(57)【要約】【課題】超高周波帯において、導体の表面粗さに起因する伝送損失の増加を抑制する同軸ケーブルを提供する。【解決手段】同軸ケーブル１０は、内部導体１２と、絶縁体１４と、外部導体１６と、シース１８とで構成されている。内部導体１２は、光ファイバ２０と光ファイバ２０の外周面に形成された第１の導体層２２Ａで構成されている。光ファイバ２０の外周面はクラッド層の外周面で構成され、表面粗さが極めて小さい鏡面であり、第１の導体層２２Ａの表面も鏡面になっている。絶縁体１４は内部導体１２と外部導体１６とを電気的に絶縁すると共に、内部導体１２を外部導体１６の中心に保持するように設けられている。外部導体１６は、円筒状の導体で、その内周面は内部導体１２と同様に鏡面になっている。シース１８は、外部導体１６の外形および内部構造を維持するために外部導体１６を覆っている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部導体と、
前記内部導体を覆う絶縁体と、
前記絶縁体を覆う外部導体とを備える同軸ケーブルであって、
前記内部導体は、その外周面が鏡面である第１の導体層で構成され、
前記外部導体は、その内周面が鏡面である第２の導体層で構成されている、
ことを特徴とする同軸ケーブル。
【請求項２】
前記内部導体は、鏡面からなる外周面を有する第１の丸棒に前記第１の導体層が形成されることで構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の同軸ケーブル。
【請求項３】
前記外部導体は、鏡面からなる外周面を有する第２の丸棒の前記外周面に前記第２の導体層が形成されたのち、前記第２の丸棒を除去することで残存する前記第２の導体層で形成されている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の同軸ケーブル。
【請求項４】
前記第１の丸棒は光ファイバである、
ことを特徴とする請求項２記載の同軸ケーブル。
【請求項５】
前記第１の丸棒は誘電体である、
ことを特徴とする請求項２記載の同軸ケーブル。
【請求項６】
前記第２の丸棒は光ファイバである、
ことを特徴とする請求項３記載の同軸ケーブル。
【請求項７】
前記第２の丸棒は誘電体である、
ことを特徴とする請求項３記載の同軸ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は同軸ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
同軸ケーブルは、内部導体を絶縁体で覆い、絶縁体を外部導体で覆い、外部導体をシースで覆って構成されている（特許文献１参照）。
同軸ケーブルは、高周波帯域における信号減衰量が低いことから、高周波信号を伝送する用途で使用されることが多い。
高周波における同軸ケーブルの伝送損失(dB/m)は、表皮効果によって内部導体および外部導体の抵抗が周波数の平方根に比例して増加するので、必然的に周波数の平方根に比例した特性になる。そこで、内部導体の直径を大きくするか、特性インピーダンスを大きくすれば、高周波における同軸ケーブルの伝送損失を低減することができる。しかし、このことは外部導体の内径も大きくなり、遮断周波数が低下して、高周波領域での使用ができなくなる。
また、内部導体および外部導体の表面の凸凹、すなわち表面粗さによってさらに伝送損失が増加する。この表面粗さの二乗平均平方根が、表皮効果による表皮深さと同程度になると大きな損失が発生するので、導体表面の粗さの二乗平均平方根は表皮深さの１/５〜１/１０程度としておく必要があり、内部導体および外部導体の表面をほぼ鏡面とする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０８８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
同軸ケーブルの内部導体の直径をｄ、外部導体の内径をDとすると、特性インピーダンスをZoとすると、
Zo（Ω）={１３８.１/(ε)０．５}log(D/d)であり、
遮断周波数fcは、
fc（Ｈｚ）=C/{π(ε)０．５(D+d)/２}となる。
伝送損失はL(dB/m)=K(εf)０．５/dZoであり、表皮効果で周波数の平方根(f０．５)に比例して増加する。
表皮効果による表皮深さは、Sd(m)=(ρ/（πμｆ)）０．５であり、電流密度が１/ｅになる表面からの深さである。ここで、fは周波数、Ｃは光速、ρは電気抵抗率、εは導体間の誘電率、μは透磁率、Kは導体の電気抵抗率に依存する定数、eは自然対数の底であり、１/eは０.３６８になる。
したがって、導体表面を流れる高周波電流の有効断面の厚さは表皮深さの3倍以上が必要になる。
高周波における伝送損失を低減するためには、内部導体の直径dを大きくすれば良いが、外部導体の内径Ｄも大きくなり、遮断周波数が低下して高周波領域で伝送特性が劣化する。
特性インピーダンスをZo=５０Ωとして、ε=１(空気)とするとD/d=２.３０、D=２.３０d、の関係になる。したがって、ｆｃ=C/{π(D+d)/２}=C/(１.６５πd)、d=C/(１.６５πfc)である。
１００GHzの高周波信号を伝送するためには、遮断周波数は信号周波数の１.１倍以上の１１０GHzは必要なので、内部導体の直径はd=０.５２６mm、外部導体の内径はD=１.２１０mmとなる。
このときの導体金属に金を用いた場合の表皮効果による表皮深さSdは０.２５μmになるので、要求される内部導体および外部導体の表面粗さの二乗平均平方根は０.０５〜０.０２５μmとなり、ほとんど鏡面であることが要求される。
