(57)【要約】【課題】  温度に対する電気長安定度が極めて高い位相安定化同軸ケーブルを安価に提供する。【解決手段】  電気信号あるいは電力を伝送する伝送路を構成する同軸ケーブル１において、全体の温度に対する電気長の変化を相殺するように、温度に対する電気長の変化が異なる２種類以上の同軸ケーブル１１，１２を、伝送路に沿って組み合わせて接続したものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号あるいは電力を伝送する伝送路を構成する同軸ケーブルにおいて、全体の温度に対する電気長の変化を相殺するように、温度に対する電気長の変化が異なる２種類以上の同軸ケーブルを、上記伝送路に沿って組み合わせて接続したことを特徴とする位相安定化同軸ケーブル。
【請求項２】
上記２種類以上の同軸ケーブルは、空気を含んだ樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルと、樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルとからなる請求項１記載の位相安定化同軸ケーブル。
【請求項３】
上記２種類以上の同軸ケーブルは、空気を主体とした絶縁体を有する同軸ケーブルと、樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルとからなる請求項１記載の位相安定化同軸ケーブル。
【請求項４】
上記２種類以上の同軸ケーブルは、空気を主体とした絶縁体を有する同軸ケーブルと、樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルと、空気を含んだ樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルとからなる請求項１記載の位相安定化同軸ケーブル。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載された位相安定化同軸ケーブルを用いて構成したことを特徴とする伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号あるいは電力の伝送を行う同軸ケーブル及びそれを用いた伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
同軸ケーブルは、無線機や送信アンテナなどを備えた伝送システムに好適に用いられ、その伝送システムにおいて、電気信号あるいは電力を伝送する伝送路を構成する。同軸ケーブルは、周囲温度の変化により電気長が変化し、伝送する電気信号あるいは電力の位相が変化する。
【０００３】
このため、特に、使用周波数が高い、あるいは高精度が要求される伝送システムでは、系全体の温度に対する電気長の変化を小さくし、位相を安定化させることが重要である。
【０００４】
同軸ケーブルの温度変化に伴う電気長の変化は、材料が線膨張係数を有することによる実際の物理長の変化と、気体を含めた同軸ケーブルを構成する絶縁体の誘電率の変化とに起因する。
【０００５】
通常、材料の線膨張係数は温度変化に対し正の値を持つため、絶縁体がポリエチレン等の樹脂からなるケーブルの場合には、線膨張係数が温度変化に対し正の値を持ち、温度が上昇すれば、電気長は増加する。
【０００６】
しかし、絶縁体が空気である場合には、温度上昇に対し、電気長の変化は、負の値をとる。これは、空気の誘電率が温度変化に対し、負の値を持っているため、温度変化によるケーブルの寸法変化以上に、ケーブル内部における信号の伝搬速度の上昇度合いの方が大きいためである。
【０００７】
温度変化に伴う電気長変化を抑えるためには、温度上昇に伴う寸法変化と誘電率の変化に伴う伝搬速度の変化が相殺されるようなケーブル、または温度が変化しても寸法・電気長共に変化しないケーブルを製造すればよい。
【０００８】
後者の実現は非常に困難なので、現実的には、空気を含んだポリエチレン（すなわち、発泡ポリエチレン）等を絶縁体として使用した、前者のような相殺させる手法がとられている。
【０００９】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１０】
【非特許文献１】「東京天文台向高位相安定化同軸ケーブルシステムの開発」，大日日本電線時報，昭和５８年７月，第６９号，ｐ．７９−８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、空気を含んだ材料は温度変化に対して強い非線形性を持っている他、ケーブルの寸法には制約・長手方向に製造上のバラツキがあるため、発泡度を一定にして実用十分な水準まで相殺させることは非常に難しい。
【００１２】
