移動可能となっている。この実施の形態においては、ＬＣＸ１が固定して設置されており、標準ダイポールアンテナ１２及び電波暗室１５を構成する部材の一部（電波暗室１５の天井部分１５ｂ）がＬＣＸ１の長手方向に移動可能となっている。

すなわち、受信機１４は、移動台車１４ａ上に積載されており、ＬＣＸ１の長手方向に沿って電波暗室１５の外に設置されたレール１７上を移動可能となっている。受信機１４は、電波暗室１５の外から、支持扞１２ａのみを電波暗室１５内に進入させている。受信機１４を積載した移動台車１４ａの移動は、人カによって行ってもよく、また、電動機を用いて行ってもよい。

電波暗室１５の天井部分１５ｂは、支柱１３に取り付けられた支持扞１５ｃによって、吊線１５ｄを介して支持されている。この天井部分１５ｂは、標準ダイポールアンテナ１２との相対的位置が一定に保たれており、ＬＣＸ１に対して、ＬＣＸ１の長手方向に相対的に、標準ダイポールアンテナ１２とともに移動可能となっている。

実施例として、電波暗室１５の大きさ（内寸）を、幅４ｍ、高さ４ｍ、長さ１１ｍの直方体として、ケーブル特性測定装置を作成した。電波暗室１５の天井部分１５ｂは、４ｍ×４ｍの正方形の平板状とした。

このケーブル特性測定装置によって測定したＬＣＸ１は、絶縁体１０３の直径が１０ｍｍのＬＣＸ−１０Ｄで、周波数２．４ＧＨｚでの標準結合損失は６０ｄＢであり、長さは１０ｍであった。このＬＣＸ１を、電波暗室１５の底面中央に段置した。ＬＣＸ１の両端にはＮ型コネクタを取り付け、一方のコネクタは、リードケーブルによって信号発生機１１に接続され、他方のコネクタには、反射防止のために無反射終端器を接続した。

このケーブル特性測定装置によるＬＣＸ１のＬｃの測定結果については、後述する。

〔第２の実施の形態〕
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図である。

この実施の形態においては、図３に示すように、第１の実施の形態に係るケーブル特性測定装置における天井部分１５ｂの両側部に、側面板１５ｅ，１５ｅを設けている。これら側面板１５ｅ，１５ｅは、天井部分１５ｂの両側部から垂下され、相対向する内側面には、電波吸収体１６が張り詰められている。その他の構成については、第１の実施の形態と同様である。

この実施の形態においては、電波暗室の軽量化を図りつつ、不要電波を除去する効果を向上させることができる。

〔第３の実施の形態〕
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図である。

この実施の形態においては、図４に示すように、電波暗室１５の全体を移動可能とした。すなわち、このケーブル特性測定装置においては、ＬＣＸ１は、設置台１ｃ上に固定して設置されており、標準ダイポールアンテナ１２及び電波暗室１５の全体がＬＣＸ１の長手方向に移動可能となっている。設置台１ｃは、電磁波に対する影響のない合成樹脂材料等により形成されている。その他の構成については、第１の実施の形態と同様である。

電波暗室１５は、下部に複数の移動用車輪１５ｆを備えており、これら移動用車輪１５ｆにより、ＬＣＸ１の長手方向に沿って電波暗室１５の外に設置されたレール１７上を移動可能となっている。標準ダイポールアンテナ１２は、支持扞１２ａにより、電波暗室１５内に固定されており、電波暗室１５との相対的位置が一定に保たれている。受信機１４は、電波暗室１５の外部に設置され、電波暗室１５内の標準ダイポールアンテナ１２との間をリードケーブル１２ｂにより接続されている。電波暗室１５の移動は、人カによって行ってもよく、また、電動機を用いて行ってもよい。