このような細線の表面および細管の内面を鏡面仕上げすることは困難である。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、伝送周波数の高周波化による導体表面の粗さに起因する伝送損失の増加を抑制する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】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明は、内部導体と、前記内部導体を覆う絶縁体と、前記絶縁体を覆う外部導体とを備える同軸ケーブルであって、前記内部導体は、その外周面が鏡面である第１の導体層で構成され、前記外部導体は、その内周面が鏡面である第２の導体層で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、同軸ケーブルの内部導体の表面および外部導体の内面の表面粗さを表皮深さ以下にすることにより、高周波領域における導体の表面粗さによる伝送損失の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（Ａ）は実施の形態に係る同軸ケーブルを軸方向と直交する平面で破断した断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢＢ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態の同軸ケーブルについて説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、同軸ケーブル１０は、内部導体１２と、絶縁体１４と、外部導体１６と、シース１８とを含んで構成されている。
【０００９】
内部導体１２は、第１の丸棒である光ファイバ２０と、光ファイバ２０の外周面に形成された第１の導体層２２Ａとで構成されている。
光ファイバ２０は、コアとクラッドで構成されていが、内部導体１２の構成には無関係で、表面が鏡面であることと真円度が重要である。
光ファイバ２０は、合成樹脂製、ガラス製でも良く、コアとクッラドの構成を持たない外周面（表面）が鏡面の丸棒でも良い。
光ファイバ２０の外周面が鏡面で形成されているため、内部導体１２の外周面は鏡面となる。
【００１０】
外部導体１６は、第２の丸棒である光ファイバ等の母材の外周面（表面）に第２の導体層２２Ｂを作成し、前記母材の上に金属または合成樹脂などでシース１８を形成した後に、前記母材を溶融、溶解などにより除去することで残存する円筒状の導体で構成されている。
したがって、母材の外周面が鏡面で形成されているため、外部導体１６の内周面は、鏡面となる。
なお、本実施の形態では、第１、第２の丸棒が光ファイバで形成されている場合について説明したが、第１、第２の丸棒は、それらの外周面が鏡面で形成されているものであればよく、第１、第２の丸棒を構成する材料は、絶縁材料であっても、導電材料であってもよい。
【００１１】
第１、第２の導体層２２Ａ、２２Ｂは、信号を伝送する導体であり、例えば、無電解メッキによって形成することができる。
第１、第２の導体層２２Ａ、２２Ｂを構成する金属材料としては、電気抵抗率が低いものであることが内部導体１２の交流抵抗を抑制する上で好ましい。
そのため、第１、第２の導体層２２Ａ、２２Ｂを構成する金属材料としては、金または銅を含むものが好ましい。
第１、第２の導体層２２Ａ、２２Ｂは、高周波信号の電流が流れる導体であり、例えば、無電界メッキ、金属蒸着、金箔の貼り付けなどで形成することができる。
第１、第２の導体層２２Ａ、２２Ｂを構成する導体材料は、電気抵抗率が小さい金属が伝送損失の低減に有利であり、電気抵抗率は銀が最も小さく、銅、金の順になる。もちろん、超伝導材料の使用も可能である。
表皮効果による表皮深さは、電気抵抗率が大きい金属がより深くなるが、金属層の厚さが表皮深さの３倍以上あれば伝送損失への影響はほとんどない。
信号周波数１００GHzにおける表皮深さは、銀が０.２０μm、金が０.２５μmである。第１、第２の導体層２２Ａ、２２Ｂに金を用いた場合には、その厚さは１μmあれば十分である。
表皮深さで評価する表面粗さに要求される値には大きな差はない。
したがって、導体表面の酸化などによる劣化を考慮すれば、第１、第２の導体層２２Ａ、２２Ｂを構成する導体材料には金が好ましい。
【００１２】
絶縁体１４は、内部導体１２と外部導体１６とを電気的に絶縁し、さらに、内部導体２２を外部導体１６の中心に保持するための誘電体であり、従来公知の全ての誘電体材料および誘電体損失が小さい材料の使用が可能である。
内部導体１２を外部導体１６の中心に保持する手法も、従来公知の全ての技術が使用可能である。
【００１３】
シース１８は、外部導体１６を覆って保護するものであり、塩化ビニールやポリエチレンなどの合成樹脂材料で構成されている。
【００１４】
本実施の形態によれば、内部導体１２を構成する第１の導体層２２Ａと外部導体１６を構成する第２の導体層２２Ｂは、それぞれ鏡面の光ファイバ等の表面で形成されるために、第１の導体層２２Ａ、第２の導体層２２Ｂの表面も鏡面となっている。そのため、導体表面の粗さによる伝送損失の増加を抑制することができる。
現在、光ファイバの直径は０.１２５mmが最少であり、この光ファイバを、光ファイバ２０に用いて特性インピーダンス５０Ω同軸ケーブルを構成した場合には、外部導体１６の内径は０.２８８mmになり、遮断周波数は４６２GHzで、４００GHz程度までの周波数で使用可能になる。
直径０.１２５mmの光ファイバの剛性は、同じ直径の金属線に比べてはるかに大きいが、可撓性は十分である。同軸ケーブルの可撓性は、外径が大きい外部導体１６で決まるので、内部導体１２に光ファイバを用いても問題は無い。むしろ、強い剛性のため変形が起こらず、内部導体１２の加工に優位性がある。
【００１５】
内部導体１２に光ファイバを用いる場合、光ファイバのクラッド層が光の波長に比べて十分厚ければ、光ファイバ表面の金属層の影響は無く、光ファイバ本来の利用が可能である。これは、例えば、同軸導波管変換器などで、内部導体１２の光ファイバに光を結合することが可能な構造では、単一の同軸ケーブルで高周波信号と光信号を同時に伝送することが可能である。
【００１６】
本発明による同軸ケーブルは、可撓性を持つ円形同軸導波管にも適用できる。
【符号の説明】
【００１７】
１０  同軸ケーブル
１２  内部導体
１４  絶縁体
１６  外部導体
１８  シース
２０  光ファイバ（第１の丸棒）
２２Ａ  第１の導体層
２２Ｂ  第２の導体層
【図１】
2015109179.tif 000003