(57)【要約】【課題】  高周波電流を流した際の、中心導体の抵抗を制御可能な高周波同軸ケーブルを提供するものである。【解決手段】  本発明に係る高周波同軸ケーブル１０は、高周波電流が中心導体１３を流れるものであり、中心導体１３が、常磁性金属材料で構成される内層部１１と、所定のキュリー温度を有し、強磁性金属材料で構成される外層部１２とを備えたものである。【選択図】  図１
2006164721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電流が中心導体を流れる高周波同軸ケーブルにおいて、上記中心導体が、常磁性金属材料で構成される内層部と、所定のキュリー温度を有し、強磁性金属材料で構成される外層部とを備えたことを特徴とする高周波同軸ケーブル。
【請求項２】
上記キュリー温度が200℃以下である請求項１記載の高周波同軸ケーブル。
【請求項３】
上記外層部の層厚が、外層部の温度がキュリー温度以上に達した時に、表皮効果によって外層部を流れていた高周波電流が内層部に浸透可能な厚さ以下である請求項１又は２記載の高周波同軸ケーブル。
【請求項４】
上記中心導体が管状材である請求項１から３いずれかに記載の高周波同軸ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電流が中心導体を流れる高周波同軸ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、同軸ケーブルは、図２に示すように、主に銅などで構成される中心導体（内部導体）２３の周りに、順にポリエチレンなどで構成される絶縁体層２４、金属編組や金属管などで構成される外部導体２５、塩化ビニールやポリエチレンなどで構成される被覆（シース）２６を有する多層構造となっている（例えば、特許文献１参照）。このような構造を採用することで、外部導体２５が外界からの電磁波の影響を抑えて信号伝送特性が安定となり、かつ、可撓性も良好となる。
【０００３】
この同軸ケーブル２０は、その優れた特性（高性能な周波数特性、減衰特性、耐環境性など）のため、用途範囲が高周波回路やコンピュータなどのリード線や内部配線、又はアンテナ給電線など多岐にわたっており、その種類も多彩である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０８８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
中心導体に高周波電流を流すと、表皮効果により、電流は主に中心導体の表面部を流れ、内部を流れる電流は少なくなる。すなわち、中心導体の内部は、電子の伝導にほとんど寄与しなくなる。このため、中心導体の見かけ上の断面積（電流が流れている部分の断面積）が減少し、中心導体の抵抗が大きくなる。抵抗が大きくなると、ジュール熱による発熱によって中心導体の温度が上昇し、伝導電子が中心導体中の原子や分子により散乱されるようになる。それによって、中心導体の抵抗が更に大きくなってしまうという問題があった。インピーダンスマッチングを図っている高周波同軸ケーブルにおいて、中心導体の抵抗が増加するとインピーダンスが変わってしまうため、好ましくない。
【０００６】
そこで、表皮効果の影響を少なくし、中心導体の抵抗増加を抑えるためには、中心導体の直径を小さくし、中心導体内部における電子の伝導に寄与しない部分を少なくする必要がある。
【０００７】
しかしながら、中心導体の直径をより小さくすることで、表皮効果の影響を少なくすることはできるものの、中心導体の実際の断面積が減少するため、中心導体の抵抗が増大してしまう。その結果、再びジュール熱による中心導体の温度上昇が生じてしまい、中心導体の抵抗が更に大きくなるという問題が生じてしまう。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、高周波電流を流した際の、中心導体の抵抗を制御可能な高周波同軸ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく本発明に係る高周波同軸ケーブルは、高周波電流が中心導体を流れる高周波同軸ケーブルにおいて、上記中心導体が、常磁性金属材料で構成される内層部と、所定のキュリー温度を有し、強磁性金属材料で構成される外層部とを備えたものである。
【００１０】
