(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延びる中心軸（１０１−１０１）を有する同軸ケーブル（１０，５０）において、
このケーブルの前記中心軸から一定量ずれて、前記中心軸（１０１−１０１）に沿って伸びる内部導体（１１）と、
この内部導体（１１）の周囲上を包囲して絶縁被覆導体を形成する絶縁部材（１２）と、
前記絶縁部材（１２）の周囲上を包囲する外側導体（１３）と、
前記外側導体（１３）の周囲上を包囲する絶縁材料製のジャケット（１６）とを有し、
前記絶縁被覆導体は、前記外側導体（１３）に対し前記ケーブルの長手方向における長さＬの区間毎に前記中心軸（１０１−１０１）の回りに１回転しているとともに、前記内部導体（１１）は前記ケーブルの前記中心軸（１０１−１０１）の周囲に当該長さＬの区間毎に螺旋状に巻回していることを特徴とする同軸ケーブル。
【請求項２】
前記絶縁被覆導体は、同軸ケーブルの中心軸回りに、時計方向と反時計方向に回転し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】
前記外側導体（１３）は、ケーブルの長手方向に沿って前記中心軸に対して非対称性を有す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４】
前記非対称性は、継ぎ目（１４）を含むことを特徴とする請求項３記載の同軸ケーブル。
【請求項５】
前記外側導体（１３）とジャケット（１６）との間に配置された金属製ブレード（１５）を更に有す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６】
前記Ｌは、１ｍであ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７】
前記Ｌは、１２．７ｃｍであ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８】
前記絶縁被覆導体の前記長さＬが、前記同軸ケーブルの長手方向に沿って変化すると共に、その回転の方向が時計方向から反時計方向へと変化するようになっ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９】
前記内部導体は、銅製のワイヤから成ることを特徴とする請求項１記載の同軸ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同軸ケーブルに関し、特に構造的なリターンロスを改善した同軸ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学通信システムと電気通信システムとの間で健全な競争が展開されている。電気通信システムが高速度で信号を分配でき生き残るためにはケーブルとコネクターは、その伝速効率を改善しなければならない。さもないと、光学通信システムで置き換えられてしまう。しかし、ほとんどの一般顧客の通信システム及び企業用の通信システムは、もっぱら電気信号を取り扱うようになっているために、現在のところ、電気通信システムが競争上有利な立場にある。しかし、いつかは電気通信装置は、光学通信装置で置き換えられることになるが、電気装置は性能を改善することにより当面は先行投資されている。光学ケーブルに比べて電気ケーブルは、ブロードバンドの性能が限られており、さらにまたクロストークの影響を受けやすい。ブロードバンドの機能を有し、クロストークの干渉の受けないような現在最も効率的でかつ幅広く用いられている電気ケーブルは同軸ケーブルである。
【０００３】
同軸ケーブルは、１９２９年５月２３日以前にベル研究所のLloyd EspenschiedとHerman Affelにより発明された（米国特許第１，８３５，０３１号を参照のこと）ものであるが、同軸ケーブルの性能を改善することは何年も経つと不可能となる。にもかかわらず、このような改良は求められている。
【０００４】