現実策として、極力、温度変化が少なくなるように、寸法・材料を選んでケーブルを製造するか、ケーブル内部の気体圧力を制御し、誘電率を微調整するような煩雑な手法がとられている。
【００１３】
このように、従来技術では、絶縁体に空気を含んだ材料を使用し、可能な範囲で電気長を相殺させている。高精度な要求がある場合には、ケーブル内の気体の圧力を測定・演算・制御するため、非常に高価で煩雑な手法がとられている。または、材料・製造条件を厳しく検討・吟味してケーブルを製造している。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、温度に対する電気長安定度が極めて高い位相安定化同軸ケーブル及びそれを用いた伝送システムを安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、電気信号あるいは電力を伝送する伝送路を構成する同軸ケーブルにおいて、全体の温度に対する電気長の変化を相殺するように、温度に対する電気長の変化が異なる２種類以上の同軸ケーブルを、上記伝送路に沿って組み合わせて接続した位相安定化同軸ケーブルである。
【００１６】
請求項２の発明は、上記２種類以上の同軸ケーブルは、空気を含んだ樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルと、樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルとからなる請求項１記載の位相安定化同軸ケーブルである。
【００１７】
請求項３の発明は、上記２種類以上の同軸ケーブルは、空気を主体とした絶縁体を有する同軸ケーブルと、樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルとからなる請求項１記載の位相安定化同軸ケーブルである。
【００１８】
請求項４の発明は、上記２種類以上の同軸ケーブルは、空気を主体とした絶縁体を有する同軸ケーブルと、樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルと、空気を含んだ樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルとからなる請求項１記載の位相安定化同軸ケーブルである。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１〜４いずれかに記載された位相安定化同軸ケーブルを用いて構成した伝送システムである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電気長の温度変化が小さい伝送路を安価に構築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】
【００２１】
本発明者は、温度に対する電気長の変化が異なる２種類以上の同軸ケーブルを使用して伝送路を構成することで、上記目的を実現できるのではないかと考えた。
【００２２】
例えば、全長１０００ｍの伝送路において、５００ＭＨｚの周波数で使用する場合、そのとき長さ５００ｍで使用温度範囲内で６ｍｍ／℃の正の電気長温度変化率を有する同軸ケーブルと、長さ５００ｍで使用温度範囲内で−６ｍｍ／℃の負の電気長温度変化率を有する同軸ケーブルとを組み合わせれば、その伝送路の電気長温度変化率は、零となる。
【００２３】
本発明者は、以上のことを踏まえて鋭意研究した結果、以下に説明する本発明を創案するに至った。
【００２４】
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。
【００２５】
図１は、本発明の好適な第１の実施の形態を示す位相安定化同軸ケーブルを用いた伝送システムの概略図である。
【００２６】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る位相安定化同軸ケーブル１は、電気信号あるいは電力を伝送する伝送路を構成し、系（ここでは、伝送路あるいは伝送システム１０）全体の周囲温度に対する電気長の変化を相殺するように、周囲温度に対する電気長の変化が異なる２種類の同軸ケーブル１１，１２を、伝送路に沿って組み合わせて接続したものである。
【００２７】
本実施の形態では、伝送システム１０として、ある基地局を想定した。各同軸ケーブル１１，１２（伝送路）の長さを２０００ｍ、同軸ケーブル１１のケーブル長さＬ１１を８００ｍ、同軸ケーブル１２のケーブル長さＬ１２を１２００ｍとした。各同軸ケーブル１１，１２は、高さ２００ｍの鉄塔に布設される。無線機２は地上部に配置され、送信アンテナ３は鉄塔の最上部に配置される。なお、伝送路の長さおよび位置する高さには制約はない。
【００２８】
