電磁波放射同軸ケーブル及び通信システム
【課題】高周波信号が入力されたときに、円偏波の電磁波を放射可能な電磁波放射同軸ケーブル、及び、該電磁波放射同軸ケーブルを備える通信システムを提供する。
【解決手段】電磁波放射同軸ケーブル(10)は、導体からなり、軸線に沿って延びる内部導体(20)と、内部導体(20)を覆う絶縁体(22)と、絶縁体(22)の周囲に、絶縁体(22)の一部が露出させられるギャップ(30)を形成するように、一定のピッチの一重螺旋状にて巻回された外部導体(24)とを備える。送信又は受信される高周波信号の波長、当該波長での絶縁体(22)の比誘電率、及び、軸線に沿う方向における外部導体(24)の巻回のピッチは、所定の関係を満たす。
【解決手段】電磁波放射同軸ケーブル(10)は、導体からなり、軸線に沿って延びる内部導体(20)と、内部導体(20)を覆う絶縁体(22)と、絶縁体(22)の周囲に、絶縁体(22)の一部が露出させられるギャップ(30)を形成するように、一定のピッチの一重螺旋状にて巻回された外部導体(24)とを備える。送信又は受信される高周波信号の波長、当該波長での絶縁体(22)の比誘電率、及び、軸線に沿う方向における外部導体(24)の巻回のピッチは、所定の関係を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電磁波放射同軸ケーブル及び通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、移動体通信のための送信アンテナとして、開放同軸ケーブル及び漏洩同軸ケーブルが提案されている(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。
【0003】
特許文献1の図10(A)及び(B)に示された開放同軸ケーブルは螺旋状の開口溝を有し、開放同軸ケーブルに高周波信号を供給すると、開口溝を通じて電磁界が漏れ出す。外部の受信アンテナは、この漏れ出した電磁界を、誘導結合により検出する。
【0004】
一方、特許文献1の図7や特許文献2の図1に記載された漏洩同軸ケーブルはスロットを有し、開放同軸ケーブルに高周波信号を供給すると、スロットを通じて電磁波が放射される。外部の受信アンテナは、この放射された電磁波を受信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平9−198941号公報
【特許文献2】特開2010−103685号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1の図10(A)及び(B)に記載された螺旋型の開放同軸ケーブルは誘導結合型であり、これらの開放同軸ケーブルを送信アンテナとして用いた場合、受信アンテナまでの距離や、開放同軸ケーブル自体の汚れ等に応じて、伝送損失や結合損失等の特性が大きく変化してしまう。
【0007】
また、特許文献1の図7や特許文献2の図1に記載されたスロット型の漏洩同軸ケーブルは直線偏波の電磁波しか放射できない。このため、この漏洩同軸ケーブルを送信アンテナとして用いた場合、受信アンテナを、直線偏波の振幅方向に合わせて設置しなければ、結合損失が悪化してしまうという問題がある。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、高周波信号が入力されたときに、円偏波の電磁波を放射可能な電磁波放射同軸ケーブル、及び、該電磁波放射同軸ケーブルを備える通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、導体からなり、軸線に沿って延びる内部導体と、前記内部導体を覆う絶縁体と、前記絶縁体の周囲に、前記絶縁体の一部が露出させられるギャップを形成するように、一定のピッチの一重螺旋状にて巻回された外部導体とを備え、送信又は受信される高周波信号の波長をλとし、前記波長での前記絶縁体の比誘電率をεrとし、前記軸線に沿う方向における前記外部導体の巻回のピッチをPとするとき、次式:
【0010】
【数1】
【0011】
で示される関係を満たす、ことを特徴とする電磁波放射同軸ケーブルが提供される(請求項1)。
【0012】
好ましい態様として、前記外部導体の前記絶縁体の表面における占有率は50%以上である、(請求項2)。
【0013】
好ましい態様として、前記軸線を含む平面に前記ギャップを投影したとき、前記外部導体の側縁と直交する方向での前記ギャップの幅は、0.5mm以上である(請求項3)。
【0014】
好ましい態様として、前記外部導体は、箔又は複数の導線からなる(請求項4)。
【0015】
好ましい態様として、電磁波放射同軸ケーブルは、前記内部導体に前記高周波信号が印加されたときに、円偏波の電磁波を放射する(請求項5)。
【0016】
好ましい態様として、前記高周波信号の周波数は、800MHz以上2400MHz以下の範囲内にある(請求項6)。
【0017】
また、本発明の一態様によれば、上記電磁波放射同軸ケーブルを備える通信システムが提供される(請求項7)。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、高周波信号が入力されたときに、円偏波の電磁波を放射可能な電磁波放射同軸ケーブル、及び、該電磁波放射同軸ケーブルを備える通信システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブルを備える送信システムの構成を概略的に示す図である。
【図2】図1中の電磁波放射同軸ケーブルの構成を概略的に示す側面図である。
【図3】図1中の電磁波放射同軸ケーブルの構成を概略的に示す横断面図である。
【図4】図4は、シミュレーションに用いたモデルを概略的に示す図である。
