(57)【要約】【課題】安価なマイクロ波及び準ミリ波用途向けケーブルを提供する。【解決手段】中心導体３０を絶縁体２０及び外部導体１０で囲って構成される。外部導体１０は、長手方向のケーブル中心軸に対して実質的に直交する方向に巻回された第１コイル１１と、第１コイル１１の外側に当該第１コイル１１の導体間に沿って巻回された第２コイル１２とを含んで形成される。第２コイル１２は第１コイル１１と略１／２ピッチずれて巻回されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブル中心軸に沿って設けられる中心導体と、
前記中心導体を囲う外部導体とを備えており、
前記外部導体は、前記ケーブル中心軸に対して実質的に直交する方向に巻回された第１螺旋導体と、前記第１螺旋導体の外側に当該第１螺旋導体の導体間に沿って巻回された第２螺旋導体とを有する高周波ケーブル。
【請求項２】
前記中心導体が軟質性の絶縁体を介して前記外部導体に支持されており、前記絶縁体の表面と前記外部導体の内側との間に空間が形成されている、
請求項１に記載の高周波ケーブル。
【請求項３】
前記中心導体は、略円筒状導体、コプレーナ線路、平衡線路のいずれかである、
請求項１または請求項２に記載の高周波ケーブル。
【請求項４】
前記第２螺旋導体の導体幅が前記第１螺旋導体の導体間の間隙よりも大きい、
請求項１から３のいずれか一項に記載の高周波ケーブル。
【請求項５】
前記第１螺旋導体の導体幅が前記第２螺旋導体の導体幅よりも大きい、
請求項１から４のいずれか一項に記載の高周波ケーブル。
【請求項６】
前記第１螺旋導体の外側と前記第２螺旋導体の内側の少なくとも一方が平面状または曲面状をなす、請求項１から５のいずれか一項に記載の高周波ケーブル。
【請求項７】
前記第１螺旋導体及び前記第２螺旋導体の断面形状が円形状または少なくとも一つの辺が直線状又は曲線状をなすｎ角形状（ｎは３以上の自然数）である、
請求項１から６のいずれか一項に記載の高周波ケーブル。
【請求項８】
前記第１螺旋導体の断面形状と前記第２螺旋導体の断面形状とが同一である、
請求項１から７のいずれか一項に記載の高周波ケーブル。
【請求項９】
前記第１螺旋導体は、その導体幅の２倍以下のピッチで巻回されており、
前記第２螺旋導体は、前記第１螺旋導体の導体間に略１／２ピッチずれて巻回されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の高周波ケーブル。
【請求項１０】
前記第２螺旋導体は、前記第１螺旋導体の導体間に緩やかに密着している、
請求項１から９のいずれか一項に記載の高周波ケーブル。
【請求項１１】
前記第１螺旋導体は、導電率が３０×１０６［Ｓ／ｍ］以上の金属材料又はその表面に導電率が３０×１０６［Ｓ／ｍ］以上の金属材料のめっきが施された材料で構成されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の高周波ケーブル。
【請求項１２】
前記第１螺旋導体は、ヤング率が１００［ＧＰａ］以上の金属材料で構成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の高周波ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロ波帯以上の周波数の高周波信号を伝送させるための高周波ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号を伝送させる手段として、中心導体とその周囲の外部導体とが同軸状となる高周波ケーブル（「同軸ケーブル」と呼ばれる場合がある）が広く使用されている。この種の高周波ケーブルの一般的な構造例を図８に示す。従来の一般的な高周波ケーブル８は、断面円形状の中心導体８３０を絶縁体８２０で被覆し、さらにその外側を外部導体８１０とシース８４０で覆ったものである。外部導体８１０は、伝送特性の観点からはセミリジッドケーブルのような金属管であることが望ましいが、そのような金属管は可撓性に劣る。