JP2012191402A - 漏洩同軸ケーブル及び漏洩同軸ケーブルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを上昇させることがなく、また、ケーブルの長さ方向について結合損失が安定化されたＬＣＸを提供し、また、ケーブルの長さ方向について結合損失が安定化されたＬＣＸを低廉なコストで製造することができるＬＣＸの製造方法を提供する。
【解決手段】中心導体１０２と、中心導体１０２を被覆した絶縁体１０３と、絶縁体１０３の外側を覆う外部導体１０４とが同軸構造となされ、外部導体１０４に漏洩電磁界形成用の複数のスロット部１０１が形成され、外部導体１０４が外被１０５で覆われた漏洩同軸ケーブルであって、外部導体１０４は、スロット部１０１となる開孔の形状がレジストインクにより印刷されて固着され金属を腐食させる液中に通過されることにより開孔が形成された金属テープが、絶縁体１０３の外周面に巻付けられて構成されたものである。
【選択図】図６

Description

本発明は、漏洩同軸ケーブル及び漏洩同軸ケーブルの製造方法に関し、特に、スロット部の加工が容易化され、また、結合損失が安定化された漏洩同軸ケーブル及び漏洩同軸ケーブルの製造方法に関するものである。

漏洩同軸ケーブル（以下、「ＬＣＸ」という。）は、図６に示すように、内部導体１０２、絶縁体１０３、外部導体１０４及び外被（シース）１０５を備えて同軸状に構成されている。このＬＣＸは、従来より、新幹線沿いに布設されて列車と地上との無線連絡のために使用されたり、あるいは、地下鉄構内や地下街に布設されて地上との消防無線や警察無線の連絡用に使用されている。このようなＬＣＸ１においては、同軸内部の電磁エネルギーを外部に漏洩させるために、外部導体１０４上に周期的なスロット部１０１が設けられている。

すなわち、ＬＣＸ１の外部導体１０４には、ケーブル軸に対して一定周期毎に、一周期当たり複数の長孔状のスロット部１０１が設けられている。各スロット部１０１は、ケーブル軸に対していくらかの角度を持って傾斜されている。なお、各スロット部１０１の間隔の半分が使用周波数の半波長と一致したり、その半波長の整数倍となったときには、共振状態となる。この周波数を共振周波数と呼ぶ。

このようなＬＣＸを製造するには、まず、内部導体１０２の周囲に円柱状の絶縁体１０３を形成する。内部導体１０２は、絶縁体１０３の中心軸に沿って挿通された状態となる。次に、絶縁体１０３の外周面に、金属テープを縦添え状に巻き付ける。この金属テープには、スロット部１０１となる開孔が設けられている。この金属テープは、外部導体１０４となる。そして、この外部導体１０４上に外被１０５を形成することにより、ＬＣＸが完成する。

特許文献１には、外部導体１０４となる金属テープに、金型を用いた打ち抜き法で開孔を作製することが記載されている。特許文献２には、外部導体１０４となる金属テープに、エンドミルを用いた切削法で開孔を作製することが記載されている。また、特許文献３には、外部導体１０４となる金属テープに、レーザ光で開孔を作製することが記載されている。そして、特許文献４には、外部導体１０４となる金属テープに、エッチング法で開孔を作製することが記載されている。

また、ＬＣＸにおいては、結合損失をケーブルの長さ方向について安定化させることが要請されている。結合損失を安定化させるためには、非特許文献１に記載されているように、スロット部１０１からの放射効率を変化させればよい。この技術は、一般にグレーディングと呼ばれている。すなわち、ＬＣＸとの間隔を一定に保ちながらアンテナを移動させると、アンテナが給電側から遠ざかるにつれて、ＬＣＸの伝送損失のために、アンテナの受信電力は減少する。これを防止するために、結合損失の異なるＬＣＸを組み合わせて、その伝送損失を補償するように、給電側から遠い部分に結合損失の小さな（電磁波漏洩量の多い）ＬＣＸを使用すれば、同一の結合損失を有するＬＣＸのみで構成するよりも長く、かつ、受信レベル変動幅の小さい通信システムを構成することができる。非特許文献１には、結合損失の異なる３種類のＬＣＸを使用した例が記載されている。結合損失を変化させるためには、スロット部１０１の形状（大きさ、太さ、角度など）を変化させる必要がある。

特開平１０−１９３００１号公報 特開２０１０−０７３５１３号公報 特開２００３−０７９４１５号公報 特開２００８−２７８２０６号公報

「ＬＣＸ通信システム」（初版、１９８２年発行）（岸本利彦、佐々木伸共著、コロナ社）Ｐ．２７〜Ｐ．２９

ところで、前述したように、外部導体１０４となる金属テープに金型を用いた打ち抜き法で開孔を作製する場合には、金型の製作費が高価であるという問題がある。また、打ち抜き回数が増加するにしたがって金型が磨耗するため、金型を交換する必要が生じ、生産コスト上昇が招来される。また、金型の形状によって決まる同一形状、あるいは、数種類の金型による数種類の形状の開孔しか作製できないという問題がある。