同軸ケーブルは、電気導体（以下内部導体）とこの内部導体を包囲する別の電気導体（以下外側導体）を有し、それらの間に非導電性の層を具備している。この非導電性の層は、理想的には均一かつ空気を含んでいるが、多くの場合ポリエチレンのような誘電体材料を含む。同軸ケーブルは、ＴＥＭ（Transverse Electromagnetic）モードでエネルギーを伝送し、そのカットオフ周波数はゼロである。さらにまた、誘電体の波インピーダンスと伝搬定数を有する２本の導体伝送を含み、エネルギの位相速度は、この誘電体層内の光速に等しい。同軸ケーブルはまた電磁スペクトラムのＨＦ（高周波）とＵＨＦ（超高周波）の領域で効率的な動作を行うのに利点がある。同軸ケーブルはまた完全にシールドされたラインを有し、放射損失も最少である。同軸ケーブルはまたワイヤーを編んだ金属製ブレードを具備して柔軟性を増しており、そして、通常外気に対し不浸透性を有する。同軸ケーブルの放射損失が少ないために、近くの金属物体および電磁エネルギー源は外側導体が内部導体に対しシールドとして機能するためにケーブルに対する影響は少ない。
【０００５】
誘電体材料の楕円性および、内部導体の断面の非円形性と誘電体材料内の内部導体が完全に中心にない（非同軸性）等の非対称に起因する不完全性により、同軸ケーブルの高周波性能が制限される傾向にある。このような不完全性は、製造中の様々な理由（たとえば製造装置、重力、引き抜き中の誘電体材料の流れが等しくない、及び精度許容誤差等）により、実際問題としては避けることが出来ない。このような非対称性に基ずく不完全性の為に、様々な伝送上の問題、たとえば信号の反射（すなわち構造的リターンロス）と歪みとパワーの喪失等の様々な問題が発生する。同軸ケーブルの長さ方向に沿った様々な点における電気インピーダンスの変動は、内部導体と外側導体との間の距離の微少な変動に起因し、これが信号の反射を引き起こす。このような信号反射は信号が同軸ケーブルにとってエラーなしで伝送できる距離を短縮し、さらにまた最大周波数を制限してしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
同軸ケーブルのＳＲＬ（Stractural Return Loss；リターンロス）を改善するために製造業者は、誘電性絶縁材料層内の中心における金属製導体の同軸性と非同軸性に着目した様々な努力を払っている。これらの努力にも係わらず、実際の製造環境下では十分な改善が得られず、従って、ＳＲＬを改善する技術が求められている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の同軸ケーブルは、内部金属製導体（内部導体）と外部金属製導体（外側導体）とを有し、これらの間は所定の厚さの絶縁層により分離されている。本発明によれば、絶縁された内部導体は、外側導体に対し所定の比率の巻回で長手軸に沿ってケーブルの中心軸まわりに回転している。このようなＩＣＲ（絶縁被覆導体の回転）がケーブルのリターンロスの性能を大幅に改善する。
【０００８】
本発明の一実施例においては、絶縁された内部導体は、金属製シールドを具備する前にケーブルの中心軸まわりに回転している。
【０００９】
ＩＣＲは、ワイヤーペアー（ワイヤー対）と共に使用され、リターンロスを低減しているが同軸ケーブルには適用出来ないだろうと考えられていた。その理由は、同軸ケーブルの絶縁被覆導体を回転させることは、内部導体と外側導体との距離を変化させることになるからである。しかし、本発明がなされるまで見過ごされていた点は、外側導体はその長さ方向に沿って継ぎ目を有すると言う事実である。本発明の一態様は、この継ぎ目が外側導体の構造に非対称性を与え、これはＩＣＲを用いて絶縁された中心導体の非対称性により平均化する必要があり、これによりリターンロスを有効に減らせることを見いだしたものである。意外なことにこの構造上のリターンロスはＩＣＲを採用すると大幅に低減する。本発明者等が予測したようにＩＣＲはケーブルの中心軸上に内部導体が正確な位置にあるような同軸ケーブル、あるいはケーブルの全長にわたって外側導体が完全な円形状であるような同軸ケーブル（理想的な同軸ケーブル）の性能は改善することが出来ない。しかし、このような完全性はまれでありＩＣＲは多くの現実の同軸ケーブルに対し有効な改良を与えることが出来る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１，３の同軸ケーブル１０は、本発明の第１実施例を示し、絶縁層１２により包囲された内部導体１１を有し、この絶縁層１２の外径は、７５ミル（１．９ｍｍ）で好ましくは発泡性の高密度ポリエチレンから成る。同図においては、内部導体１１は、銀でメッキされた２６ＡＷＧ（American Wire Gauge）の銅製のワイヤーから成り、発泡性のポリエチレンの誘電率は約１．２である。本発明によれば、内部導体１１と絶縁層１２とを含むこの絶縁被覆導体構造は、内部導体の長さＬを有する周期でもって時計方向、反時計方向のいずれかに絶縁層１２の中心軸１０１−１０１（これは同軸ケーブルの中心軸に一致する）に沿って回転している。Ｌ（回転長さ、あるいはlayと称する）は、導体により搬送される最高周波数の周期よりも小さいが、リターンロス（ＳＲＬ）の改善は、より長い回転長さでも観測された。このような回転は、以下本明細書においては、絶縁被覆導体回転（insulated conductor rotation；ＩＣＲ）と称し、同軸ケーブル１０の外側導体を形成する金属製シールド１３を巻く前に内部導体１１と絶縁層１２に適用される。同図においては、金属製シールド１３は、２ミル（０．０５ｍｍ）のポリエステルーアルミホイールで継ぎ目１４に沿って接合されている。
