(57)【要約】    【課題】  高周波信号の伝送ロスを大幅に抑制することの可能な同軸伝送線を実現可能とする。    【解決手段】  高周波同軸伝送線用の支持構造体は、ロック機構１２と、テーパー部の形成された中心導体１４を囲む誘電体ガラスビーズ部分１３と、この誘電体ガラスビーズ部分１３からの余剰ガラスを収容する開放領域１１と、導電性を有し、軸方向に沿って分割されたものを組み合わせたスプリットビーズ９、１０を利用したものである。ガラス−金属封止を形成する装置は、中心導体１４のテーパー部に対するガラスの位置を高い精度で制御する。    【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸ケーブルの中心導体用の支持体であって、
前記中心導体を囲む誘電体と、
長手方向に沿って結合する導電性の第一のビーズリング部分および第二のビーズリング部分と、
前記誘電体を受容する為に、前記第一及び第二のビーズリング部分の中に同軸に形成された円筒形の第一の陥凹と、
前記第一及び第二のビーズリング部分中に形成された第二の陥凹とを具備し、前記第二の陥凹が前記第一の陥凹と連通し、前記第二の陥凹が余剰の誘電体を収容する為のものであることを特徴とする支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波同軸伝送線に関するものであり、より具体的には高周波同軸伝送線においてガラス−金属封止を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号伝送用の伝送線は一般に、電荷を保持することが出来る誘電材料で分離された２本の導体から成る。伝送線の２つの重要な特性はインピーダンスと最高動作周波数であり、これらはいずれも導体の相対的サイズ及び間隔と、これらを分離する材料の誘電率により決まる。伝送線の寸法が搬送される波長に対し、特定の比率よりも大きい場合に最高動作周波数は制約され、これにより有害な、望ましくないモードが生じることになる。従って伝送線の動作周波数を増大させる場合、伝送線構成要素の特性寸法は小さくしなければならない。インピーダンス不整合がある場合は常に信号の一部が反射されることになる為、伝送線インピーダンスの制御は重要である。この結果、不整合がある場合に生じる望ましくない反射を最小化する為には、信号経路全体を通じてインピーダンスを一定に維持する必要がある。
【０００３】
空気は、高周波同軸伝送線における一般的な誘電体である。このような伝送線においては、中心導体の同軸配置を維持する為の支持体が必要であり、更にコネクタにも支持体が必要である。このような支持体においては、フッ素化ポリマー、セラミック、ガラス又はガラス−セラミック材料等の異なる誘電材料が用いられる。これらの材料の利用は、誘電率が空気とは変わることを意味する為、インピーダンスを一定値付近に可能な限り維持する為には伝送線の形状を変えなければならないのである。中心導体を支持する為に用いられる材料の誘電率は、一般に空気よりも高いことから、適正なインピーダンスを維持する為には中心導体の直径を小さくするか、あるいは外側導体の直径を大きくする必要がある。より高い周波数においては、伝送線は不連続性の影響をより受けやすくなり、空気からガラスへの遷移形態は注意深く制御されなければならないのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
中心導体の直径変化部に対する支持体の配置もまた重要である。この遷移領域の形状は所要の特性インピーダンスを漸減させた遷移領域を通じて注意深く制御し、反射を最小化しなければならない。特にミリメートル波周波数では、テーパーを付けた中心導体を支持する相対位置に小さなずれ又はひずみがある場合、３０ｄＢ程度又はそれ以上の反射損失が生じ得るのである。よって支持体の公差は注意深く制御されなければならない。
【０００５】