【図5】実施例1(800MHz)について、左旋円偏波及び右旋円偏波の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図6】実施例2(1800MHz)について、左旋円偏波及び右旋円偏波の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図7】実施例1(2400MH)について、左旋円偏波及び右旋円偏波の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図8】実施例1(800MHz)について、主軸及副軸の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図9】実施例2(1800MHz)について、主軸及副軸の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図10】実施例3(2400MHz)について、主軸及副軸の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図11】実施例4(2400MHz)について、軸方向偏波及び周方向偏波の結合損失の位置特性を示すグラフである。
【図12】実施例5〜8(5D)について、800MHz〜2400MHzの範囲でのメタルカバー率(占有率)とVSWR(電圧定在波比)の関係を示すグラフである。
【図13】実施例9〜12(10D)について、800MHz〜2400MHzの範囲でのメタルカバー率(占有率)とVSWR(電圧定在波比)の関係を示すグラフである。
【図14】実施例13〜16(5D)について、800MHz〜2400MHzの範囲での、周方向偏波の結合損失とギャップ幅Wgとの関係を示すグラフである。
【図15】実施例17〜21(10D)について、800MHz〜2400MHzの範囲での、周方向偏波の結合損失とギャップ幅Wgとの関係を示すグラフである。
【図16】実施例13〜16(5D)及び実施例17〜21(10D)について、周波数800MHzでの周方向偏波の結合損失とギャップ幅Wgとの関係を示すグラフである。
【図17】第2実施形態の電磁波放射同軸ケーブルの構成を概略的に示す側面図である。
【図18】図17の電磁波放射同軸ケーブルの構成を概略的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
〔第1実施形態〕
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10を備える送信システム12の概略的な構成を示している。
【0021】
送信システム12は、高周波信号を生成して出力する送信器14を備え、送信器14は高周波信号を出力する。送信器14は、給電線を介して、接栓(給電点)16に接続され、接栓16は、電磁波放射同軸ケーブル10の一端に接続されている。また、送信システム12は、電磁波放射同軸ケーブル10の他端に接続された終端器(ダミー抵抗)18を有する。
【0022】
図2は、電磁波放射同軸ケーブル10の構成を概略的に示す側面図であり、図3は、電磁波放射同軸ケーブル10の構成を概略的に示す横断面図である。
図2及び図3に示したように、電磁波放射同軸ケーブル10は、例えば銅線からなり、軸線19に沿って延びる線状の内部導体20を有する。内部導体20の外周面は、同心上に設けられた円筒形状の絶縁体22によって覆われている。
【0023】
絶縁体22の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ビニル、又は、これらの発泡体を用いることができる。絶縁体22の比誘電率εrは、例えば1.0以上3.0以下である。
【0024】
絶縁体22の外周面には外部導体24が設けられている。外部導体24の内径Dは、例えば3mm以上50mm以下である。また、例えば、電磁波放射同軸ケーブル10の特性インピーダンスが50Ω又は75Ωとなるように、内部導体20の外径dは、絶縁体の比誘電率εrを考慮して適宜調整される。
【0025】
外部導体24の外周面は電気絶縁性を有する外皮26によって覆われている。外皮26の材料としては、例えばポリエチレン、塩化ビニル、又は、ノンハロゲン系難燃材を用いることができる。
【0026】
本実施形態では、外部導体24として、1つの帯状の金属箔28が、絶縁体22の周囲に一重の螺旋状にて巻回されている。金属箔28の材料としては、例えば、銅、アルミニウム、又は、銀を用いることができる。例えば、金属箔28は50μm以上300μm以下の厚さを有する。なお、外部導体24の幅(外部導体幅)Wmは、内部導体20の軸線19に沿う方向(軸線方向)での金属箔28の長さである。
【0027】
金属箔28は、一定のピッチPにて、一重螺旋にて巻回されている。ピッチPは、電磁波放射同軸ケーブル10の軸線方向での金属箔28の巻回周期であって、金属箔28が絶縁体22の回りを1周したときに、金属箔28が内部導体20の軸線方向に進む長さである。
【0028】
ピッチPは、外部導体幅Wmよりも大きい。従って、金属箔28は、一重の螺旋状の溝(ギャップ)30を形成しながら、絶縁体22の外周面に巻回されている。
ギャップ30の幅(ギャップ幅)Wgは、例えば、0.9mm以上6mm以下である。なお、ギャップ幅Wgは、軸線19を含む平面にギャップ30を投影したときの、金属箔28の側縁と直交する方向での、隣り合う巻き(ターン)同士の間隔である。
【0029】
本実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10では、次式(1)で示される関係が成立している。式(1)中、εrは絶縁体22の比誘電率であり、λは印加される高周波信号の波長(設計波長)であり、Pは金属箔28の巻回のピッチである。なお、絶縁体22の比誘電率εrは、周波数依存性を有するが、当然のことながら、印加される高周波信号の周波数における値である。高周波信号は、携帯電話等の移動体通信、テレビ放送、無線LAN等で用いられる周波数帯の信号を意味し、例えば、周波数が、数100MHz以上数GHz以下の信号である。
【0030】
【数2】
【0031】