同軸ケーブル１１としては、空気を含んだ樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルを用いる。例えば、図２に示すように、無酸素銅などの銅パイプからなる内部導体２１の外周に発泡ポリエチレン（発泡ＰＥ）からなる絶縁体２２を設け、その絶縁体２２の外周に無酸素銅などの銅コルゲートパイプからなる外部導体２３を設け、その外部導体２３をＰＥからなるシース２４で覆って構成されるものを用いる。
【００２９】
同軸ケーブル１２としては、樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルを用いる。例えば、図３に示すように、無酸素銅などの銅パイプからなる内部導体３１の外周にＰＥからなる絶縁体３２を設け、その絶縁体３２の外周に無酸素銅などの銅コルゲートパイプからなる外部導体３３を設け、その外部導体３３の外周に防湿混和物３４を設け、その防湿混和物３４をＰＥからなる防食層３５で覆って構成されるものを用いる。
【００３０】
ただし、同軸ケーブルの電気長の変化量は、誘電率を変えることにより変化する。例えば、絶縁体が空気であったり、ＰＥなどの樹脂であったりすることで変化する。また、樹脂に入っている空気の量（発泡度）によっても変化する。このため、各同軸ケーブル１１，１２は、製造後、ケーブル長さＬ１１，Ｌ１２に応じて、誘電率、発泡度などのケーブル特性をそれぞれ測定してから、組み合わせて接続される。
【００３１】
一方、伝送システム１０は、電力を供給する無線機２と、無線機２からの電力が供給されて電波を送信する送信アンテナ３とを備え、これら無線機２と送信アンテナ３とを位相安定化同軸ケーブル１で接続して構成される。つまり、無線機２と送信アンテナ３を結ぶ伝送路は、同軸ケーブル１１，１２で２分割して構成される。
【００３２】
第１の実施の形態の作用を説明する。
【００３３】
伝送システム１０では、無線機２から供給された電力は、同軸ケーブル１１，１２の順で伝送され、送信アンテナ３に達することで、送信アンテナ３から電波が送信される。
【００３４】
同軸ケーブル１１は内部導体２１の外径９．３ｍｍ、外部導体２３の外径２６ｍｍ、ケーブル外径２９ｍｍとし、同軸ケーブル１２は内部導体３１の外径９±０．５ｍｍ、絶縁体３２の外径約２０ｍｍ、外部導体３３の外径２５．８±０．５ｍｍ、ケーブル外径約３０ｍｍとした。
【００３５】
このとき、図４に示すように、同軸ケーブル１１の周囲温度に対する電気長変化量（黒丸を結んだ細線）は、周囲温度が−２０〜２０〜７０℃に変化した場合、約３００〜０〜約１００ｍｍとなる。これとは逆に、同軸ケーブル１２の温度に対する電気長変化量（黒四角を結んだ点線）は、約−３００〜０〜約−１００ｍｍとなる。このため、同軸ケーブル１１，１２の合成電気長変化量（電気長変化量の和）（黒三角を結んだ太線）がほぼ０になる。
【００３６】
したがって、図１の位相安定化同軸ケーブル１は、同軸ケーブル１１，１２により系全体の周囲温度に対する電気長の変化が相殺されるので、周囲温度が−２０〜７０℃に変化しても、電気長がほとんど変化せず、周囲温度に対する電気長安定度が極めて高い。つまり、位相安定化同軸ケーブル１は、伝送する電気信号あるいは電力の位相が変化しにくく、安定している。
【００３７】
これにより、位相安定化同軸ケーブル１は、同軸ケーブル１１，１２を組み合わせて接続することで簡単に構成されるため、電気長の温度変化が小さい伝送路を安価に構築できる。
【００３８】
また、各同軸ケーブル１１，１２のケーブル長さＬ１１，Ｌ１２をそれぞれ変化させて再接続することにより、ケーブル特性を容易に調整できる。
【００３９】
さらに、既に同軸ケーブルが布設された伝送システムを備えた既設の施設に対し、ケーブル特性を改善する場合にも、既設の同軸ケーブルの一部、あるいは全部を同軸ケーブル１１，１２に置き換えることで、応用可能である。
【００４０】
複数種類の同軸ケーブル１１，１２を組み合わせて使用することで、同軸ケーブルの選択の自由度が増すので、ケーブルの製造が容易になる。
【００４１】
各同軸ケーブル１１，１２は、製造後、ケーブル長さＬ１１，Ｌ１２に応じてケーブル特性をそれぞれ測定してから、組み合わせて接続されるので、ケーブル製造時におけるバラツキも解消できる。
【００４２】
次に、図１と同様に、２種類の同軸ケーブルを用いた第２の実施の形態を説明する。
【００４３】
図５に示すように、第２の実施の形態に係る位相安定化同軸ケーブル５１Ａは、系（ここでは、伝送路あるいは伝送システム５０）全体の周囲温度に対する電気長の変化を相殺するように、周囲温度に対する電気長の変化が異なる２種類の同軸ケーブル５１ａ，５２ａを、伝送路に沿って組み合わせて接続したものである。位相安定化同軸ケーブル５１Ｂも、同軸ケーブル５１Ａと同じ構成であり、同軸ケーブル５１ａ，５２ａと同じ同軸ケーブル５１ｂ，５２ｂを、伝送路に沿って組み合わせて接続したものである。