【００１１】
従来、絶縁被覆導体の回転は、ワイヤー対から成る内部導体には適用されていたが、（米国特許第５，７６７，４４１号参照のこと）同軸ケーブルには、適用されていなかった。その理由は、その対称性及びこのような同軸ケーブルの回転は、内部導体と外側導体との間の距離を変化させることはないので、如何にＩＣＲが同軸ケーブルに対し利点を有するかを見極めることが困難であったからである。しかし、我々が見過ごしていたことは、金属製シールド１３の構造内に継ぎ目１４が存在することであった。この継ぎ目１４は非対称性を作りだし、そして同軸ケーブル１０の長さ方向に沿って伸び、これが意外なことに絶縁被覆導体構造の非対称性と組合わさったときにケーブルのＳＲＬ性能を劣化させることが判ったものである。このような劣化は、ケーブルの中心軸と一致する内部導体を有する同軸ケーブルでは小さいが、ケーブルのその長さ方向にそって中心軸から内部導体がかなり離れたような同軸ケーブルにおいては、ＳＲＬが６ｄＢ以上改善されることが見いだされた。
【００１２】
本発明の実施例においては、金属製ブレード１５が金属製シールド１３を包囲している。同図において金属製ブレード１５は、３６ＡＷＧの錫ー銅製またはアルミ製のワイヤーの織った布から成り、これが金属製シールド１３と保護ジャケット１６の間に配置される。保護ジャケット１６は、ポリ塩化ビニルＰＶＣまたはポリエチレン製である。本発明の一実施例においては、同軸ケーブル１０の外径は小さく（１５ｍｍ以下）、接地が容易となるようなフレキシビリティーを与えている。
【００１３】
上記した一般的なケーブル構造は、多くの高性能の通信ケーブルに当てはまり、特に本発明の従来技術に対する利点は、金属製シールドを形成する前に同軸ケーブルの絶縁層内の内部導体を意図的に巻回し、これによりケーブルの性能を大幅に向上させるものである。
【００１４】
ＩＣＲは、厚さが均一でない絶縁層により包囲された導体の非同心性をなくすあるいは平均化する有効な方法であり、ＩＣＲの一周期の間、導体の内側に起こる変化を考慮する際に有効である。次に図２，３を参照すると、同図は、絶縁層１２により包囲され、このケーブル１０の中心軸１０１の周囲に巻回された内部導体１１を示している。内部導体１１の中心軸１０３は、ケーブルの中心軸１０１から一定量だけずれている。絶縁被覆導体が回転するとケーブル１０の中心軸１０１を囲む中心点１０４が形成される。絶縁層１２内の内部導体１１の位置は、ケーブルに沿った様々な位置で点線（１１−１，１１−２，１１−３，１１−４）で示され、ケーブルの中心軸１０１の周囲に内部導体１１の中心軸１０３を移動させるようなＩＣＲを示している。その結果、回転した内部導体１１内の長さ方向に沿って流れる電気信号は完全に同軸であるかのように電気的に振る舞う。言いかえると本発明により巻回された（回転された）内部導体１１を備える同軸ケーブルは、完全な同軸および非同軸性がゼロの理想の同軸ケーブルと実際上同一となる。
【００１５】
図４は、ケーブル１０の中心軸１０１に対し、内部導体１１の中心軸１０３上に与えるＩＣＲの影響を示す。特に図４は、様々な軸方向の位置に対する同軸ケーブルの側面図である。１０２は回転する前の内部導体１１の長手方向軸を表す。この長手方向軸１０２は、ケーブルの中心軸１０１から距離ｄだけずれている。このずれ量が外側導体である金属製シールド１３の非対称性と相まってＳＲＬを劣化させる。内部導体の長さＬの区間毎に１回転、その長さ方向軸に対し絶縁被覆導体１１を回転させることにより、内部導体の中心軸１０３とケーブルの中心軸１０１との間の平均距離は、ゼロとなり、ＳＲＬがその結果低下する。このような回転は、外側導体である金属製シールド１３を形成する前に行われ、このステップは、通常「プレツイスト」と称する。ＩＣＲは、あらゆる直径の同軸ケーブルに適用できるが、実際にはＬの最小値を考慮しなければならない。細いケーブルは、絶縁被覆導体上に与える歪みに対し、Ｌの値を小さくしなければならない。Ｌの値を小さくすることにより、高周波時にＳＲＬを改善できる、にもかかわらず実際のＬの値は設計的選択事項である。