そして、本実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10では、好ましい態様として、絶縁体22の外周面における、金属箔28の占有率(メタルカバー率)が50%以上に設定される。つまり、外部導体幅WmをピッチPで除して得られる値Wm/Pが0.5以上に設定されている。
また、本実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10では、好ましい態様として、ギャップ幅Wgが0.5mm以上に設定されている。
【0032】
上述した第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10は、例えば、内部導体20を覆う絶縁体22の外周面に金属箔28を巻回し、それから外皮26で覆うことによって、製造可能である。
【0033】
上述した第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10によれば、式(1)の条件が満たされることによって、内部導体20に高周波信号が入力されたときに、外部導体24の螺旋巻方向に応じた円偏波の電磁波が安定して放射される。
従って、送信システム12と通信を行う受信システムは、電磁波放射同軸ケーブル10に対する受信アンテナの向きに関係なく、安定して高周波信号を受信可能である。
【0034】
このため、電磁波放射同軸ケーブル10は、偏波ダイバーシティ用放射ケーブル、GPS送受信用放射ケーブル、及び、対モバイル機器用放射ケーブルに好適である。
なお、電磁波放射同軸ケーブル10は、受信アンテナとして用いても、方向に依存せずに良好な受信感度を有するので、受信システムにも適用可能である。つまり、電磁波放射同軸ケーブル10は、通信システムの送信側及び受信側に適用可能である。
【0035】
また、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10によれば、通常の開放同軸型ケーブルと異なり、電磁波が放射されるため、伝送損失や結合損失等の電磁界の特性が安定する(すなわち、変化が小さい)。よって、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10は、外皮26の表面の汚れなどの影響が少ない。
【0036】
更に、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10は、従来のスロット型の漏洩同軸ケーブルに比べ、製造が容易である。
【実施例】
【0037】
以下、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10の実施例として、シミュレーション結果を示す。シミュレータには、電磁界シミュレータWIPL−D(WIPL−D,Inc.製)を用いた。図4は、シミュレーションに用いたモデルを概略的に示す図である。
【0038】
1.実施例1,実施例2,実施例3
1−1.パラメータ
外部導体内径D:5mm
内部導体外径d:2mm
ピッチP:200mm
外部導体幅Wm:137.5mm
メタルカバー率:69%
ギャップ幅Wg:4.9mm
絶縁体比誘電率εr:1.277
ケーブル長L:2m
高周波信号周波数:800MHz(実施例1)/1800MHz(実施例2)/2400MHz(実施例3)
【0039】
1−2.指向性評価結果
(1)左旋円偏波及び右旋円偏波の強度の周波数別放射角依存性
実施例1、実施例2及び実施例3について、左旋円偏波及び右旋円偏波の強度の放射角依存性を図5、図6及び図7にそれぞれ示す。放射角は、軸線方向と直交する方向を0°としている。
【0040】
図5〜図7に示すように、800MHz、1800MHz及び2400MHzのいずれにおいても、主モードと示した放射角にて、左旋円偏波の放射が認められる。これより、実施例1乃至実施例3の電磁波放射同軸ケーブル10によれば、特定の方向に対して、電磁波を放射可能であることがわかる。
なお、放射される電磁波が左旋円偏波であるのは、モデルでは、金属箔28が右巻きであるからであり、図2のように金属箔28が左巻きであれば、右旋円偏波が放射される。
【0041】
(2)主軸及び副軸の強度の周波数別放射角依存性
実施例1、実施例2及び実施例3について、主軸及副軸の強度の放射角依存性を図8、図9及び図10にそれぞれ示す。なお、副軸は、電磁波放射同軸ケーブルの周方向に平行な方向(以下、周方向と記載)にほぼ一致し、主軸は、放射方向及び周方向と直交する方向(以下、軸方向と記載)にほぼ一致している。
【0042】
図8〜図10に示すように、800MHz、1800MHz及び2400MHzのいずれにおいても、主モードと示した放射角にて、電磁波の軸比が1dB以下である。
これより、実施例1乃至実施例3の電磁波放射同軸ケーブルによって放射された電磁波をダイポールアンテナで受信する場合、ダイポールアンテナの方位にかかわらず、一定の強度を得られることがわかる。
【0043】
2.実施例4
2−1.パラメータ
外部導体内径D:5mm
内部導体外径d:2mm
ピッチP:200mm
外部導体幅Wm:137.5mm
メタルカバー率:69%
ギャップ幅Wg:4.9mm
絶縁体比誘電率εr:1.277
ケーブル長L:2m
高周波周波数:2400MHz
ケーブルとダイポールアンテナの距離:2m
【0044】
2−2.軸方向偏波及び周方向偏波の結合損失の位置特性評価結果
実施例4について、軸方向偏波及び周方向偏波の結合損失の位置依存性を図11に示す。なお、横軸の0mmの位置が給電点に対応する。
図11に示すように、軸方向偏波及び周方向偏波ともに、約1500mm〜2000mmの範囲では、安定に放射されている。一方、指向性の関係で、1500mmよりも0mm側では、結合損失が増大している。
【0045】
3.実施例5〜8及び実施例9〜12
3−1.パラメータ
外部導体内径D:5mm(実施例5〜8)/10mm(実施例9〜12)
内部導体外径d:2mm(実施例5〜8)/4mm(実施例9〜12)
ピッチP:200mm
メタルカバー率:95%(実施例5,9)/69%(実施例6,10)/50%(実施例7,11)/25%(実施例8,12)
絶縁体比誘電率εr:1.277