【００４４】
伝送システム５０は、無線機２ａと送信アンテナ３ａとを同軸ケーブル５１Ａで接続し、他方、無線機２ｂと送信アンテナ３ｂとを同軸ケーブル５１Ｂで接続して２段で構成される。
【００４５】
本実施の形態では、伝送システム５０として、ある基地局を想定した。各同軸ケーブル５１Ａ，５１Ｂ（伝送路）の長さを３００ｍ、各同軸ケーブル５１ａ，５１ｂのケーブル長さＬ５１を２００ｍ、各同軸ケーブル５２ａ，５２ｂのケーブル長さＬ５２を１００ｍとした。各同軸ケーブル５１Ａ，５１Ｂは、高さ２００ｍの鉄塔に布設される。各無線機２ａ，２ｂは地上部に配置され、各送信アンテナ３ａ，３ｂは鉄塔の最上部に配置される。なお、伝送路の長さおよび位置する高さには制約はない。
【００４６】
各同軸ケーブル５１ａ，５１ｂとしては、空気を主体とした絶縁体を有する同軸ケーブル、例えば、内部導体の外周に介在紐を巻き付け、その介在紐に密着させて外部導体を設け、その外部導体をシースで覆って構成されるものを用いる。
【００４７】
各同軸ケーブル５２ａ，５２ｂとしては、樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブル、例えば、内部導体の外周にＰＥからなる絶縁体を設け、その絶縁体の外周に外部導体を設け、その外部導体をシースで覆って構成されるものを用いる。
【００４８】
各同軸ケーブル５１ａ，５１ｂ、５２ａ，５２ｂは、製造後、ケーブル長さＬ５１，Ｌ５２に応じてケーブル特性をそれぞれ測定してから、組み合わせて接続される。
【００４９】
第２の実施の形態の作用を説明する。
【００５０】
伝送システム５０では、無線機２ａ（または２ｂ）から供給された電力は、同軸ケーブル５１ａ，５２ａ（または５１ｂ，５２ｂ）の順で伝送され、送信アンテナ３ａ（または３ｂ）に達することで、送信アンテナ３ａ（または３ｂ）から電波が送信される。
【００５１】
このとき、図６に示すように、同軸ケーブル５１ａ（または５１ｂ）の周囲温度に対する電気長変化量（黒丸を結んだ細線）は、周囲温度が−２０〜７０℃に変化した場合、約４〜約−２．２ｍｍとなり、周囲温度が上昇すると電気長が徐々に減少する。これとは逆に、同軸ケーブル５２ａ（または５２ｂ）の温度に対する電気長変化量（黒四角を結んだ点線）は、約−４．１〜約２．１ｍｍとなり、周囲温度が上昇すると電気長が徐々に増加する。
【００５２】
このため、各同軸ケーブル５１ａ，５２ａ（または５１ｂ，５２ｂ）の電気長変化量が正負逆の関係になり、同軸ケーブル５１ａ，５２ａ（または５１ｂ，５２ｂ）の合成電気長変化量（電気長変化量の和）（黒三角を結んだ太線）がほぼ０になる。
【００５３】
したがって、図５の位相安定化同軸ケーブル５１Ａ（または５１Ｂ）は、同軸ケーブル５１ａ，５２ａ（または５１ｂ，５２ｂ）により系全体の温度に対する電気長の変化が相殺されるので、図１の位相安定化同軸ケーブル１と同じ作用効果が得られる。
【００５４】
次に、２種類以上の同軸ケーブルを用いた第３の実施の形態を説明する。
【００５５】
図７に示すように、第３の実施の形態に係る位相安定化同軸ケーブル７１Ａは、系（ここでは、伝送路あるいは伝送システム７０）全体の周囲温度に対する電気長の変化を相殺するように、周囲温度に対する電気長の変化が異なる３種類の同軸ケーブル７１ａ，７３ａ，７２ａを、伝送路に沿って組み合わせて接続したものである。位相安定化同軸ケーブル７１Ｂも、同軸ケーブル７１Ａと同じ構成であり、同軸ケーブル７１ａ，７３ａ，７２ａと同じ同軸ケーブル７１ｂ，７３ｂ，７２ｂを、伝送路に沿って組み合わせて接続したものである。
【００５６】
伝送システム７０は、受信機４ａと受信用パラボラ型アンテナ５ａとを同軸ケーブル７１Ａで接続し、他方、受信機４ｂと受信用パラボラ型アンテナ５ｂとを同軸ケーブル７１Ｂで接続して２段で構成される。各アンテナ５ａ，５ｂは、所定の距離隔てて配置され、外部から飛来する電波を受信するものである。各受信機４ａ，４ｂは、各アンテナ５ａ，５ｂからの電気信号をそれぞれ受信するものである。
【００５７】
本実施の形態では、伝送システム７０として、ある山の上に取り付けられた天体を観測するための電波望遠鏡を想定した。電波望遠鏡は、受信した電波の位相差が正確であるほど高い性能が得られる。各同軸ケーブル７１Ａ，７１Ｂ（伝送路）の長さを２０００ｍ、各同軸ケーブル７１ａ，７１ｂのケーブル長さＬ７１を６００ｍ、各同軸ケーブル７３ａ，７３ｂのケーブル長さＬ７３を１２００ｍ、各同軸ケーブル７２ａ，７２ｂのケーブル長さＬ７２を２００ｍとした。各同軸ケーブル７１Ａ，７１Ｂは、高さ５００ｍの山の表面に沿って布設される。なお、伝送路の長さおよび位置する高さには制約はない。
【００５８】