ここで、キュリー温度は200℃以下であることが好ましい。また、外層部の層厚は、外層部の温度がキュリー温度以上に達した時に、表皮効果によって外層部を流れていた高周波電流が内層部に浸透可能な厚さ以下とされる。さらに、中心導体は管状材であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高周波同軸ケーブルのインピーダンスを、ほぼ一定に又は可変に制御することができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
本発明の好適一実施の形態に係る高周波同軸ケーブルの斜視概略図を図１に示す。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態に係る高周波同軸ケーブル１０は、高周波電流が流れる中心導体１３の周りに、順に高発泡ポリエチレンで構成される絶縁体層１４、可撓性金属管（例えば、コルゲート管）で構成される外部導体１５、ポリエチレンで構成される被覆（シース）１６を有するものである。
【００１５】
中心導体１３は、管状を呈しており、常磁性金属材料で構成される内層部１１と、所定のキュリー温度を有し、強磁性金属材料で構成される外層部１２とを備えたものである。この中心導体１３は、内層部１１及び外層部１２を構成する材料の薄板をそれぞれ重ね合わせてクラッド材を形成し、そのクラッド材をパイプ状に加工したもの、又は内層部１１を構成する材料の管材の周囲に外層部１２を構成する材料のめっき処理を施したものなどで構成される。
【００１６】
中心導体１３における外層部１２の構成材としては、強磁性を有し、かつ、200℃以下、好ましくは高周波同軸ケーブルの使用環境温度に近い100℃以下のキュリー温度を有するものであれば特に限定するものではない。外層部１２の構成材として、例えば、Ｎｉ合金、具体的にはNi201、Ni212、Ni270などが挙げられる。
【００１７】
中心導体１３における内層部１１の構成材としては、常磁性を有し、かつ、導電性が良好なものであれば特に限定するものではない。内層部１１の構成材として、例えば、Ａｌ又はＡｌ合金、Ｃｕ又はＣｕ合金、Ａｇ又はＡｇ合金などが挙げられる。
【００１８】
内層部１１及び外層部１２のサイズ、寸法は、高周波同軸ケーブルに要求されるインピーダンスに応じて適宜決定されるものである。この際、外層部１２の層厚は、外層部１２の温度がキュリー温度以上に達した時に、表皮効果によって外層部１２を流れていた高周波電流が内層部１１に浸透可能な厚さ（表皮深さ）以下となるように調整される。この浸透可能な厚さは構成材の種類や電流の周波数により異なるが、例えば外層部１２にＮｉを用いた場合においては、周波数が0.1GHzの時には約13μｍ、周波数が1.0GHzの時には約4μｍとなる。
【００１９】
絶縁体層１４の構成材としては、発泡ポリエチレンに限定するものではなく、絶縁体層として慣用的に用いられている材料であれば適用可能であり、例えば、通常のポリエチレンであってもよい。
【００２０】
外部導体１５の構成材としては、可撓性金属管に限定するものではなく、外部導体として慣用的に用いられている材料であれば適用可能であり、例えば、Ｓｎめっき軟銅線などで構成される金属編組が挙げられる。
【００２１】
シース１６の構成材としては、ポリエチレンに限定するものではなく、シース材として慣用的に用いられている材料であれば適用可能であり、例えば、塩化ビニールなどが挙げられる。
【００２２】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００２３】
高周波同軸ケーブルは、所定のインピーダンスを有するように制御されており、その特性インピーダンスＺ0は、(1)式で表される。
【００２４】
【数１】
2006164721.tif 000003
【００２５】
Ｌはインダクタンス、Ｃは静電容量、Ｒは実効導体抵抗、ｊは虚数単位、βは位相量である。
【００２６】
高周波電流の周波数が比較的高い場合、Ｌは(2)式、Ｒは(3)式で表される。
【００２７】
【数２】
2006164721.tif 000004
【００２８】
μは絶縁体の実効透磁率、ｄ1は内層部の外径、ｄ2は外層部の内径である。
【００２９】
【数３】
2006164721.tif 000005
【００３０】
μ1は内層部の透磁率、μ2は外層部の透磁率、ｆは周波数、ρ1は内層部の固有抵抗、ρ2は外層部の固有抵抗である。
【００３１】