ケーブル長L:2m
高周波周波数:800MHz〜2400MHz
【0046】
3−2.メタルカバー率とVSWR(電圧定在波比)の関係の評価結果
実施例5〜8(5D)及び実施例9〜12(10D)について、800MHz〜2400MHzの範囲でのメタルカバー率(占有率)とVSWR(電圧定在波比)の関係を、図12及び図13にそれぞれ示す。
VSWRは2.0以下であることが望ましく、これを実現するには、図12及び図13から、メタルカバー率は50%以上であるのが望ましく、69%以上であるのがより望ましいことがわかる。
【0047】
4.実施例13〜16及び実施例17〜21
4−1.パラメータ
外部導体内径D:5mm(実施例13〜16)/10mm(実施例17〜21)
内部導体外径d:2mm(実施例13〜16)/4mm(実施例17〜21)
ピッチP:200mm
ギャップ幅Wg:0.8mm,1.6mm,4.9mm,7.8mm(実施例13〜16)/0.8mm,1.6mm,3.9mm,9.7mm,15.5mm(実施例17〜21)
絶縁体比誘電率εr:1.277
ケーブル長L:2m
高周波周波数:800MHz〜2400MHz
ケーブルとダイポールアンテナの距離:2m
【0048】
4−2.周方向偏波の結合損失のギャップ幅依存性評価結果
実施例13〜16(5D)及び実施例17〜21(10D)について、800MHz〜2400MHzの範囲での、周方向偏波の結合損失とギャップ幅Wgとの関係を、図14及び図15にそれぞれ示す。また、実施例13〜16(5D)及び実施例17〜21(10D)について、周波数800MHzでの周方向偏波の結合損失とギャップ幅Wgとの関係を図16に示す。
【0049】
周方向偏波の結合損失は90dB以下であることが望ましく、これを実現するには、図14、図15及び図16から、ギャップ幅Wgは0.5mm以上であるのが望ましく、0.8mm以上であるのがより望ましいことがわかる。
また、周方向偏波の結合損失は55dB以上80dB以下の範囲であることがより望ましく、これを実現するには、図14、図15及び図16から、ギャップ幅Wgは0.9mm以上6mm以下の範囲であるのがより望ましいことがわかる。
【0050】
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態について説明する。
なお、第1実施形態と同一又は類似の構成については、同一の名称又は符号を付して詳細な説明を省略する。
【0051】
図17は、電磁波放射同軸ケーブル40の構成を概略的に示す側面図であり、図18は、電磁波放射同軸ケーブル40の構成を概略的に示す横断面図である。
図17及び図18に示したように、電磁波放射同軸ケーブル40は、外部導体24として、金属箔28の代わりに、複数の導線42を有する。
【0052】
複数の導線42は、互いに平行に配列されて帯状をなしながら、一定のピッチPにて、絶縁体22の表面に螺旋状に巻回されている。複数の導線42もギャップ30を形成している。複数の外部導線42は、全体として、一重の螺旋状にて絶縁体22の周囲に巻回されている。換言すれば、電磁波放射同軸ケーブル40は、電磁波放射同軸ケーブル10の金属箔28を短冊状に分割したような構成を有する。
【0053】
第2実施形態の電磁波放射同軸ケーブル40は、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10と同様に、内部導体20に高周波信号が入力されたときに、円偏波の電磁波を安定に放射する。
一方、電磁波放射同軸ケーブル40は、外部導体24が複数の導線42からなるので、曲げに強い。
【0054】
本発明は、上述した第1実施形態、第1実施形態の実施例及び第2実施形態に限定されることはなく、第1及び第2実施形態に変更を加えた形態も含む。
【0055】
例えば、上述した第1実施形態の送信システム12においては、1本の電磁波放射同軸ケーブル10を備えていたが、複数本の電磁波放射同軸ケーブル10を備えていてもよい。
また、電磁波放射同軸ケーブル10の設置位置は特に限定されることはなく、用途に応じて、屋外、屋内、あるいは、地下にも設置可能である。
【符号の説明】
【0056】
10 電磁波放射同軸ケーブル
12 送信システム
20 内部導体
22 絶縁体
24 外部導体
26 外皮
28 金属箔
30 ギャップ
【技術分野】
【0001】
本発明は、電磁波放射同軸ケーブル及び通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、移動体通信のための送信アンテナとして、開放同軸ケーブル及び漏洩同軸ケーブルが提案されている(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。
【0003】
特許文献1の図10(A)及び(B)に示された開放同軸ケーブルは螺旋状の開口溝を有し、開放同軸ケーブルに高周波信号を供給すると、開口溝を通じて電磁界が漏れ出す。外部の受信アンテナは、この漏れ出した電磁界を、誘導結合により検出する。
【0004】
一方、特許文献1の図7や特許文献2の図1に記載された漏洩同軸ケーブルはスロットを有し、開放同軸ケーブルに高周波信号を供給すると、スロットを通じて電磁波が放射される。外部の受信アンテナは、この放射された電磁波を受信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平9−198941号公報
【特許文献2】特開2010−103685号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1の図10(A)及び(B)に記載された螺旋型の開放同軸ケーブルは誘導結合型であり、これらの開放同軸ケーブルを送信アンテナとして用いた場合、受信アンテナまでの距離や、開放同軸ケーブル自体の汚れ等に応じて、伝送損失や結合損失等の特性が大きく変化してしまう。
【0007】