そのため、例えば特許文献１に開示された高周波ケーブルは、外部導体８１０をアルミ箔や銅箔、編み込み銅線（編組線）などの柔軟性のある素材とし、これにより高周波ケーブル８全体の可撓性を向上させている。また、特許文献２に開示されている高周波ケーブルは、外部導体８１０を波状にコルゲート化して可撓性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２１８４２号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高周波ケーブルにおいて良好な伝送特性を得るためには、高周波ケーブルを曲げたときに中心導体と外部導体との距離が変わらないこと、すなわち変形したり潰れたりしないことが重要である。特許文献１に開示された高周波ケーブルは、外部導体が柔らかく、機械的強度及び可撓性は、主に絶縁材料が担っている。そのため、絶縁体の最外形は円形かつ平滑である必要があり、また、絶縁体の誘電率を下げるために発泡材料を使用しなければならないなど、材質や形状などの点で多くの制約があった。
【０００５】
一方、特許文献２記載の高周波ケーブルは、銅テープなどの溶接によってコルゲート構造が形成されており、山部と谷部のピッチが一定に固定されているため、屈曲できる範囲に制約があった。
本発明は、上記の制約を緩和しつつ損失の増加を抑制し、かつ、従来よりも可撓性を高めた簡易な構造の高周波ケーブルを提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する高周波ケーブルは、ケーブル中心軸に沿って設けられる中心導体と、前記中心導体を囲う外部導体とを備えており、前記外部導体は、前記ケーブル中心軸に対して実質的に直交する方向に巻回された第１螺旋導体と、前記第１螺旋導体の外側に当該第１螺旋導体の導体間に沿って巻回された第２螺旋導体とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１螺旋導体及び第２螺旋導体は、一定以上の機械的強度を有する。そのため、絶縁体の強度や形状に対する制約が少なくなる。また、高周波ケーブル全体を屈曲させた場合、第１螺旋導体の導体間が屈曲の度合いに応じて変わるため屈曲できる範囲を面状のものよりも大きくすることができ、かつ第２螺旋導体が第１螺旋導体の導体間を塞ぐので、伝送時の損失の増加を抑えつつ従来よりも可撓性を高めた簡易な構造の高周波ケーブルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は本実施形態に係る高周波ケーブルの構造斜視図、（ｂ）は正面断面図。
【図２】高周波ケーブルの長手方向断面図。
【図３】高周波ケーブルの伝送特性図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は外部導体の変形例を示す部分断面図。
【図５】（ａ），（ｂ）は中心導体の他の例を示す構造斜視図。
【図６】（ａ），（ｂ）は絶縁体の変形例を示す正面断面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は絶縁体の他の変形例を示す正面断面図。
【図８】従来の同軸ケーブルの構造斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の高周波ケーブルの実施の形態例を説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係る高周波ケーブルの構造斜視図であり、同（ｂ）は高周波ケーブル１の正面断面図である。この高周波ケーブル１は正面断面が円形状となる同軸ケーブルであり、外部導体１０、絶縁体２０、中心導体３０及びシース４０を有する。「円形状」とは円形に限らず、円形とみなされる形状をいう。
なお、本明細書では、高周波ケーブル１の中心軸を「ケーブル中心軸」、ケーブル中心軸の方向を「長手方向」、ケーブル中心軸と直交する面内でケーブル中心軸から離れる方向を「外側」、ケーブル中心軸に近づく方向を「内側」と呼ぶ。
