JP5695551B2 - 漏洩同軸ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、漏洩同軸ケーブルに関し、特に、結合損失が安定化された漏洩同軸ケーブル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６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ＬＣＸ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。

このようなＬＣＸを製造するには、まず、内部導体１０２の周囲に円柱状の絶縁体１０３を形成する。内部導体１０２は、絶縁体１０３の中心軸に沿って挿通された状態となる。次に、絶縁体１０３の外周面に、金属テープを縦添え状に巻き付ける。この金属テープには、スロット部１０１となる開孔が設けられている。この金属テープは、外部導体１０４となる。そして、この外部導体１０４上に外被１０５を形成することにより、ＬＣＸが完成する。

ＬＣＸにおいては、伝送損失の影響で給電側から遠ざかるほど受信電力が減少する問題がある。すなわち、ＬＣＸとの間隔を一定に保ちながらアンテナを移動させると、アンテナが給電側から遠ざかるにつれて、ＬＣＸの伝送損失のために、アンテナの受信電力は減少する。これを防止するために、結合損失をケーブルの長さ方向について安定化させることが要請されている。

給電側からの距離にかかわらず、信号レベルの変動を小さくするためには、非特許文献１に記載されているように、スロット部１０１からの放射効率を変化させればよい。この技術は、一般にグレーディングと呼ばれている。すなわち、結合損失の異なるＬＣＸを組み合わせて、その伝送損失を補償するように、給電側から遠い部分に結合損失の小さな（電磁波漏洩量の多い）ＬＣＸを使用すれば、同一の結合損失を有するＬＣＸのみで構成するよりも長く、かつ、受信レベル変動幅の小さい通信システムを構成することができる。

非特許文献１（２．４．２項、ｐ２７）には、図７に示すように、結合損失の異なる４種類のＬＣＸ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を使用した「ステップグレーディング型」のＬＣＸが記載されている。結合損失を変化させるためには、スロット部１０１の形状（長さ、幅、角度など）を変化させる必要がある。

また、特許文献１、特許文献２には、異なる結合損失のＬＣＸを接続するのではなく、ケーブル自体の結合損失を長手方向にわたって徐々に変化させることで、ケーブル自体にグレーディングの機能を持たせる試みが記載されている。特許文献１には、ケーブル長手方向の受信電力レベルの変化を小さくするために、スロット角度を徐々に変化させることにより結合損失を徐々に変化させ、結合損失の変化を緩和することが記載されている。特許文献２には、スロットの大きさや密度を変化させることにより、結合損失の変化を緩和することが記載されている。

特開２００３−５１７１３号公報 特開平４−１１３７０８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２章ＬＣＸの基礎特性

非特許文献１に記載されているように、結合損失の異なるＬＣＸを組み合わせた「ステップグレーディング型」のＬＣＸにおいては、複数のＬＣＸを接続するために多数のコネクタが必要であり、施工工事に余分な手間がかかる。また、異なる結合損失のＬＣＸ同士を接続した部分において、受信レベルがステップ状に大きく変化するという問題がある。

特許文献１、特許文献２に記載された技術においては、「連続グレーディング型」となり、結合損失が大きく変動する箇所は解消されるが、良好な平坦度を実現することが難しい。すなわち、特許文献１、特許文献２においては、結合損失の変化を小さくするためのスロット角度を変化させる設定根拠（設計根拠）が不明確であり、どのようなプロファイルで各スロットを変化させていくか明確な手法が無く、さらに、製造の困難性も相まって、結合損失の変化を小さくすることは困難である。そのため、グレーディングの実現には、製造性や設計のしやすさを優先して、非特許文献１のような「ステップグレーディング型」が主流となっている。

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、ケーブルの長さ方向について結合損失の変化を良好に平坦にする設定根拠（設計根拠）を明確にし、製造が容易であり、かつ、ケーブルの長さ方向について結合損失が安定化されたＬＣＸ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ＬＣＸは、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
中心導体と中心導体を被覆した絶縁体と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って、スロット部の長さをＬ、ケーブルの長さ方向に対する角度をθとしたとき、ケーブルの長さ方向について、〔log（Ｌ²sin２θ）〕が一定比率で増加しており、漏洩電磁界の漏洩量がケーブル長さ方向について給電側から離れるにしたがって連続的に増加し、漏洩同軸ケーブル中の損失が補償され、ケーブルの長さ方向について受信レベルが一定となることを特徴とするものである。

〔構成２〕
構成１を有する漏洩同軸ケーブルにおいて、スロット部の長さ、または、スロット部の角度、あるいは、長さ及び角度の両方が、ケーブルの全長に渡って連続的に変化してい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を有する漏洩同軸ケーブルにおいて、角度θの範囲として、５≦θ≦３０（deg）、かつ、長さＬの範囲として、絶縁体の外径をＤとしたとき、Ｌ≦Ｄ／２×sin（θ） であることを特徴とするものである。