また、特許文献1の図7や特許文献2の図1に記載されたスロット型の漏洩同軸ケーブルは直線偏波の電磁波しか放射できない。このため、この漏洩同軸ケーブルを送信アンテナとして用いた場合、受信アンテナを、直線偏波の振幅方向に合わせて設置しなければ、結合損失が悪化してしまうという問題がある。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、高周波信号が入力されたときに、円偏波の電磁波を放射可能な電磁波放射同軸ケーブル、及び、該電磁波放射同軸ケーブルを備える通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、導体からなり、軸線に沿って延びる内部導体と、前記内部導体を覆う絶縁体と、前記絶縁体の周囲に、前記絶縁体の一部が露出させられるギャップを形成するように、一定のピッチの一重螺旋状にて巻回された外部導体とを備え、送信又は受信される高周波信号の波長をλとし、前記波長での前記絶縁体の比誘電率をεrとし、前記軸線に沿う方向における前記外部導体の巻回のピッチをPとするとき、次式:
【0010】
【数1】
【0011】
で示される関係を満たす、ことを特徴とする電磁波放射同軸ケーブルが提供される(請求項1)。
【0012】
好ましい態様として、前記外部導体の前記絶縁体の表面における占有率は50%以上である、(請求項2)。
【0013】
好ましい態様として、前記軸線を含む平面に前記ギャップを投影したとき、前記外部導体の側縁と直交する方向での前記ギャップの幅は、0.5mm以上である(請求項3)。
【0014】
好ましい態様として、前記外部導体は、箔又は複数の導線からなる(請求項4)。
【0015】
好ましい態様として、電磁波放射同軸ケーブルは、前記内部導体に前記高周波信号が印加されたときに、円偏波の電磁波を放射する(請求項5)。
【0016】
好ましい態様として、前記高周波信号の周波数は、800MHz以上2400MHz以下の範囲内にある(請求項6)。
【0017】
また、本発明の一態様によれば、上記電磁波放射同軸ケーブルを備える通信システムが提供される(請求項7)。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、高周波信号が入力されたときに、円偏波の電磁波を放射可能な電磁波放射同軸ケーブル、及び、該電磁波放射同軸ケーブルを備える通信システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブルを備える送信システムの構成を概略的に示す図である。
【図2】図1中の電磁波放射同軸ケーブルの構成を概略的に示す側面図である。
【図3】図1中の電磁波放射同軸ケーブルの構成を概略的に示す横断面図である。
【図4】図4は、シミュレーションに用いたモデルを概略的に示す図である。
【図5】実施例1(800MHz)について、左旋円偏波及び右旋円偏波の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図6】実施例2(1800MHz)について、左旋円偏波及び右旋円偏波の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図7】実施例1(2400MH)について、左旋円偏波及び右旋円偏波の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図8】実施例1(800MHz)について、主軸及副軸の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図9】実施例2(1800MHz)について、主軸及副軸の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図10】実施例3(2400MHz)について、主軸及副軸の強度の放射角依存性を示すグラフである。
【図11】実施例4(2400MHz)について、軸方向偏波及び周方向偏波の結合損失の位置特性を示すグラフである。
【図12】実施例5〜8(5D)について、800MHz〜2400MHzの範囲でのメタルカバー率(占有率)とVSWR(電圧定在波比)の関係を示すグラフである。
【図13】実施例9〜12(10D)について、800MHz〜2400MHzの範囲でのメタルカバー率(占有率)とVSWR(電圧定在波比)の関係を示すグラフである。
【図14】実施例13〜16(5D)について、800MHz〜2400MHzの範囲での、周方向偏波の結合損失とギャップ幅Wgとの関係を示すグラフである。
【図15】実施例17〜21(10D)について、800MHz〜2400MHzの範囲での、周方向偏波の結合損失とギャップ幅Wgとの関係を示すグラフである。
【図16】実施例13〜16(5D)及び実施例17〜21(10D)について、周波数800MHzでの周方向偏波の結合損失とギャップ幅Wgとの関係を示すグラフである。
【図17】第2実施形態の電磁波放射同軸ケーブルの構成を概略的に示す側面図である。
【図18】図17の電磁波放射同軸ケーブルの構成を概略的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
〔第1実施形態〕
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10を備える送信システム12の概略的な構成を示している。
【0021】
送信システム12は、高周波信号を生成して出力する送信器14を備え、送信器14は高周波信号を出力する。送信器14は、給電線を介して、接栓(給電点)16に接続され、接栓16は、電磁波放射同軸ケーブル10の一端に接続されている。また、送信システム12は、電磁波放射同軸ケーブル10の他端に接続された終端器(ダミー抵抗)18を有する。
【0022】
図2は、電磁波放射同軸ケーブル10の構成を概略的に示す側面図であり、図3は、電磁波放射同軸ケーブル10の構成を概略的に示す横断面図である。
図2及び図3に示したように、電磁波放射同軸ケーブル10は、例えば銅線からなり、軸線19に沿って延びる線状の内部導体20を有する。内部導体20の外周面は、同心上に設けられた円筒形状の絶縁体22によって覆われている。