【００１０】
中心導体３０は、マイクロ波以上の周波数の高周波信号を伝送するものであり、例えば銅などの単線あるいは複線からなる。シース４０は、ケーブルへの外傷や浸水等を防ぐためのもので、例えば塩化ビニルや耐熱性ポリエチレンなどで構成することができる。中心導体３０及びシース４０は、例えば図８に示した従来の高周波ケーブル８の中心導体８３０及びシース８４０と同じサイズのものである。
【００１１】
外部導体１０は、図８に示した従来の高周波ケーブル８の外部導体８１０と異なり、それ自体で一定以上の機械的強度を有し、かつ曲げやすい構造としたものである。このような構造の一例として、本実施形態では、内側螺旋導体１１と外側螺旋導体１２の２種類で外部導体１０を構成した。各螺旋導体１１，１２は、１本ないし１本とみなすことができる線状、面状、帯状（面状の一態様）の導体が同じ内径又は外径で螺旋状に巻回されたものをいう。
なお、螺旋状に巻回されてケーブル中心軸に沿って延びるので、巻回方向はケーブル中心軸と直交する面に対して僅かに傾斜を持つが、実質的にはケーブル中心軸と直交する面上となる。螺旋導体として、本実施形態では、ヘリカル状のコイルを用いた場合の例を示す。以下の説明では、便宜上、内側螺旋導体１１を第１コイル１１、外側螺旋導体１２を第２コイル１２と呼ぶ。
【００１２】
絶縁体２０は、中心導体３０を外部導体１０の内側すなわち第１コイル１１との距離を一定にしながら支持する軟質絶縁材料であり、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で成型したものを用いることができる。本実施形態の絶縁体２０は、図８に示した従来の高周波ケーブル８の絶縁体８２０と異なり、その正面断面を四角形状とし、角部に相当する部分が第１コイル１１の内側と接触するようにした。つまり、絶縁体２０の表面と第１コイル１１の内側との間に空間（空気が存在する隙間）が形成されるようにした。これは、第１コイル１１と中心導体３０との間の比誘電率をできるだけ小さくするためである。「四角形状」とは四角形に限らず、四角形とみなされる形状（角部に相当する部分の一部又は全部がＲ状のものを含む）をいう。例えば、矩形、凹四角形、双心四角形、台形、凧形、斜め方形、平行四辺形など四つの辺と四つの角部に相当する部分を持つ形状が四角形状となる。
比誘電率は空気が最も低い（約１．０）ので、空間は広い方がより低損失での伝送が可能となる。
【００１３】
外部導体１０を構成する第１コイル１１及び第２コイル１２は、それぞれ外力に対して容易につぶれず、引張時に導体間に大きな隙間が生じない部材で製造する。例えばバネ材として使われるような、ヤング率が１００ＧＰａ以上の硬質の金属材料を用いて第１コイル１１及び第２コイル１２を製造することが望ましい。このような金属材料としては、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）、ピアノ線、リン青銅、ベリリウム銅、黄銅、白金、ニッケル、金、白金イリジウム合金、白金タングステン合金、白金ニッケル合金などがある。
【００１４】
第１コイル１１及び第２コイル１２は、中心導体３０と共に高周波ケーブル１を構成することから、導電率の大きさが、高周波信号の伝送特性の良否、特に挿入損失の大きさと密接に関連する。そのため、少なくとも純銅の導電率（５９．５×１０６Ｓ／ｍ）の５０％となる導電率（約３０×１０６Ｓ／ｍ）以上を有する金属材料を用いて第１コイル１１及び第２コイル１２を製造することが望ましい。このような金属材料としては、例えば銀、銅、金、アルミニウム、銅合金などがある。なお、表面に導電率約３０×１０６Ｓ／ｍ以上の金属材料でめっきした硬質樹脂材料などを用いても良い。
【００１５】