一般的なガラス−金属封止における支持体及び導体間の封止は、金属の組成に応じてガラスと金属との間に形成される化学結合、或いは処理中にガラス中に生じる圧縮応力のいずれかにより成される。圧縮応力は金属の熱膨張係数がガラスのそれを超えている場合に生じるものであり、これは構造体の耐久性を上げる上で望ましい。ガラスは非常に引張力に弱いが、この引張力は中心導体が放射状に曲げられた場合に生じる。ガラスに圧縮方向のプレストレスが印加されるものである場合、このプレストレスは、ガラスにかかる引張強度が問題となることのないように大きさが設定されている必要がある。しかしながら伝送線の寸法が小さくなるにつれ、実使用上で良好な信頼性を得る上で必要なプレストレスの印加を実施することはより困難となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
高周波同軸伝送線用の支持構造体は、ロック機構と、テーパー付けされた中心導体を囲む誘電体ガラスビーズ部分からの余剰ガラスを収容する開放領域とを持つ導電性のスプリットビーズを利用したものである。ガラス−金属封止を形成する装置は、中心導体のテーパー部に対するガラスの位置を制御する。
【０００７】
本発明は特定の実施例に基づいて図を参照しつつ説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
高周波信号を伝播する伝送線は、一般に電荷を維持することが出来る材料（誘電体）により分離された２本の導体から成る。伝送線にはインピーダンス及び最高動作周波数という２つの重要な特性があり、これらはいずれも導体の相対的サイズ及び間隔と、これらを分離する材料の誘電率により決まる。最高動作周波数は、伝送線の寸法が伝播波長に対して特定の比率よりも大きい場合に制約され、これにより有害な望ましくないモードが生じる。従って、伝送線の動作周波数を増大させる場合、伝送線構成要素の特性寸法は小さくしなければならない。インピーダンス不整合がある場合は常に信号の一部が反射されることになる為、伝送線インピーダンスの制御は重要である。この結果、不整合がある場合に生じる望ましくない反射を最小化する為には、信号経路全体を通じてインピーダンスを一定に維持する必要がある。
【０００９】
高周波同軸構造体の場合、通常、誘電体としては空気が使用され、ガラス−金属封止が図１に示したように中心導体を外側導体に対して同軸に配置しておく為に使われる。中心導体２００を支持するために使用される材料（支持体）２０１の誘電率は一般に空気よりも大きい為、適正インピーダンスを保つ為には中心導体２００の直径を小さくするか、或いは外側導体２０２の内径を大きくするかしなければならない。より高い周波数においては、線は不連続性に影響され易く、空気からガラスへの遷移部分の形状が細かく制御されなければならない。本願において使用した場合、名目上「ガラス」と呼ばれる語は、ガラス、セラミクス、ガラス化ガラス、及び今日当該分野で周知の同様の材料を含む材料を意味する。
【００１０】
代表的なガラス−金属封止における誘電体及び導体間の封止は、金属の組成に応じてガラス及び金属間に形成される化学結合、或いは処理においてガラス中に生じる圧縮力から得られるものである。圧縮力は金属の熱膨張係数がガラスのそれを超えている場合に生じるもので、これは構造体の耐久性を上げる上で望ましい。ガラスは非常に引張力に弱いが、この引張力は中心導体が放射状に曲げられた場合に生じる。ガラスに圧縮方向のプレストレスが印加されるものである場合、このプレストレスは、ガラスにかかる引張強度が問題となることのないように大きさが設定されている必要がある。しかしながら伝送線の寸法が小さくなるにつれ、実使用上で良好な信頼性を得る上で必要となるプレストレスの印加を実施することはより困難となる。
【００１１】
ガラス−金属封止は、一般に中心導体及び外側導体をガラス予備形成物（プリフォーム）と組み合わせた後にガラスが流動しだすまでこのアセンブリを加熱することにより作られる。代表的には、導体は垂直にロードされ、そして両導体との間にクリアランスを持ち、ガラス上に置かれる重りを使って圧力が印加される。ガラスにかかる軸方向圧力が、ガラスを中心導体及び外側導体間に流れこませる。しかしながら、このタイプの装填方法では、空気−誘電体遷移領域において形成し得る形状種類が制約されかねない。従来の軸方向荷重によって作るには非現実的な構造例を、図２に示した。
【００１２】
Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃの高周波構造体シミュレーション（ＨＦＳＳ）システムを用いた２００ＧＨｚまでの周波数のシミュレーションから、ガラスの終端部分がテーパー部の端部に対して高い精度で配置されている場合にあっては、図２に示した空気−ガラス誘電体遷移部分が優良な電気性能を持つことが判明した。シミュレーションされた構造体を図３に示し、この図中において空気／ガラス誘電体の界面がＡ、Ｂ及びＣの符号がつけられて３箇所に示され、これらのうち、位置Ａが推奨されるものである。これらのシミュレーションにおいては、ガラスビーズは長さ２ｍｍであり、中心間で７ｍｍの間隔を持っている。中心導体の径は、空気誘電体部分では０．５８４２ｍｍ（φ1）、ガラス誘電体部分においては０．０８８９ｍｍ（φ2）であり、そしてこれら２つの間の遷移部分のテーパーは水平方向に対して６０°の角度をなしている。位置Ｃは、テーパー端部から０．０２５４ｍｍの距離からガラスが始まっていることに対応するものである。シミュレーションでは、ガラスの軸方向終端位置が推奨位置Ａから僅かでもずれている場合、コネクタ性能にかなりの影響が出ることが判明しており、あるケースにおいては反射損失（Ｓ11、性能測定値）に３０ｄＢを超える違いが生じるのである。従って、テーパー部に対するガラスの位置は非常に注意深く制御されなければならないのである。
【００１３】
本発明は、ガラス−金属圧縮封止を作り、ＤＣからミリメートル波周波数以上にまでわたる良好な電気性能を得る為に、ガラスの終端部に必要な制御を加える為の手段を提供するものである。本発明は、アセンブリの各部品に本来有する誤差を許容する為の対策と、ガラス中の圧縮力の大きさを制御する為の手段を含む。図４に示した本発明の一実施例は、余剰のガラス流用の開放部（余ったガラスがそこに流入するのを可能とする空隙部）１１と、オプションとして２部品をロックする為の機構１２を含む、縦に（軸方向に、あるいは中心導体の延在方向に沿って）２つに割った導電性ビーズリング９、１０から成るものである。図５に示したように、適正な径の孔をあけたスリーブ１５Ａ、１５Ｂをそれぞれの面に対向して押し付けることにより、ビーズリングで伝送線を形成することが出来る。このタイプの構成は、同軸コネクタにおける伝送線を形成するものである場合もある。本発明のビーズリングは、図２及び図３に示した空気−ガラス遷移部分を作る為の手段を実現するものである。
【００１４】
ビーズリング９、１０及びガラス材料１３は、それらの熱膨張が整合するよう考慮して選択されなければならない。圧縮封止を作るそのような組み合わせの一例としては、ビーズリング材料としてＡＩＳＩ１２１５スチールと、誘電体としてタイプ８２５０ホウ珪酸ガラスが挙げられる。同様に、ビーズリング材料としてＫｏｖａｒ（登録商標）、誘電体としてホウ珪酸ガラスを使用した組み合わせも整合した封止を作ることが出来る。多くの金属／誘電体の組み合わせが可能である。
【００１５】
もし採用した場合、ロック機構１２にはガラス１３の軟化点よりも高い融点を持つロウ付け材予備形成物を使用することが出来る。その一例として銀−銅材料（７２％Ａｇ／２８％Ｃｕ）を挙げることが出来るが、これはホウ珪酸ガラスの軟化点よりも約１００℃高い融点を持つものである。
【００１６】
ビーズリングの製造方法の一実施例を図６に示した。アライメントを提供する為の半円造作を持つブロック２２Ａ及びブロック２２Ｂの間において、導電性ビーズの二等分部品１０Ａ、１０Ｂ、ガラス予備形成物１３Ａ、１３Ｂ及び中心導体１４が、中心導体のテーパー部分を受容するように設けられた障壁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの間で組み立てられる。スペーサー２１Ａ、２１Ｂは、障壁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの両端部に配置され、ブロック２２Ａ、２２Ｂ中のアセンブリはネスト２３中に配置され、軸方向の動きが制約されることになる。重り２４は分割されたビーズの上半分１０Ａ上に配置され、ガラス１３Ａ、１３Ｂが流動し始めるまでアセンブリ全体が加熱される。アセンブリが適正な温度に到達すると、ビーズの二等分部品は重り２４によって圧されることになる。
【００１７】