先ず、本実施の形態に係る高周波同軸ケーブル１０に高周波電流を流すと、高周波電流は、表皮効果によって中心導体１３における外層部１２の表面を集中的に流れる。言い換えると、外層部１２の温度がキュリー温度未満の場合、外層部１２の透磁率μ2が高いため、外層部１２の表面を流れる高周波電流の浸透深さは浅い。外層部１２を構成する強磁性金属には、磁気モーメントを同一方向に揃えようとする電子間相互作用が磁場として働くことから、自発磁化が存在する。
【００３２】
高周波電流が外層部１２の表面を集中的に流れることにより、中心導体１３の見かけ上の断面積が減少し、等価的な電気抵抗が大きくなる。この電気抵抗の増大に伴い、ジュール熱の発生が多くなり、外層部１２の温度が次第に上昇する。低温で同一方向に整列していた磁気モーメントの方向は、温度が上がると、熱エネルギーの影響でゆらぎ始める。このため、自発磁化が少しずつ減少し、中心導体１３の電気抵抗が更に大きくなり、温度も更に上昇する。
【００３３】
さらに温度が上がると、磁化の減少が急激に進行し、ある温度Ｔｃ以上では完全に磁気モーメントの方向がバラバラになり、自発磁化が消失する。この温度Ｔｃが、キュリー温度と呼ばれている。外層部１２の温度がキュリー温度に達すると、外層部１２が磁性を失い、その透磁率μ2が低くなる。インダクタンスＬは、外層部１２の透磁率μ2の減少による影響はないが、実効導体抵抗Ｒは、外層部１２の透磁率μ2の減少による影響を受けて小さくなる。その結果、外層部１２が、キュリー温度に達して磁性を失うと、同軸ケーブル１０の特性インピーダンスＺ0が減少し、当初の設定値より小さくなる。
【００３４】
ところが、外層部１２の温度がキュリー温度に達し、外層部１２の透磁率μ2が低くなると、高周波電流の浸透深さが深くなる。このため、常磁性金属材料で構成される内層部１１にも高周波電流が流れるようになり、中心導体１３の見かけ上の断面積が増加し、等価的な電気抵抗が小さくなる。この電気抵抗の減少に伴ってジュール熱の発生が次第に少なくなり、外層部１２の温度上昇が止んで温度が低下する。外層部１２の温度がキュリー温度未満になることで磁性が回復し、その透磁率μ2が高くなる。外層部１２の透磁率μ2の増加による影響を受けて実効導体抵抗Ｒが大きくなり、その結果、同軸ケーブル１０の特性インピーダンスＺ0が増加し、当初の設定値に戻る。
【００３５】
このように、本実施の形態に係る高周波同軸ケーブル１０においては、外層部１２のキュリー温度がサーモスタットの設定温度のように作用することで、中心導体１３の温度の変動に応じて高周波電流が流れる部分が変化する。つまり、表皮効果によって外層部１２の表面を高周波電流が流れることで、徐々に中心導体１３の電気抵抗が増加していくが、外層部１２の温度がキュリー温度を超えると、内層部１１にも高周波電流が流れるようになる。これによって、中心導体１３における温度の変動がほぼ一定に保たれ、延いては中心導体１３の電気抵抗がほぼ一定に保たれる。その結果、従来のように、抵抗の増加を抑えるために中心導体の直径を小さくすることなく、高周波同軸ケーブルのインピーダンスをほぼ一定に制御することができる。
【００３６】
本実施の形態に係る高周波同軸ケーブル１０は、そのインピーダンスをほぼ一定に制御する場合について説明を行った。しかし、インピーダンスの制御はほぼ一定に制御するだけではなく、可変に制御することもできる。例えば、高周波同軸ケーブル１０の外部導体１５（又はシース１６）の周囲に温度調整手段（例えば、抵抗加熱式のヒータなど）を配置し、この温度調整手段によって加熱（又は冷却）を行い、温度を任意に調整することで、中心導体１３の温度を任意に変化させることができる。これによって、中心導体１３の抵抗値が任意に変化し、その結果、高周波同軸ケーブル１０のインピーダンスを可変に制御することができる。この時、内層部１１の構成材として、外層部１２の構成材と比較して電気抵抗がより小さいものを採用することで、キュリー温度前後における電気抵抗の差がより大きくなる。これによって、インピーダンスの変動範囲をより広くすることができる。
【００３７】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係る高周波同軸ケーブルの斜視概略図である。
【図２】従来の高周波同軸ケーブルの斜視概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  高周波同軸ケーブル
１１  内層部
１２  外層部
１３  中心導体
【図１】
2006164721.tif 000006
【図２】
2006164721.tif 000007