【0023】
絶縁体22の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ビニル、又は、これらの発泡体を用いることができる。絶縁体22の比誘電率εrは、例えば1.0以上3.0以下である。
【0024】
絶縁体22の外周面には外部導体24が設けられている。外部導体24の内径Dは、例えば3mm以上50mm以下である。また、例えば、電磁波放射同軸ケーブル10の特性インピーダンスが50Ω又は75Ωとなるように、内部導体20の外径dは、絶縁体の比誘電率εrを考慮して適宜調整される。
【0025】
外部導体24の外周面は電気絶縁性を有する外皮26によって覆われている。外皮26の材料としては、例えばポリエチレン、塩化ビニル、又は、ノンハロゲン系難燃材を用いることができる。
【0026】
本実施形態では、外部導体24として、1つの帯状の金属箔28が、絶縁体22の周囲に一重の螺旋状にて巻回されている。金属箔28の材料としては、例えば、銅、アルミニウム、又は、銀を用いることができる。例えば、金属箔28は50μm以上300μm以下の厚さを有する。なお、外部導体24の幅(外部導体幅)Wmは、内部導体20の軸線19に沿う方向(軸線方向)での金属箔28の長さである。
【0027】
金属箔28は、一定のピッチPにて、一重螺旋にて巻回されている。ピッチPは、電磁波放射同軸ケーブル10の軸線方向での金属箔28の巻回周期であって、金属箔28が絶縁体22の回りを1周したときに、金属箔28が内部導体20の軸線方向に進む長さである。
【0028】
ピッチPは、外部導体幅Wmよりも大きい。従って、金属箔28は、一重の螺旋状の溝(ギャップ)30を形成しながら、絶縁体22の外周面に巻回されている。
ギャップ30の幅(ギャップ幅)Wgは、例えば、0.9mm以上6mm以下である。なお、ギャップ幅Wgは、軸線19を含む平面にギャップ30を投影したときの、金属箔28の側縁と直交する方向での、隣り合う巻き(ターン)同士の間隔である。
【0029】
本実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10では、次式(1)で示される関係が成立している。式(1)中、εrは絶縁体22の比誘電率であり、λは印加される高周波信号の波長(設計波長)であり、Pは金属箔28の巻回のピッチである。なお、絶縁体22の比誘電率εrは、周波数依存性を有するが、当然のことながら、印加される高周波信号の周波数における値である。高周波信号は、携帯電話等の移動体通信、テレビ放送、無線LAN等で用いられる周波数帯の信号を意味し、例えば、周波数が、数100MHz以上数GHz以下の信号である。
【0030】
【数2】
【0031】
そして、本実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10では、好ましい態様として、絶縁体22の外周面における、金属箔28の占有率(メタルカバー率)が50%以上に設定される。つまり、外部導体幅WmをピッチPで除して得られる値Wm/Pが0.5以上に設定されている。
また、本実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10では、好ましい態様として、ギャップ幅Wgが0.5mm以上に設定されている。
【0032】
上述した第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10は、例えば、内部導体20を覆う絶縁体22の外周面に金属箔28を巻回し、それから外皮26で覆うことによって、製造可能である。
【0033】
上述した第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10によれば、式(1)の条件が満たされることによって、内部導体20に高周波信号が入力されたときに、外部導体24の螺旋巻方向に応じた円偏波の電磁波が安定して放射される。
従って、送信システム12と通信を行う受信システムは、電磁波放射同軸ケーブル10に対する受信アンテナの向きに関係なく、安定して高周波信号を受信可能である。
【0034】
このため、電磁波放射同軸ケーブル10は、偏波ダイバーシティ用放射ケーブル、GPS送受信用放射ケーブル、及び、対モバイル機器用放射ケーブルに好適である。
なお、電磁波放射同軸ケーブル10は、受信アンテナとして用いても、方向に依存せずに良好な受信感度を有するので、受信システムにも適用可能である。つまり、電磁波放射同軸ケーブル10は、通信システムの送信側及び受信側に適用可能である。
【0035】
また、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10によれば、通常の開放同軸型ケーブルと異なり、電磁波が放射されるため、伝送損失や結合損失等の電磁界の特性が安定する(すなわち、変化が小さい)。よって、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10は、外皮26の表面の汚れなどの影響が少ない。
【0036】
更に、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10は、従来のスロット型の漏洩同軸ケーブルに比べ、製造が容易である。
【実施例】
【0037】
以下、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10の実施例として、シミュレーション結果を示す。シミュレータには、電磁界シミュレータWIPL−D(WIPL−D,Inc.製)を用いた。図4は、シミュレーションに用いたモデルを概略的に示す図である。
【0038】
1.実施例1,実施例2,実施例3
1−1.パラメータ
外部導体内径D:5mm
内部導体外径d:2mm
ピッチP:200mm
外部導体幅Wm:137.5mm
メタルカバー率:69%
ギャップ幅Wg:4.9mm
絶縁体比誘電率εr:1.277
ケーブル長L:2m