〔構成４〕
構成１乃至構成３のいずれか一を有する漏洩同軸ケーブルにおいて、スロット部は、化学的に金属を溶かすエッチング、レーザによる切削加工、回転刃による切削加工、または、カッティングプロッタによる切削加工により作成されたもの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ＬＣＸにおいては、スロット部の長さをＬ、ケーブルの長さ方向に対する角度をθとしたとき、ケーブルの長さ方向について、〔log（Ｌ²sin２θ）〕が一定比率で増加しており、漏洩電磁界の漏洩量がケーブル長さ方向について給電側から離れるにしたがって連続的に増加し、漏洩同軸ケーブル中の損失が補償され、ケーブルの長さ方向について受信レベルが一定となる。

構成２を有する本発明に係るＬＣＸにおいては、スロット部の長さ、または、スロット部の角度、あるいは、長さ及び角度の両方が、ケーブルの全長に渡って連続的に変化しており、ケーブルの長さ方向について受信レベルが一定となる。

構成３を有する本発明に係るＬＣＸにおいては、角度θの範囲として、５≦θ≦３０（deg）、かつ、長さＬの範囲として、絶縁体の外径をＤとしたとき、Ｌ≦Ｄ／２×sin（θ） であるので、前記比例関係が良好に得られ、ケーブルの長さ方向について受信レベルが一定となる。

構成４を有する本発明に係るＬＣＸにおいては、スロット部は、化学的に金属を溶かすエッチング、レーザによる切削加工、回転刃による切削加工、または、カッティングプロッタによる切削加工により作成されたものであるので、実用的に製造可能である。

すなわち、本発明は、ケーブルの長さ方向について結合損失の変化を良好に平坦にする設定根拠（設計根拠）を明確にし、製造が容易であり、かつ、ケーブルの長さ方向について結合損失が安定化されたＬＣＸを提供することができるものである。

ＬＣＸにおけるスロット長Ｌ及びスロット角度θを示す側面図である。 ＬＣＸにおけるスロット長Ｌ及びスロット角度θ（log（Ｌ^２sin２θ））と結合損失Ｌｃとの関係の例を示すグラフである。 スロット長Ｌ及びスロット角度θを変化させた場合のケーブル長手方向における信号受信レベルの変化の例を示すグラフである。 本発明の実施例のＬＣＸにおけるケーブル長手方向についてのスロット長Ｌの変化を示すグラフである。 本発明の実施例のＬＣＸにおけるケーブル長手方向についての受信レベルの変化を示すグラフである。 ＬＣＸの構成を示す側面図である。 従来から用いられているステップグレーディング型ＬＣＸにおける信号レベルと給電側からの距離との関係の例を示すグラフである。

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。

図６は、ＬＣＸの構成を示す側面図である。

本発明に係るＬＣＸの製造方法により製造されるＬＣＸは、図６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。

図１は、ＬＣＸにおけるスロット長Ｌ及びスロット角度θを示す側面図である。

本発明は、ＬＣＸを使用した無線システムにおける受信レベルをケーブル長手方向について平坦化することができるＬＣＸを提供するものである。一般に、ジグザグスロット型のＬＣＸでは、図１に示すスロット長Ｌ（ｍｍ）及びスロット角度（θrad）と、結合損失Ｌｃ（ｄＢ）との関係は、下記の式で表される。
Ｌｃ∝log（Ｌ^２sin２θ）（ただし、logは常用対数）

本発明においては、ＬＣＸにおける伝送損失による長手方向の受信レベル低下を補償するため、結合損失が徐々に変化するように、各スロット部１０１のスロット長Ｌ及びスロット角度θを、上式に沿った値となるように設計し、製造する。スロット長Ｌ及びスロット角度θの一方のみを変化させてもよいし、両方を同時に変化させてもよい。

長さＬと角度θとは、上式が比例関係を得られる範囲に限られ、具体的には、下記の通りとなる。
５≦θ≦３０（deg）
Ｌ≦Ｄ／２×sin（θ）（ただし、Ｄは絶縁体の外径）

なお、従来、ＬＣＸのスロット部の多くは金型を用いたプレス加工により加工していたが、現在では、化学的に金属を溶かすエッチング加工、レーザによる切削加工、回転刃による切削加工、及び、カッティングプロッタによる切削加工が実用的となり、設計の自由度が上がっているので、これらいずれかの加工方法により、本発明におけるようなスロット部１０１を有するＬＣＸの製造は可能である。

エッチング加工を使用する場合には、まず、レジストインクを、目的とする開孔パターンにしたがって外部導体１０４となる金属テープに印刷する。このとき、スロット部１０１の描かれたレジストパターンを金属テープに直接印刷するので、高精度のフォトマスクを作製する必要は無く、また、フォトマスクをレジスト面に高精度に配置する必要も無い。また、印刷は、インクジェットプリンタによって行うことができるので安価に行うことができる。また、レジストインクを、スロット部１０１となる部分を除いた領域のみに印刷するようにすれば、資源の節約になる。