ビーズリングの上述した長手方向（軸方向）に沿う分割は、このガラス−金属封止を他の方法とは異なる様式で作ることになり、ガラスの最終形態の位置、形状に関する制御を助けるものである。従来の方法においてはガラスには軸方向に圧力がかけられるが、ビーズリングを上述のように分割することにより、処理中にガラスを半径方向に圧することが可能となる。このことは重要である。なぜならば、テーパー形状部分を保持している（収容する）固定された障壁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを、ガラスを高い精度で位置決めし、中心導体の異なる２つの直径間の遷移部分（テーパー部分）に流れ込まないようにするためのものとして用いることが出来るからである。ガラスが流れる際、これらの端部は閉塞されているので、アセンブリが加熱され、二等分の部品が相互に押し付けられた場合に生じる余剰ガラスを受容する為にボイド（または開放部）１１（図４によりわかりやすく図示）が放射状に設けられている。これはガラス予備形成物と孔の、製造プロセスに固有の累積誤差を許容するものである。
【００１８】
二等分の部品を相互に押し付ける際にガラスを捕捉（漏れ出さないように閉塞）するには、障壁とビーズリングとの間に何らかの加圧が必要である。これを行う一手法は、ネストよりも大きい熱膨張率を持つ材料からスペーサーを作るというものである。アセンブリが加熱されると、ネストの膨張とは異なるスペーサー膨張により必要な加圧が生じる。更に、昇温状態でビーズリングの二等分部品を相互に押し付ける為に必要な負荷は、上述した重りの代わりに工具の熱膨張係数差を利用することにより、同様の方法で作ることが出来る。
【００１９】
圧縮力をガラス中に生じせしめることが望ましい為、ビーズリングの二等分部品間にロック機構を導入すると良い。これを実現する為にはロウ付け材や機械的造作を含む様々な手段がある。いずれの場合においても、ロック機構の設計を注意深く行うことにより、二等分部品が一体となる温度を制御することが出来る。昇温状態にある材料の膨張特性により、二等分部品が結合する温度は、捕捉するガラスの量に影響を及ぼす為、二等分部品が結合する温度を制御することは有利なのである。冷却に際しては、ガラスと金属との熱的不整合性から、捕捉された量の関数である圧縮力がガラス中に生じる。この結果、スプリットビーズの設計がガラスにかかるプリロード（予圧）の程度を制御することになるのである。このことは、先にも述べたように小さな外形においては、十分な信頼性を得るために必要なプレストレス状態を作ることがより困難である為、重要なのである。
【００２０】
上述した本発明の詳細な記載は説明目的で提供したものであり、本発明を網羅することや開示した実施例に限定することを意図したものではない。よって本発明の範囲は、添付請求項により画定されるものである。
【００２１】
なお、本発明は例として次の態様を含む。（  ）内の数字は添付図面の参照符号に対応する。
［１］  同軸ケーブルの中心導体（１４）用の支持体であって、
前記中心導体を囲む誘電体と、
長手方向に沿って結合する導電性の第一のビーズリング部分（９）および第二のビーズリング部分（１０）と、
前記誘電体を受容する為に、前記第一及び第二のビーズリング部分の中に同軸に形成された円筒形の第一の陥凹と、
前記第一及び第二のビーズリング部分中に形成された第二の陥凹（１１）とを具備し、前記第二の陥凹が前記第一の陥凹と連通し、前記第二の陥凹が余剰の誘電体を収容する為のものであることを特徴とする支持体。
［２］  前記第一及び第二の導電性ビーズリング部分を相互にロックする為のロック手段（１２）を更に具備することを特徴とする上記［１］に記載の支持体。
［３］  前記ロック手段がロウ付け材を含むものであることを特徴とする上記［２］に記載の支持体。
［４］  同軸ケーブルの中心導体（１４）用の支持体を形成する為の方法であって、前記中心導体は、前記支持体の両端における第一の直径（φ1）から前記支持体領域内における第二のより小さい直径へとテーパー状になされたものであり、
前記中心導体の前記第二のより小さな直径を持つ領域の周囲に誘電体予備形成物（１３）を配置することと、
前記誘電体予備成型物を包囲する、軸方向に沿って分割された導電性のビーズリングを配置することと、