高周波信号周波数:800MHz(実施例1)/1800MHz(実施例2)/2400MHz(実施例3)
【0039】
1−2.指向性評価結果
(1)左旋円偏波及び右旋円偏波の強度の周波数別放射角依存性
実施例1、実施例2及び実施例3について、左旋円偏波及び右旋円偏波の強度の放射角依存性を図5、図6及び図7にそれぞれ示す。放射角は、軸線方向と直交する方向を0°としている。
【0040】
図5〜図7に示すように、800MHz、1800MHz及び2400MHzのいずれにおいても、主モードと示した放射角にて、左旋円偏波の放射が認められる。これより、実施例1乃至実施例3の電磁波放射同軸ケーブル10によれば、特定の方向に対して、電磁波を放射可能であることがわかる。
なお、放射される電磁波が左旋円偏波であるのは、モデルでは、金属箔28が右巻きであるからであり、図2のように金属箔28が左巻きであれば、右旋円偏波が放射される。
【0041】
(2)主軸及び副軸の強度の周波数別放射角依存性
実施例1、実施例2及び実施例3について、主軸及副軸の強度の放射角依存性を図8、図9及び図10にそれぞれ示す。なお、副軸は、電磁波放射同軸ケーブルの周方向に平行な方向(以下、周方向と記載)にほぼ一致し、主軸は、放射方向及び周方向と直交する方向(以下、軸方向と記載)にほぼ一致している。
【0042】
図8〜図10に示すように、800MHz、1800MHz及び2400MHzのいずれにおいても、主モードと示した放射角にて、電磁波の軸比が1dB以下である。
これより、実施例1乃至実施例3の電磁波放射同軸ケーブルによって放射された電磁波をダイポールアンテナで受信する場合、ダイポールアンテナの方位にかかわらず、一定の強度を得られることがわかる。
【0043】
2.実施例4
2−1.パラメータ
外部導体内径D:5mm
内部導体外径d:2mm
ピッチP:200mm
外部導体幅Wm:137.5mm
メタルカバー率:69%
ギャップ幅Wg:4.9mm
絶縁体比誘電率εr:1.277
ケーブル長L:2m
高周波周波数:2400MHz
ケーブルとダイポールアンテナの距離:2m
【0044】
2−2.軸方向偏波及び周方向偏波の結合損失の位置特性評価結果
実施例4について、軸方向偏波及び周方向偏波の結合損失の位置依存性を図11に示す。なお、横軸の0mmの位置が給電点に対応する。
図11に示すように、軸方向偏波及び周方向偏波ともに、約1500mm〜2000mmの範囲では、安定に放射されている。一方、指向性の関係で、1500mmよりも0mm側では、結合損失が増大している。
【0045】
3.実施例5〜8及び実施例9〜12
3−1.パラメータ
外部導体内径D:5mm(実施例5〜8)/10mm(実施例9〜12)
内部導体外径d:2mm(実施例5〜8)/4mm(実施例9〜12)
ピッチP:200mm
メタルカバー率:95%(実施例5,9)/69%(実施例6,10)/50%(実施例7,11)/25%(実施例8,12)
絶縁体比誘電率εr:1.277
ケーブル長L:2m
高周波周波数:800MHz〜2400MHz
【0046】
3−2.メタルカバー率とVSWR(電圧定在波比)の関係の評価結果
実施例5〜8(5D)及び実施例9〜12(10D)について、800MHz〜2400MHzの範囲でのメタルカバー率(占有率)とVSWR(電圧定在波比)の関係を、図12及び図13にそれぞれ示す。
VSWRは2.0以下であることが望ましく、これを実現するには、図12及び図13から、メタルカバー率は50%以上であるのが望ましく、69%以上であるのがより望ましいことがわかる。
【0047】
4.実施例13〜16及び実施例17〜21
4−1.パラメータ
外部導体内径D:5mm(実施例13〜16)/10mm(実施例17〜21)
内部導体外径d:2mm(実施例13〜16)/4mm(実施例17〜21)
ピッチP:200mm
ギャップ幅Wg:0.8mm,1.6mm,4.9mm,7.8mm(実施例13〜16)/0.8mm,1.6mm,3.9mm,9.7mm,15.5mm(実施例17〜21)
絶縁体比誘電率εr:1.277
ケーブル長L:2m
高周波周波数:800MHz〜2400MHz
ケーブルとダイポールアンテナの距離:2m
【0048】
4−2.周方向偏波の結合損失のギャップ幅依存性評価結果
実施例13〜16(5D)及び実施例17〜21(10D)について、800MHz〜2400MHzの範囲での、周方向偏波の結合損失とギャップ幅Wgとの関係を、図14及び図15にそれぞれ示す。また、実施例13〜16(5D)及び実施例17〜21(10D)について、周波数800MHzでの周方向偏波の結合損失とギャップ幅Wgとの関係を図16に示す。
【0049】
周方向偏波の結合損失は90dB以下であることが望ましく、これを実現するには、図14、図15及び図16から、ギャップ幅Wgは0.5mm以上であるのが望ましく、0.8mm以上であるのがより望ましいことがわかる。
また、周方向偏波の結合損失は55dB以上80dB以下の範囲であることがより望ましく、これを実現するには、図14、図15及び図16から、ギャップ幅Wgは0.9mm以上6mm以下の範囲であるのがより望ましいことがわかる。
【0050】
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態について説明する。
なお、第1実施形態と同一又は類似の構成については、同一の名称又は符号を付して詳細な説明を省略する。
【0051】
図17は、電磁波放射同軸ケーブル40の構成を概略的に示す側面図であり、図18は、電磁波放射同軸ケーブル40の構成を概略的に示す横断面図である。
図17及び図18に示したように、電磁波放射同軸ケーブル40は、外部導体24として、金属箔28の代わりに、複数の導線42を有する。
【0052】
複数の導線42は、互いに平行に配列されて帯状をなしながら、一定のピッチPにて、絶縁体22の表面に螺旋状に巻回されている。複数の導線42もギャップ30を形成している。複数の外部導線42は、全体として、一重の螺旋状にて絶縁体22の周囲に巻回されている。換言すれば、電磁波放射同軸ケーブル40は、電磁波放射同軸ケーブル10の金属箔28を短冊状に分割したような構成を有する。
