JP6279805B2 - 漏洩同軸ケーブル - Google Patents
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Description
内部導体に供給された電磁波信号は、外部導体により遮蔽されるが、放射部であるスロットを通して外部に漏洩する。すなわち、漏洩同軸ケーブルはケーブル型アンテナであり、特殊な細長い送受信アンテナといえる。
一般に、漏洩同軸ケーブルの外部導体には金属テープが用いられるが、金属テープは可撓性が劣るため、漏洩同軸ケーブルを屈曲させると外部導体にはスロットから亀裂が生じやすい。可撓性が優れた漏洩同軸ケーブルを実現するため、スパイラル状に金属テープを巻き付けた横巻き型、または編組型の外部導体を用いることが提案されている(特許文献1,2を参照)。
この問題を解決するため、編組などの第1外部導体と、離間配置された複数の第2外部導体とを備え、第2外部導体の電気長(遮蔽部の電気長)が、隣り合う第2外部導体間の電気長(放射部の電気長)と同じである漏洩同軸ケーブルが提案されている(特許文献3を参照)。
その場合、積層体53を用いて作製された漏洩同軸ケーブルは、隣り合う第2外部導体間56,56間の長さが設計値より大きくなることがある。そのため、電磁波の放射角が設計値からずれる、垂直な放射角度となる周波数で漏洩同軸ケーブル中に大きな電圧定在波比(VSWR)が生じる、等の問題が発生することがある。
前記主外部導体はテープ状に形成され、前記複数の連結部は、前記主導体の幅方向に離れて形成されていることが好ましい。
前記複数の連結部は、前記主導体の一方の側縁部に形成された第1連結部と、前記主導体の他方の側縁部に形成された第2連結部とを有することが好ましい。
前記複数の連結部は、前記主導体の幅方向の中間部に形成された第3連結部を有することが好ましい。
前記軸方向において、前記遮蔽部の電気長が前記放射部の電気長と同じであることが好ましい。
前記信号の伝搬波長の自由空間波長に対する波長短縮率をνとして、前記主導体のピッチが、前記伝搬波長の{1/(1+0.766ν)}倍〜{3/(1+ν)}倍の範囲であることが好ましい。
前記主導体のピッチは、前記伝搬波長の0.9倍〜1.1倍であることが好ましい。
前記副外部導体は、前記導体素線を用いた編組または横巻であることが好ましい。
前記主外部導体はテープ状に形成され、前記複数の連結部は、前記主導体の幅方向に離れて形成されていることが好ましい。
前記複数の連結部は、前記主導体の一方の側縁部に形成された第1連結部と、前記主導体の他方の側縁部に形成された第2連結部とを有することが好ましい。
前記複数の連結部は、前記主導体の幅方向の中間部に形成された第3連結部を有することが好ましい。
前記軸方向において、前記遮蔽部の電気長が前記放射部の電気長と同じであることが好ましい。
前記信号の伝搬波長の自由空間波長に対する波長短縮率をνとして、前記主導体のピッチが、前記伝搬波長の{1/(1+0.766ν)}倍〜{3/(1+ν)}倍の範囲であることが好ましい。
前記主導体のピッチは、前記伝搬波長の0.9倍〜1.1倍であることが好ましい。
本発明の一態様は、前記信号の一部が外部へ漏洩する遮蔽密度で導体素線を配置した副外部導体を有することが好ましい。
前記副外部導体は、前記導体素線を用いた編組または横巻であることが好ましい。
したがって、電磁波の放射角が設計値からずれる、垂直な放射角度となる周波数で漏洩同軸ケーブル中に大きな電圧定在波比(VSWR)が生じる、等の問題が起こらず、漏洩同軸ケーブルとして優れた特性が得られる。
内部導体1は、例えば、銅などの金属等の導体からなる線条体である。C1は内部導体1の中心軸である。
絶縁体2は、内部導体1の外周面を覆って設けられる。絶縁体2には、発泡ポリエチレンなどの絶縁性の樹脂が用いられる。
主導体8は矩形状とされており、一定のピッチPで長さ方向に配列されることが好ましい。
連結部9は、例えば一定の幅を有する帯状であって長さ方向(X方向)に延在している。連結部9は、主導体8と一体に形成されていることが好ましい。
連結部9,9は、主導体8の幅方向に距離をおいて形成されているため、幅方向の広い範囲にわたって主導体8,8間の長さの変化を防ぐことができる。
図5では、スロット13は、例えば隣り合う主導体8,8の内縁8a,8aと、連結部9,9の内縁9a,9aとによって区画された平面視矩形の開口部である。主導体8,8の内縁8a,8aは幅方向(Y方向)に沿う直線状に形成され、互いに平行である。連結部9,9の内縁9a,9aは長さ方向(X方向)に沿う直線状に形成され、互いに平行である。