この実施の形態においても、ＬＣＸ１の長手方向（図３中のｚ軸方向）に亘って、電波暗室１５の壁面が存在していればよく、ＬＣＸ１の両端側の壁面、すなわち、図３中のｘｙ平面を塞ぐ壁面は、必ずしも存在しなくてよい。ただし、ＬＣＸ１の両端側の壁面、すなわち、図３中のｘｙ平面を塞ぐ壁面を設けて、電波暗室１５を全方向に亘って閉じた形状としてもよい。この場合には、ＬＣＸ１の両端側の壁面には、ＬＣＸ１及び設置台１ｃが通過するための開口部を設けておく。

実施例として、電波暗室１５の大きさ（内寸）を、幅４ｍ、高さ４ｍ、長さ４ｍの直方体として、ケーブル特性測定装置を作成した。

このケーブル特性測定装置によって測定したＬＣＸ１は、絶縁体１０３の直径が１０ｍｍのＬＣＸ−１０Ｄで、周波数２．４ＧＨｚでの標準結合損失は６０ｄＢであり、長さは１０ｍであった。ＬＣＸ１の両端にはＮ型コネクタを取り付け、一方のコネクタは、リードケーブルによって信号発生機１１に接続され、他方のコネクタには、反射防止のために無反射終端器を接続した。

〔第４の実施の形態〕
図５は、本発明の第４の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図である。

この実施の形態においては、図５に示すように、標準ダイポールアンテナ１２及び電波暗室１５を固定して設置し、ＬＣＸ１を長手方向に移動可能とした。すなわち、このケーブル特性測定装置においては、ＬＣＸ１は、移動台１ｄ上に設置されており、標準ダイポールアンテナ１２及び電波暗室１５が固定して設置されている。移動台１ｄは、電磁波に対する影響のない合成樹脂材料等により形成されている。その他の構成については、第１の実施の形態と同様である。

移動台１ｄは、下部に複数の移動用車輪１ｆを備えており、これら移動用車輪１ｆにより、ＬＣＸ１の長手方向に沿って設置されたレール１７上を移動可能となっている。移動台１ｄの移動は、人カによって行ってもよく、また、電動機を用いて行ってもよい。標準ダイポールアンテナ１２は、支持扞１２ａにより、電波暗室１５内に固定されており、電波暗室１５との相対的位置が一定に保たれている。受信機１４は、電波暗室１５の外部に設置され、電波暗室１５内の標準ダイポールアンテナ１２との間をリードケーブル１２ｂにより接続されている。

なお、ＬＣＸ１は、電波暗室１５の外部において、リールに巻付けられた状態から、電波暗室１５内に送り出され、電波暗室１５内を通過した後に、再びリールに巻き取られるようにしてもよい。

この実施の形態においても、ＬＣＸ１の長手方向（図４中のｚ軸方向）に亘って、電波暗室１５の壁面が存在していればよく、ＬＣＸ１の両端側の壁面、すなわち、図４中のｘｙ平面を塞ぐ壁面は、必ずしも存在しなくてよい。ただし、ＬＣＸ１の両端側の壁面、すなわち、図４中のｘｙ平面を塞ぐ壁面を設けて、電波暗室１５を全方向に亘って閉じた形状としてもよい。この場合には、ＬＣＸ１の両端側の壁面には、ＬＣＸ１及び移動台１ｄが通過するための開口部を設けておく。

図６は、本発明に係るケーブル特性測定装置により測定されたＬＣＸにおけるＬｃを示すグラフである。

第１乃至第４の実施の形態に係るケーブル特性測定装置によるＬＣＸ１のＬｃの測定結果は、図６中の（ｂ）に示すように、外部の不要電磁波の影響が除去された良好なものであった。図６中の（ａ）（ｂ）において、縦軸はＬｃであり、横軸は、ＬＣＸ１の長さ方向の位置である。ＬＣＸ１は、位置１ｍから位置１１ｍに亘って設置されている。標準ダイポールアンテナ１２は、位置０ｍから位置１１ｍまで、ＬＣＸ１に対して相対的に移動させた。測定周波数は２．４ＧＨｚである。