図２は、外部導体１０の構造を説明するための高周波ケーブル１の長手方向断面図である。便宜上、絶縁体２０は省略してある。本実施形態では、一つのサイズ例として、縦０．１ｍｍ×横０．３ｍｍの断面四角形状の金属材料を、ケーブル中心軸に対して実質的に直交する方向に巻回して第１コイル１１を製造した。外部導体１０の内径Ｄ１は、例えば０．８ｍｍである。金属材料は、金めっきが施された銅合金を用いた。ピッチ（導体の中心間の距離、以下同じ）Ｐ１１は、後述する電磁波の漏えいを防止する観点からは導体幅（０．３ｍｍ）の２倍以下とするのが望ましい。本実施形態では、撓んでいない状態でのピッチＰ１１を０．３５ｍｍとした。
【００１６】
第２コイル１２は、例えば第１コイル１１と同じ導体幅のコイルであり、第１コイル１１の導体間の外表面に緩く密着しながら巻回される。本例の場合、第２コイル１２の内径Ｄ２は、１．０ｍｍである。第２コイル１２のピッチＰ１２は第１コイル１１のピッチＰ１１と同じ０．３５ｍｍであるが、第２コイル１２は第１コイル１１と略１／２ピッチずれて巻回される。これにより第２コイル１２は、第１コイル１１の導体間の隙間を塞ぐ役割を持つ。「緩く密着」とは、第１コイル１１及び第２コイル１２自体の付勢力及び消勢力で互いに密着しているが、撓みの程度に応じて密着部位が変位可能である状態をいう。また、「略１／２」とは、厳密に１／２である必要がないという意味あいである。
【００１７】
高周波ケーブル１が屈曲すると、第１コイル１１及び第２コイル１２の導体間のピッチＰ１１，Ｐ１２が変化する。すなわち屈曲した内側のピッチが部分的に狭まり、外側のピッチが部分的に拡がり、導体間に隙間が生じる。このような状態でも、第１コイル１１及び第２コイル１２のピッチの変化が同じように生じる。そのため、第１コイル１１の導体間に生じる隙間は第２コイル１２により塞がれたままとなる。つまり、第２コイル１２は、撓みの有無に関わらず、第１コイル１１の導体間の隙間を塞ぐため、外部導体１０から外部への電磁波の漏えいが防止され、低損失での伝送が可能となる。
また、第１コイル１１及び第２コイル１２は互いに固定されておらずピッチが比較的自由に変化するため、伝送時の損失の低下を抑えつつ屈曲できる範囲を従来の高周波ケーブル８よりも大きくすることができる。
【００１８】
高周波ケーブル１の１ｃｍあたりの伝送特性例を図３に示す。図３において横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は挿入損失（ｄＢ／ｃｍ）である。例えば８０ＧＨｚの場合の挿入損失は−０．１５ｄＢであり、十分に小さい挿入損失となっている。
【００１９】
＜変形例１＞
以上は、第１コイル１１と第２コイル１２を、同じ断面サイズで共に断面四角形状の金属材料で製作した場合の例であるが、この例に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）の部分断面図に示されるように、同じ径で断面が円形状の金属材料で第１コイル５１と第２コイル５２を構成しても良い。この例においても第１コイル５１のピッチＰ５１とその外側の第２コイル５２のピッチＰ５２は、導体径又は導体幅の２倍以下であり、互いに略１／２ピッチずれて巻回されている。あるいは、図４（ｂ）の部分断面図に示されるように、第１コイル６１を断面円形状の金属材料とし、その外側の第２コイル６２を断面四角形状の金属材料で構成しても良い。第１コイル６１のピッチＰ６１とその外側の第２コイル６２のピッチＰ６２は、導体径又は導体幅の２倍以下であり、互いに略１／２ピッチずれて巻回されている。あるいは、図４（ｃ）の部分断面図に示されるように、第１コイル７１を断面四角形状の金属材料とし、その外側の第２コイル７２を断面円形状の金属材料で構成しても良い。この例においても第１コイル７１のピッチＰ７１とその外側の第２コイル７２のピッチＰ７２は、導体径又は導体幅の２倍以下であり、互いに略１／２ピッチずれて巻回されている。あるいは、図４（ｄ）の部分断面図に示されるように、第１コイル８１を導体幅の大きい断面四角形状の金属材料とし、その外側の第２コイル８２を導体幅が相対的に小さい断面四角形状の金属材料としても良い。なお、導体幅の大小は逆であっても良い。これらの例の場合、第１コイル８１のピッチＰ８１とその外側の第２コイル８２のピッチＰ８２は、大きい方の導体幅の２倍以下である。