【0053】
第2実施形態の電磁波放射同軸ケーブル40は、第1実施形態の電磁波放射同軸ケーブル10と同様に、内部導体20に高周波信号が入力されたときに、円偏波の電磁波を安定に放射する。
一方、電磁波放射同軸ケーブル40は、外部導体24が複数の導線42からなるので、曲げに強い。
【0054】
本発明は、上述した第1実施形態、第1実施形態の実施例及び第2実施形態に限定されることはなく、第1及び第2実施形態に変更を加えた形態も含む。
【0055】
例えば、上述した第1実施形態の送信システム12においては、1本の電磁波放射同軸ケーブル10を備えていたが、複数本の電磁波放射同軸ケーブル10を備えていてもよい。
また、電磁波放射同軸ケーブル10の設置位置は特に限定されることはなく、用途に応じて、屋外、屋内、あるいは、地下にも設置可能である。
【符号の説明】
【0056】
10 電磁波放射同軸ケーブル
12 送信システム
20 内部導体
22 絶縁体
24 外部導体
26 外皮
28 金属箔
30 ギャップ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
導体からなり、軸線に沿って延びる内部導体と、
前記内部導体を覆う絶縁体と、
前記絶縁体の周囲に、前記絶縁体の一部が露出させられるギャップを形成するように、一定のピッチの一重螺旋状にて巻回された外部導体とを備え、
送信又は受信される高周波信号の波長をλとし、前記波長での前記絶縁体の比誘電率をεrとし、前記軸線に沿う方向における前記外部導体の巻回のピッチをPとするとき、次式:
【数1】
で示される関係を満たす、
ことを特徴とする電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項2】
前記外部導体の前記絶縁体の表面における占有率は50%以上である、
ことを特徴とする請求項1に記載の電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項3】
前記軸線を含む平面に前記ギャップを投影したとき、前記外部導体の側縁と直交する方向での前記ギャップの幅は、0.5mm以上である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項4】
前記外部導体は、箔又は複数の導線からなる、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項5】
前記内部導体に前記高周波信号が印加されたときに、円偏波の電磁波を放射する、
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項6】
前記高周波信号の周波数は、800MHz以上2400MHz以下の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項7】
請求項1乃至6の何れか一項に記載の電磁波放射同軸ケーブルをアンテナとして備える通信システム。
【請求項1】
導体からなり、軸線に沿って延びる内部導体と、
前記内部導体を覆う絶縁体と、
前記絶縁体の周囲に、前記絶縁体の一部が露出させられるギャップを形成するように、一定のピッチの一重螺旋状にて巻回された外部導体とを備え、
送信又は受信される高周波信号の波長をλとし、前記波長での前記絶縁体の比誘電率をεrとし、前記軸線に沿う方向における前記外部導体の巻回のピッチをPとするとき、次式:
【数1】
で示される関係を満たす、
ことを特徴とする電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項2】
前記外部導体の前記絶縁体の表面における占有率は50%以上である、
ことを特徴とする請求項1に記載の電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項3】
前記軸線を含む平面に前記ギャップを投影したとき、前記外部導体の側縁と直交する方向での前記ギャップの幅は、0.5mm以上である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項4】
前記外部導体は、箔又は複数の導線からなる、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項5】
前記内部導体に前記高周波信号が印加されたときに、円偏波の電磁波を放射する、
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項6】
前記高周波信号の周波数は、800MHz以上2400MHz以下の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の電磁波放射同軸ケーブル。
【請求項7】
請求項1乃至6の何れか一項に記載の電磁波放射同軸ケーブルをアンテナとして備える通信システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【公開番号】特開2012−239160(P2012−239160A)
【公開日】平成24年12月6日(2012.12.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−86931(P2012−86931)
【出願日】平成24年4月6日(2012.4.6)
【出願人】(000005120)日立電線株式会社 (3,358)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月6日(2012.12.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年4月6日(2012.4.6)
【出願人】(000005120)日立電線株式会社 (3,358)
【Fターム(参考)】
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