導体部6は、金属(銅等)などの導体からなる。導体部6は、銅箔などの金属箔、めっき膜などの金属層であってもよいし、導電性樹脂膜などであってよい。
シース4は、難燃ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの樹脂からなり、外部導体3を覆って設けられる。
図1、図3および図4に示すように、放射部12は、隣り合う主導体8,8の間の長さLsの領域である。放射部12は、長さ方向の範囲がスロット13と一致する領域である。図3に示すように、連結部9はスロット13を覆わないように配置されるのが好ましい。2つの連結部9は一部または全部が重なる位置にあってもよい。
遮蔽部11および放射部12の長さLw,Lsは実質的に等しくされる。
放射部12では、導体がないため、漏洩同軸ケーブル10の外部へ電磁波が放射される。主導体8のピッチPは、供給される高周波信号の周波数に応じて定められる。
ν = 1/(εs)1/2 ・・・(2)
(1+1/ν)/2 < λ/P < (1+1/ν) ・・・(3)
(1+1/ν)/3 < λ/P < (1+1/ν) ・・・(4)
即ち、放射角が−90°から、−3次モードが生じる+30°の範囲が使用可能となる。
λg/(1+ν)< P <3λg/(1+ν) ・・・(5)
ここで、λgは漏洩同軸ケーブル10中での伝搬波長で、λg=νλである。なお、経験的には、−1次モードの放射角は、−50°が実用的な限界角度である。したがって、ピッチPは、以下の範囲が望ましい。
λg/(1+0.776ν)< P <3λg/(1+ν) ・・・(6)
これに対し、漏洩同軸ケーブル10では、放射部12と遮蔽部11の物理長である長さLs、Lwをほぼ等しくする。放射部12のインピーダンスZ1は、遮蔽部11のインピーダンスZ2に比べて大きい。したがって、放射部12と遮蔽部11の境界面では伝搬信号が僅かに反射される。例えば、放射部12から遮蔽部11への伝搬信号の反射電圧V1は、(Z2−Z1)/(Z2+Z1)であり、遮蔽部11から放射部12への伝搬信号の反射電圧V2は(Z1−Z2)/(Z2+Z1)である。反射電圧V1と反射電圧V2は互いに位相が逆となる。
したがって、反射波は、漏洩同軸ケーブル10減衰量や多重反射の影響を考慮すると厳密には0とはならないが、ほぼ0とすることができる。その結果、VSWRを抑制することができ、−1次モードでの放射角が0°となる周波数でも利用可能となる。具体的には、漏洩同軸ケーブル10では、ピッチPが、漏洩同軸ケーブル10中の伝搬波長の0.9倍〜1.1倍の範囲であってよい。
内部導体1を内蔵する絶縁体2を用意する。
図5に示すテープ状の外部導体3を絶縁体2に縦添えし、絶縁体2を包み込むように形成する。次いで、外部導体3の外周側にシース4を形成する。
これによって、図1〜図4に示す漏洩同軸ケーブル10を得る。
したがって、電磁波の放射角が設計値からずれる、垂直な放射角度となる周波数で漏洩同軸ケーブル中に大きな電圧定在波比(VSWR)が生じる、等の問題が起こらず、漏洩同軸ケーブルとして優れた特性が得られる。
また、漏洩同軸ケーブル10は、外部導体3の主導体8が離間配置されているため、可撓性が高く、取扱い性の点で優れている。
漏洩同軸ケーブル10Aは、外部導体3の外周面(詳しくは絶縁性膜7の外周面)とシース4の内周面との間に接着層14が設けられ、接着層14を介して外部導体3とシース4とが接着されていること以外は、図1等に示す漏洩同軸ケーブル10と同様の構成である。接着層14に使用される接着剤には特に限定はなく、例えばウレタン系、エポキシ系などを適宜選択して用いることができる。
接着層14を介して外部導体3とシース4とを接着することによって、放射部12および遮蔽部11の長さLs、Lw、あるいはピッチPの変動を防ぐことができる。そのため、電磁波の不安定な放射などを抑制し、漏洩同軸ケーブル10Aの特性を長期にわたって安定して得ることができる。
漏洩同軸ケーブル10Bは、外部導体3の内周面(詳しくは絶縁性膜7の内周面)と絶縁体2の外周面との間に接着層15が設けられ、接着層15を介して外部導体3と絶縁体2とが接着されている。
外部導体3は、絶縁性膜7を内周面側にして設けられる。接着層15に使用される接着剤は、第1変形例における接着層14と同様である。