図６中の（ａ）に示すように、電波暗室を使用せずにＬｃを測定した場合には、Ｌｃは、１０ｄＢ程度の範囲内で大きく変動した。そして、図６中の（ａ）に示すように、本発明の実施の形態に係るケーブル特性測定装置によりＬｃを測定した場合には、Ｌｃの変動は、数ｄＢ以内に安定した。これは、電波暗室１５の外部からの不要電磁波や、ＬＣＸ１から放射された電磁波が周辺の金属体に反射されて標準ダイポールアンテナ１２に受信される不要電磁波の影響が除去されているためである。

〔第５の実施の形態〕
図７は、本発明の第５の実施の形態に係るケーブル特性測定装置の構成を示す斜視図である。

この実施の形態においては、図７に示すように、ＬＣＸ１及び電波暗室１５を固定して設置し、標準ダイポールアンテナ１２をＬＣＸ１の長手方向に移動可能とした。すなわち、このケーブル特性測定装置においては、標準ダイポールアンテナ１２は、電波暗室１５にＬＣＸ１の長手方向に沿って形成されたスリット１５ｆを介して電波暗室１５内に挿入され、電波暗室１５外に設置された受信機１４に接続されており、ＬＣＸ１の長手方向にＬＣＸ１に対して移動可能となっている。その他の構成については、第１の実施の形態と同様である。

標準ダイポールアンテナ１２は、支柱１３に取り付けられた支持扞１２ａによって支持されている。支柱１３の基端部には、受信機１４が設置されている。この受信機１４には、標準ダイポールアンテナ１２がリードケーブルを介して接続されている。受信機１４は、移動台車１４ａ上に積載されており、ＬＣＸ１の長手方向に沿って電波暗室１５の外に設置されたレール１７上を移動可能となっている。受信機１４は、電波暗室１５の外から、スリット１５ｆを介して、支持扞１２ａのみを電波暗室１５内に進入させている。受信機１４を積載した移動台車１４ａの移動は、人カによって行ってもよく、また、電動機を用いて行ってもよい。

実施例として、電波暗室１５の大きさ（内寸）を、幅４ｍ、高さ４ｍ、長さ１１ｍの直方体として、ケーブル特性測定装置を作成した。電波暗室１５の一側面には、電波暗室１５の底面から約２．５ｍの位置に、幅０．３ｍのスリット１５ｆを、電波暗室１５の長さ方向に形成した。

本発明は、ケーブル特性測定装置に適用され、ケーブルからの漏洩電磁波、特に、漏洩同軸ケーブルの結合損失を正確に測定できるケーブル特性測定装置に適用される。

１ＬＣＸ
１１信号発生機
１２標準ダイポールアンテナ
１５電波暗室
１５ｂ天井部分
１０１スロット部
１０２中心導体
１０３絶縁体
１０４外部導体
１０５外被（シース）

Claims

ケーブルからの漏洩電磁界を測定するためのケーブル特性測定装置であって、
測定対象となるケーブルに電力を入力する電力入力手段と、
前記ケーブルからの漏洩電磁波を受信するアンテナと、
前記ケーブルの測定対象区間を包含する電波暗室と
を備え、
前記電波暗室を構成する部材の少なくとも一部は、前記アンテナとの相対的位置が一定に保たれており、固定して設置された前記ケーブルに対して、前記ケーブルにおける前記測定対象区間の移動に伴って、前記ケーブルの長手方向に相対的に移動可能となっている
ことを特徴とするケーブル特性測定装置。
前記アンテナとの相対的位置が一定に保たれる前記電波暗室を構成する部材の一部は、前記電波暗室の天井部分である
ことを特徴とする請求項１記載のケーブル特性測定装置。
前記ケーブルは、中心導体と、この中心導体を被覆した絶縁体と、この絶縁体の外側を覆う外部導体とが同軸構造となされ、前記外部導体に漏洩電磁界形成用の複数のスロット部が形成され、前記外部導体が外被で覆われた漏洩同軸ケーブルである
ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載のケーブル特性測定装置。