ここで用いるレジストインクとしては、特開２００９−３５７００号公報に記載されたチッソ株式会社製のものや、特開２０１０−５３１７７号公報に記載された東京インキ株式会社製のものなどを使用することができる。

そして、レジストパターンに露光し、レジストインクを硬化させて金属テープに焼き付ける。次に、金属部が露出したスロット部１０１となる箇所の金属を、エッチングにより除去して、開孔を形成し、金属テープ上に残っているレジストインクを除去すれば、開孔が形成された金属テープが完成する。この金属テープを、絶縁体１０３上に縦添えにして巻き付けて、外部導体１０４とする。

図２は、ＬＣＸにおけるスロット長Ｌ及びスロット角度θ（log（Ｌ^２sin２θ））と結合損失Ｌｃとの関係を示すグラフである。

図２に示すように、横軸にlog（Ｌ^２sin２θ）をとり、縦軸に結合損失Ｌｃをとると、ほぼ直線の関係（比例関係）となり、これらが一対一で対応づけられる。

図３は、スロット長Ｌ及びスロット角度θを変化させた場合のケーブル長手方向における信号受信レべルの変化を示すグラフである。

図３に示すように、スロット長Ｌ及びスロット角度θをケーブル長手方向に対してlog（Ｌ^２sin２θ）が一定比率で変化するように連続グレーディングを行った場合と、スロット長Ｌのみをケーブル長手方向に一定比率で変化するように連続グレーディングを行った場合と、スロット角度θのみをケーブル長手方向に一定比率で変化するように連続グレーディングを行った場合とについて、ケーブル長手方向における信号受信レべルの変化を算出した。

算出条件は、図２に示した特性を有するＬＣＸを用いて、送信出力を０ｄＢｍ、ケーブル減衰量を０．５ｄＢ／ｍとして、給電側からの距離０ｍ及び４０ｍにおいて等しい信号受信レベル（８０ｄＢｍ）となるようにした。

図３からわかるように、log（Ｌ^２sin２θ）が一定比率で変化するようにスロット長Ｌ及びスロット角度θを変化させた場合が、受信レベルが最も平坦となり、良好な結果となった。ケーブルの特性や、狙いとする信号受信レベル及びケーブル長によって、長手方向の変動レベルには違いがあるが、log（Ｌ^２sin２θ）が一定比率で変化する場合には、受信レベルが平坦となることがわかった。

本発明の実施例として、ＬＣＸを作成した。銅箔とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Polyethyleneterephthalate）とを貼り合わせたテープを外部導体１０４とし、この外部導体１０４に、エッチング加工により、スロット部１０１を形成した。このスロット部１０１は、log（Ｌ^２sin２θ）が一定比率で変化するようにし、４０ｍに亘って、給電側から終端側まで一定の信号受信レベルとなるようにした。

図４は、本発明の実施例のＬＣＸにおけるケーブル長手方向についてのスロット長Ｌの変化を示すグラフである。

このＬＣＸにおいては、具体的には、スロット角度θを３０度の一定値とし、スロット長Ｌを、図４に示すように、log（Ｌ^２sin２θ）が一定比率で変化するように変化させた。

図５は、本発明の実施例のＬＣＸにおけるケーブル長手方向についての受信レベルの変化を示すグラフである。

このＬＣＸに、０ｄＢｍの信号を入力したときの受信レべルを測定した。図５に示すように、ＬＣＸにおける減衰の影響が補償され、ケーブル長手方向について、受信レベルがほぼ一定となっていることが確認された。

本発明は、漏洩同軸ケーブルに適用され、特に、結合損失が安定化された漏洩同軸ケーブルに適用される。

１ ＬＣＸ
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 (4)

1. 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って、
   スロット部の長さをＬ、ケーブルの長さ方向に対する角度をθとしたとき、ケーブルの長さ方向について、〔log（Ｌ²sin２θ）〕が一定比率で増加しており、漏洩電磁界の漏洩量がケーブル長さ方向について給電側から離れるにしたがって連続的に増加し、漏洩同軸ケーブル中の損失が補償され、ケーブルの長さ方向について受信レベルが一定となる
   ことを特徴とする漏洩同軸ケーブル。
2. 前記スロット部の長さ、または、スロット部の角度、あるいは、長さ及び角度の両方が、ケーブルの全長に渡って連続的に変化している
   ことを特徴とする請求項１記載の漏洩同軸ケーブル。
3. 前記角度θの範囲として、５≦θ≦３０（deg）、かつ、前記長さＬの範囲として、前記絶縁体の外径をＤとしたとき、Ｌ≦Ｄ／２×sin（θ） である
   ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の漏洩同軸ケーブル。
4. 前記スロット部は、化学的に金属を溶かすエッチング、レーザによる切削加工、回転刃による切削加工、または、カッティングプロッタによる切削加工により作成されたものである
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の漏洩同軸ケーブル。

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