接着層15を介して外部導体3と絶縁体2とを接着することによって、放射部12および遮蔽部11の長さLs、Lw、あるいはピッチPの変動を防ぐことができる。そのため、電磁波の不安定な放射などを抑制し、漏洩同軸ケーブル10Bの特性を長期にわたって安定して得ることができる。
漏洩同軸ケーブル20は、第1外部導体5が設けられていること以外は、第1実施形態の漏洩同軸ケーブル10と同様の構成である。
第1外部導体5は、例えば金属(銅など)等の導体素線を用いた導電性編組、金属テープの横巻等であってよい。第1外部導体5は、絶縁体2の外周面に設けられている。
なお、遮蔽密度は、絶縁体2の表面積に対する、絶縁体2表面に配置された導体素線の面積の比である。
遮蔽部21および放射部22の長さは実質的に等しくされる。
遮蔽部21では、第2外部導体3(主導体8)が高周波信号を遮蔽するため、外部には高周波信号は放射されない。放射部22では、高周波信号の一部が外部へと漏洩する。
したがって、電磁波の放射角が設計値からずれる、垂直な放射角度となる周波数で漏洩同軸ケーブル中に大きな電圧定在波比(VSWR)が生じる、等の問題が起こらず、漏洩同軸ケーブルとして優れた特性が得られる。
漏洩同軸ケーブル20は、第1外部導体5として編組または横巻きが用いられ、かつ第2外部導体3の主導体8が離間配置されているため、可撓性が高く、取扱い性の点で優れている。
漏洩同軸ケーブル20Aは、内部導体1と、絶縁体2と、第2外部導体3と、第2外部導体3の外周面側に設けられた第1外部導体5と、シース4とを有する。
漏洩同軸ケーブル20Aは、第1外部導体5が第2外部導体3の外周面側に設けられていること以外は、図8等に示す漏洩同軸ケーブル20と同様の構成である。
第2外部導体3は、導体部6を外周面側にして設けられる。
第1外部導体5は、第2外部導体3を覆って設けられる。第1外部導体5は第2外部導体3の導体部6に当接可能である。
漏洩同軸ケーブル20Bは、第2外部導体3の外周面(詳しくは絶縁性膜7の外周面)とシース4の内周面との間に接着層16が設けられ、接着層16を介して第2外部導体3とシース4とが接着されていること以外は、図8等に示す漏洩同軸ケーブル20と同様の構成である。接着層16に使用される接着剤には特に限定はなく、例えばウレタン系、エポキシ系などを適宜選択して用いることができる。
接着層16を介して第2外部導体3とシース4とを接着することによって、放射部22および遮蔽部21の長さLs、Lw、あるいはピッチPの変動を防ぐことができる。そのため、電磁波の不安定な放射などを抑制し、漏洩同軸ケーブル20Bの特性を長期にわたって安定して得ることができる。
漏洩同軸ケーブル20Cは、第2外部導体3の内周面(詳しくは絶縁性膜7の内周面)と絶縁体2の外周面との間に接着層17が設けられ、接着層17を介して第2外部導体3と絶縁体2とが接着されていること以外は、図8等に示す漏洩同軸ケーブル20と同様の構成である。接着層17に使用される接着剤は、第2変形例における接着層16と同様である。
接着層17を介して第2外部導体3と絶縁体2とを接着することによって、放射部22および遮蔽部21の長さLs、Lw、あるいはピッチPの変動を防ぐことができる。そのため、電磁波の不安定な放射などを抑制し、漏洩同軸ケーブル20Cの特性を長期にわたって安定して得ることができる。
漏洩同軸ケーブル10Cは、外部導体3に代えて外部導体3Aを有すること以外は、図4等に示す第1実施形態の漏洩同軸ケーブル10と同様の構成である。
連結部19は、隣り合う主導体8,8の幅方向の中間部分(例えば幅方向の中央)において、主導体8,8を連結して形成されている。連結部19は、例えば一定の幅を有する帯状であって長さ方向(X方向)に延在している。
外部導体3Aでは、連結部19を有するため、主導体8,8が離間する方向の伸び変形はさらに起こりにくくなる。そのため、隣り合う主導体8,8間の長さが設計値から外れるのを防ぐことができる。
外部導体3Aは、図8等に示す第2実施形態の漏洩同軸ケーブル20の第2外部導体3に代えて用いてもよい。
図17は、外部導体3の第3変形例である外部導体3Cの斜視図である。外部導体3Cの導体部6Cは、主導体8,8の間に、連結部9に代えて、図15に示す連結部19が設けられている点で、図5等に示す導体部6と異なる。連結部19は、主導体8,8の幅方向の中央に設けられている。