各同軸ケーブル７１ａ，７１ｂは、図５の同軸ケーブル５１ａ，５１ｂと同様に、空気を主体とした絶縁体を有する同軸ケーブルを用い、各同軸ケーブル７２ａ，７２ｂは、図５の同軸ケーブル５２ａ，５２ｂと同様に、樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルを用いる。
【００５９】
各同軸ケーブル７３ａ，７３ｂとしては、空気を含んだ樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブル、例えば、内部導体の外周に発泡ＰＥからなる絶縁体を設け、その絶縁体の外周に外部導体を設け、その外部導体をシースで覆って構成されるものを用いる。
【００６０】
各同軸ケーブル７１ａ，７３ａ，７２ａ、７１ｂ，７３ｂ，７２ｂは、製造後、ケーブル長さＬ７１，Ｌ７３，Ｌ７２に応じてケーブル特性をそれぞれ測定してから、組み合わせて接続される。
【００６１】
第３の実施の形態の作用を説明する。
【００６２】
伝送システム７０では、アンテナ５ａ（または５ｂ）で電波が受信され、アンテナ５ａ（または５ｂ）からの電気信号が同軸ケーブル７２ａ，７３ａ，７１ａ（または）７２ｂ，７３ｂ，７１ｂの順で伝送され、受信機４ａ（または４ｂ）で受信される。
【００６３】
このとき、図８に示すように、同軸ケーブル７１ａ（または７１ｂ）の周囲温度に対する電気長変化量（黒丸を結んだ細線）は、周囲温度が−２０〜７０℃に変化した場合、約４０〜約−２２ｍｍとなり、周囲温度が上昇すると電気長が徐々に減少する。
【００６４】
これとは逆に、同軸ケーブル７３ａ（または７３ｂ）の温度に対する電気長変化量（黒ひし形を結んだ一点鎖線）は、約−１８〜約１１ｍｍとなり、周囲温度が上昇すると電気長が徐々に増加する。同様に、同軸ケーブル７２ａ（または７２ｂ）の温度に対する電気長変化量（黒四角を結んだ点線）は、約−２０〜約１１ｍｍとなり、周囲温度が上昇すると電気長が徐々に増加する。
【００６５】
このため、同軸ケーブル７１ａと同軸ケーブル７３ａ，７２ａと（または同軸ケーブル７１ｂと同軸ケーブル７３ｂ，７２ｂと）の電気長変化量が正負逆の関係になり、同軸ケーブル７１ａ〜７３ａ（または７１ｂ〜７３ｂ）の合成電気長変化量（電気長変化量の和）（黒三角を結んだ太線）がほぼ０になる。
【００６６】
したがって、図７の位相安定化同軸ケーブル７１Ａ（または７１Ｂ）は、同軸ケーブル７１ａ〜７３ａ（または７１ｂ〜７３ｂ）により系全体の温度に対する電気長の変化が相殺されるので、図１の位相安定化同軸ケーブル１と同じ作用効果が得られる。
【００６７】
上記実施の形態では、２種類以上の同軸ケーブルとして、空気を主体とした絶縁体を有する同軸ケーブルと、ポリエチレンからなる絶縁体を有する同軸ケーブルとの組み合わせを例に挙げたが、前者にポリエチレンやその他の発泡された樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルを用い、後者にテフロン（登録商標）等の樹脂からなる絶縁体を有する同軸ケーブルを用いた組み合わせも可能である。
【００６８】
また、４種類以上の同軸ケーブルを組み合わせて本実施の形態に係る位相安定化同軸ケーブル（伝送路）を構成することも可能である。さらに、受信アンテナを有する伝送システムや、アンテナ内部の配線に応用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の好適な第１の実施の形態を示す位相安定化同軸ケーブルを用いた伝送システムの概略図である。
【図２】図１に示した同軸ケーブルの一例を示す構造図である。
【図３】図１に示した同軸ケーブルの一例を示す構造図である。
【図４】図１に示した各同軸ケーブルおよび伝送路において、温度に対する電気長変化率を示す図である。
【図５】第２の実施の形態を示す位相安定化同軸ケーブルを用いた伝送システムの概略図である。
【図６】図５に示した各同軸ケーブルおよび伝送路において、温度に対する電気長変化量を示す図である。
【図７】第３の実施の形態を示す位相安定化同軸ケーブルを用いた伝送システムの概略図である
【図８】図７に示した各同軸ケーブルおよび伝送路において、温度に対する電気長変化量を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  位相安定化同軸ケーブル
１１，１２  ２種類の同軸ケーブル
２  無線機
３  送信アンテナ
１０  伝送システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006172737.tif 000008
【図７】
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【図８】
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