【００１６】
本発明によればＩＣＲは様々な方法で行うことができる。そのうちの一つの技術は、２本の絶縁被覆導体をねじって導体対にするのに通常用いられる垂直ツイスタ（ツイナー）を用いることである。具体的に説明するとＩＣＲを行うために１本の絶縁被覆導体を従来方法により垂直ツイスタで処理する。現在使用されているツイスタである製造装置によっては、様々な機械的な調整を行うことが必要であるが、このような調整は、当業者が容易に理解できるところであり、本明細書ではこれ以上の議論はしない。上記したように他の装置も本発明により、ＩＣＲを行うのに適したものであり、この例として水平ツイナーも含む。
【００１７】
上記した寸法のケーブルの場合には好ましいＩＣＲの長さＬは、５インチ（１２．７ｃｍ）である。さらにまた大部分の情報が１００メガヘルツ以下の周波数で同軸ケーブルを介して送信されるために、１ｍの長さのＬを用いると改善されることが見いだされた。にもかかわらずＩＣＲはケーブルの長さ方向にそって変化する回転割合（即ち周期Ｌを変えて）でかつ時計方向から反時計方向に変化する方向（即ち、ある周期は時計方向にそして次の周期は半時計方向に巻回する）で適用することもできる。
【００１８】
【発明の効果】
動作上の観点からするとＩＣＲは、既存の同軸ケーブルに対し少なくとも以下のような利点を与える。ケーブルがより厳しい伝送要件をみたすことができるように（１）ＳＲＬのマージン（約６ｄＢ）を増やす。（２）接続損失のマージン（約１％）を増加させる、（３）絶縁材料の品質および量を減らすことができる。
【００１９】
本明細書に開示したシースシステムに加えて、導体絶縁用の材料および／またはジャケットの材料は、ケーブルの火炎を抑制し、発煙を押さえるようにするようなものである。例えば、この種の材料は、フルオロポリマーである。Underwriters Ladoratoriesは、ビル火災のような熱にさらされても耐えるようにするために、通信ケーブルをクラス分けする際のテスト標準を決めている。特にケーブルは、立ち上がりケーブルあるいはプレナムケーブルのいずれかである。
【００２０】
例えば、ＵＬ９１０の火炎テストは、プレナム規格を受けるためにはこのケーブルが受けなければならない条件を規定している。このようなプレナム規格を達成するためには、あらゆる公知の技術が絶縁被覆導体の回転技術を採用しているケーブルに組み込まれる。更にまた他の試験標準および／または要件を適用し、そしてケーブルが使用されるような特殊な環境下において、本発明の特性を組み込んだケーブルの品質を確かめることもできる。
【００２１】
本発明の変形例として、フッ化エチレンプロピレン（flourinated Ethylene Propylene；ＦＥＰ）のような他の絶縁材料をプレナムケーブル用に用いることもできる。また、外側導体の非対称性はシーム以外のもの（例えば、ケーブルの中にある非対称性を引き起こすようなドレインワイヤー）でもよい。絶縁材料は、必ずしも発泡性のものである必要性はなく、また、ケーブルの寸法は、本明細書に開示した以外にその大小を問わない。とくに本発明のケーブルに用いられるものは、ＣＡＴＶのアプリケーション用に用いられる同軸ケーブル（ＲＧ６）を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例による同軸ケーブルの斜視図
【図２】  同軸ケーブルの中心軸に対し、内部導体の位置に対するＩＣＲの影響を表す図
【図３】  ケーブルに沿った様々な位置において、内部導体の位置を表す図１の同軸ケーブルの断面図
【図４】    同軸ケーブルの中心軸に対し、内部導体の中心軸に対するＩＣＲの影響を表す図
【図５】    本発明の第２実施例による同軸ケーブルの斜視図
【符号の説明】
１０  同軸ケーブル
１１  内部導体
１２  絶縁層
１３  金属製シールド
１４  継ぎ目
１５  金属製ブレード
１６  保護ジャケット
１０１  同軸ケーブルの中心軸
１０３  内部導体の中心軸
１０３  内部導体の長手方向軸
１０４  中心点
【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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