図16および図17に示す外部導体3B,3Cは、図5等に示す外部導体3と同様に、隣り合う主導体8,8を連結する連結部9または連結部19が設けられているため、放射部12の長さが設計値から大きく外れるのを防ぐことができる。
図18に示すように、導体部6と絶縁性膜7とが積層されたテープ状の外部導体3(外部導体3テープ)を作製した。
導体部6には、厚さ10μmの銅箔を使用した。放射部の長さLS、遮蔽部の長さLW、テープの幅WT、スロット13の幅WS(図5参照)を表1に示す。絶縁性膜7には厚さ12μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを使用した。
治具(図示略)により、間隔200mmで外部導体3を把持し、速度10mm/minで長さ方向に引張力を加えた。
図19に示すように、連結部9がないこと以外は実施例1の外部導体3と同様の外部導体53を作製した。実施例1と同様にして外部導体53に引張力を加えた。
一般的に、漏洩同軸ケーブルを作製する際に外部導体テープに加わる引張力は200gf程度である。ケーブル作製を想定した場合、前記試験結果から、比較例1の放射部の長さLSの伸びは0.5%であるのに対し、実施例1の放射部の長さLSの伸びは0.05%であり、実施例1を採用することによる放射部の伸びの抑制効果は約10分の1である。
比較例1の外部導体テープを用いること以外は実施例1と同様にして漏洩同軸ケーブルを作製した。
漏洩同軸ケーブルでは、外部導体のスロットにより、特定の周波数で共振が発生し、VSWRを増大させる。n次共振周波数frnは、以下の計算式によって導かれる。cは光の速さ、nは自然数、Pはスロットピッチ、εSは比誘電率である。
図21に示す結果より、比較例1は、2.5GHzでVSWRが増大しており、2次共振が発生していることがわかる。
これに対し、実施例1は、2.5GHzでのVSWRの増大は見られず、2次共振が抑制できていることが確認できる。
Claims (8)
- 軸方向に延在し、信号が伝搬する内部導体と、
前記内部導体を覆う絶縁体と、
前記絶縁体の外面側に設けられた主外部導体と、
前記主外部導体の外面側に設けられた副外部導体と、を備え、
前記主外部導体は、テープ状の導体部と、前記導体部に積層されたテープ状の絶縁性膜とを有し、
前記導体部は、前記軸方向に間隔をおいて配置された複数の主導体と、隣り合う主導体を連結する1または複数の連結部とを有し、
前記主導体は、前記信号を遮蔽する遮蔽部を構成し、かつ隣り合う前記主導体の間に前記信号の一部が外部へ漏洩する放射部が確保されており、
前記副外部導体は、前記信号の一部が外部へ漏洩する遮蔽密度で導体素線を配置して構成されていることを特徴とする漏洩同軸ケーブル。 - 前記主外部導体はテープ状に形成され、
前記複数の連結部は、前記主導体の幅方向に離れて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の漏洩同軸ケーブル。 - 前記複数の連結部は、前記主導体の一方の側縁部に形成された第1連結部と、前記主導体の他方の側縁部に形成された第2連結部とを有することを特徴とする請求項2に記載の漏洩同軸ケーブル。
- 前記複数の連結部は、前記主導体の幅方向の中間部に形成された第3連結部を有することを特徴とする請求項3に記載の漏洩同軸ケーブル。
- 前記軸方向において、前記遮蔽部の電気長が前記放射部の電気長と同じであることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の漏洩同軸ケーブル。
- 前記信号の伝搬波長の自由空間波長に対する波長短縮率をνとして、前記主導体のピッチが、前記伝搬波長の{1/(1+0.766ν)}倍〜{3/(1+ν)}倍の範囲であることを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の漏洩同軸ケーブル。
- 前記主導体のピッチは、前記伝搬波長の0.9倍〜1.1倍であることを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の漏洩同軸ケーブル。
- 前記副外部導体が、前記導体素線を用いた編組または横巻であることを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の漏洩同軸ケーブル。
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