【００２０】
なお、第１コイル１１，５１，６１，７１，８１の外側と第２コイル１２，５２，６２，７２，８２の内側の少なくとも一方が平面状または曲面状であれば、高周波ケーブル１が屈曲したときに、滑らかに各第１コイル１１，５１，６１，７１，８１，第２コイル１２，５２，６２，７２，８２が変位するので、これらの断面形状は任意であって良い。例えば、断面形状が円形状または少なくとも一つの辺が直線状又は曲線状をなすｎ角形状（ｎは３以上の自然数）であっても良い。
【００２１】
＜変形例２＞
高周波ケーブル１の中心導体３０は、ケーブル中心軸に沿って設けられる銅などの単線あるいは複線として説明してきたが、この例に限定されるものではない。例えば、図５（ａ）の構造斜視図に示される高周波ケーブル２のように、中心導体３０が、三つの導体で構成されるコプレーナ線路３０１を絶縁体２０１上に並べたものであっても良い。あるいは、図５（ｂ）の構造斜視図に示される高周波ケーブル３のように、中心導体３０が、４本あるいはそれ以上の導体で構成される平衡線路３０２を絶縁体２０２上に並べたものであっても良い。各絶縁体２０１，２０２は、それぞれ正面断面が、第１コイル１１の内側に沿った四角形状（図示の例では矩形状）であり、角部に相当する部分が第１コイル１１の内側に当接している。
このように、本発明は、中心導体３０，３０１，３０２の形状、構造、導体配置及び導体数にかかわらず、外部導体１０を有する高周波ケーブル全般に適用が可能である。
【００２２】
＜変形例３＞
本実施形態では、絶縁体２０の正面断面が四角形状である場合の例を説明したが、この例に限定されるものではない。絶縁体２０は、その表面と外部導体１０の内側との間に、できるだけ体積が大きくなる空間が形成されることが望ましいので、その形状は、例えば図６又は図７に示される形状であっても良い。図６及び図７において、図１（ａ）、（ｂ）、図５（ａ），（ｂ）と同じ部品については同じ符号を付してある。
図６（ａ）は中心導体３０を正面断面が略十字形の絶縁体２１０でモールドした例である。同（ｂ）は同じく中心導体３０を中心部に向けて湾曲する正面断面が三角形状の絶縁体２２０でモールドした例である。三角形状は、図示の形状例のほかに角部に相当する部分の一部または全部がＲ状をなす形状を含む。いずれの絶縁体２１０，２２０も外部導体１０の内側との空間が大きくなるので、伝送損失の増加が抑制される。なお、上記のほか、正面断面が星形、蛸足形ないしこれらと類似する形状の絶縁体であっても良い。
【００２３】
図７（ａ）は中心導体が図５（ａ）のコプレーナ線路３０１の場合の絶縁体２０１，２３１，２３２の例である。また、図７（ｂ）は中心導体が図５（ｂ）の平衡線路３０２の場合の絶縁体２０２，２４１，２４２の例である。いずれも中心導体（コプレーナ線路３０１，平衡線路３０２）を紙面上下方向から挟み込む構造になっている。
なお、図７（ａ）では、コプレーナ線路３０１を一つの絶縁体２３１で支持する構造が示されているが、図７（ｂ）のようにコプレーナ線路３０１を構成する三つの導体をそれぞれ個別に支持する構造にしても良い。また、図７（ｂ）では平衡線路３０２を構成する四つの導体を個別に支持する構造が示されているが、図７（ａ）のように一つで支持する構造にしても良い。また、図７（ａ），（ｂ）において、紙面下側の絶縁体２３２，２４２は、それぞれコプレーナ線路３０１が設けられた絶縁体２０１、平衡線路３０２が設けられた絶縁体２０２と一体構成であっても良い。その場合の正面断面形状は、任意であって良い。
【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】
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【図７】
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【図８】
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