前記導電性ビーズリングは、前記誘電体予備形成物及び前記中心導体を包含する為に同軸に形成された第一の円筒形陥凹を有し、
前記導電性ビーズリングは、前記第一の陥凹と連通して余剰の誘電体を収容する為の第二の陥凹（１１）を有し、
前記導電性のビーズリング、誘電体予備成型物、及び中心導体は支持体アセンブリを形成し、
前記中心導体の前記テーパーに整合する、テーパー付けされた陥凹を有する複数の障壁（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）間に前記支持体アセンブリを収容することと、
前記支持体アセンブリおよび前記障壁を工具ネスト（２３）中に収容して工具ネストアセンブリを形成することと、
前記工具ネストアセンブリを加熱することと、
を有することを特徴とする方法。
［５］  前記支持体アセンブリを形成することが、
前記導電性ビーズリング中にロック用の窪み（１２）を設けることと、
前記ロック用の窪みにロック材料を配置することと、
を更に有することを特徴とする上記［４］に記載の方法。
［６］  同軸ケーブルの中心導体（１４）用の支持体を形成する為の方法であって、前記中心導体が前記支持体の両端における第一の直径（φ１）から前記支持体領域内における第二のより小さい直径（φ２）へとテーパー状になされたものであり、
誘電体予備形成物（１３）を前記中心導体の前記第二のより小さな直径を持つ領域の周囲に配置することと、
前記誘電体予備成型物を包囲する、軸方向に沿って分割された導電性のビーズリングを配置することと、
前記導電性ビーズリングは、前記誘電体予備形成物及び前記中心導体を包含する為に同軸に形成された第一の円筒形陥凹を有し、
前記導電性ビーズリングは、前記第一の陥凹と連通して余剰の誘電体を収容する為の第二の陥凹（１１）を有し、
前記導電性ビーズリング中にロック用の窪み（１２）を設けることと、
前記ロック用の窪みにロック材料を設けることと、
前記導電性ビーズリング、ロック材料、誘電体予備形成物、及び中心導体は支持体アセンブリを形成し、
前記中心導体の前記テーパーに整合する、テーパー付けされた陥凹を有する複数の障壁（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）間に前記支持体アセンブリを収容することと、
前記障壁の両端部にスペーサ（２１Ａ、２１Ｂ）を配置することと、
前記支持体アセンブリ、前記スペーサ及び前記障壁を工具ネスト（２３）中に収容して工具ネストアセンブリを形成することと、
前記工具ネストアセンブリの上に重り（２４）を配置することと、
前記工具ネストアセンブリを加熱することと、
を有することを特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】同軸線を示す図である。
【図２】同軸線の断面を示す図である。
【図３】同軸線の詳細な断面を示す図である。
【図４】本発明に基づく支持構造体を示す図である。
【図５】本発明に基づく同軸線を示す図である。
【図６】本発明に基づく工具（工具ネストアセンブリ）を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
９  第一の導電性ビーズリング部分
１０  第二の導電性ビーズリング部分
１０Ａ  導電性ビーズ（上半分）
１０Ｂ  導電性ビーズ（下半分）
１１  開放部
１２  ロック機構
１３Ａ、１３Ｂ  誘電体予備形成物（ガラス材料）
１４  中心導体
１５Ａ、１５Ｂ  スリーブ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  障壁
２１Ａ、２１Ｂ  スペーサ
２２Ａ、２２Ｂ  ブロック
２３  ネスト（工具ネスト）
２４  重り
２００  中心導体
２０１  支持体
２０２  外側導体
φ1  第一の直径
φ2  第二のより小さい直径
【図１】
2005032724.tif 000003
【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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