外部導体１０４となる金属テープにエンドミルを用いた切削法で開孔を作製する場合には、加工時間が長いという問題がある。また、切削時間が増加するにしたがってエンドミルが磨耗するため、エンドミルを交換する必要が生じ、生産コスト上昇が招来される。

また、外部導体１０４となる金属テープに、レーザ光で開孔を作製する場合には、レーザ照射装置が、例えば１億円程度と極めて高額であるという問題がある。そのために、製品コストが大幅に上昇してしまう。

そして、外部導体１０４となる金属テープに、エッチング法で開孔を作製する場合には、工程が複雑であるため、製品コストが上昇してしまうという問題がある。また、フォトマスクを高精度に作製しなければならず、フォトマスクの配置にも高い精度が要求されるため、製造コストの上昇を招いていた。すなわち、図７に示すように、フォトエッチングでは、まず、ＬＣＸの外部導体となる金属テープの全面にレジストを塗布する（ステップｓｔ１０１）。そして、別に製作したフォトマスク用の開孔パターン原版（ステップｓｔ１０２〜ｓｔ１０３）を、レジストを塗布した金属テープ上に高精度に配置し（ステップｓｔ１０４）、パターン原版の上から露光して必要な金属部分のみを焼付けて固着させる（ステップｓｔ１０５）。その後、現像を行い、開孔になる部分のレジストを除去して（ステップｓｔ１０６）、エッチングによって開孔となる部分の金属体を腐食液によって溶かして除去する（ステップｓｔ１０７）という工程が必要である。また、不要なレジストは除去される（ステップｓｔ１０８）ため、レジスト材料の損失による資源の浪費が生ずる。

そして、結合損失の異なるＬＣＸを接続することによる結合損失の安定化においては、結合損失は、ＬＣＸの長さ方向に鋸状に１０ｄＢ程度の変化がある。これでは、一定の結合損失のＬＣＸのみを用いた場合よりは結合損失は安定化しているものの、完全な安定化ではない。そのため、ＬＣＸと、ＬＣＸの周囲に存在する通信相手となる無線移動端末との間において、通信速度の低下が生ずる虞があり、また、結合損失の大きい場所において、ＬＣＸと無線移動端末との間に電波障害物が入った場合には、結合損失が急激に増加して通信不能となる虞がある。

また、結合損失の異なるＬＣＸを接続するためには、多くの種類のＬＣＸをいくつも布設現場に輸送しなければならず、また、ＬＣＸの接続のためにコネクタを必要とするので、コネクタの費用や取り付け作業も必要となる。したがって、このような結合損失の安定化技術においては、輸送費、材料費、工事費等のコストの上昇が招来される。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであり、その目的は、製造コストを上昇させることがなく、また、ケーブルの長さ方向について結合損失が安定化されたＬＣＸを提供し、また、ケーブルの長さ方向について結合損失が安定化されたＬＣＸを低廉なコストで製造することができるＬＣＸの製造方法を提供することにある。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係るＬＣＸは、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
中心導体と中心導体を被覆した絶縁体と絶縁体の外側を覆う外部導体とが同軸構造となされ外部導体に漏洩電磁界形成用の複数のスロット部が形成され外部導体が外被で覆われた漏洩同軸ケーブルであって、外部導体は、スロット部となる開孔の形状がレジストインクにより印刷されて固着された後金属を腐食させる液中に通過されることにより開孔が形成された金属テープが、絶縁体の外周面に巻付けられて構成されたものであることを特徴とするものである。

〔構成２〕
構成１を有する漏洩同軸ケーブルにおいて、スロット部からの漏洩電磁界の漏洩量が、ケーブルの全長に渡って連続的に変化していることを特徴とするものである。

〔構成３〕
構成１、または、構成２を有する漏洩同軸ケーブルにおいて、スロット部の形状がケーブル長さ方向について連続的に変化しており、漏洩電磁界の漏洩量がケーブル長さ方向について給電側から離れるにしたがって連続的に増加し、ケーブル長さ方向についての漏洩電磁界の大きさの変化が抑えられていることを特徴とするものである。

〔構成４〕
構成３を有する漏洩同軸ケーブルにおいて、ケーブル長が、ケーブル長さ方向について給電側から離れるにしたがって連続的に増加する漏洩電磁界の漏洩量が急激に増加する距離に相当する長さ以下となっていることを特徴とするものである。

〔構成５〕
構成１を有する漏洩同軸ケーブルにおいて、ケーブルの減衰量が、所望の箇所において選択的に変化していることを特徴とするものである。

また、本発明に係るＬＣＸの製造方法は、以下の構成を有するものである。

〔構成６〕
中心導体を絶縁体により被覆する工程と、金属テープに漏洩電磁界形成用の複数のスロット部となる開孔の形状をレジストインクにより印刷して固着させる工程と、金属テープを金属を腐食させる液中に通過させ該金属テープに開孔を形成する工程と、金属テープを絶縁体の外周面に巻付けて外部導体とする工程と、外部導体を外被で覆う工程とを有することを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係るＬＣＸにおいては、外部導体は、スロット部となる開孔の形状がレジストインクにより印刷されて固着された後金属を腐食させる液中に通過されることにより開孔が形成された金属テープが、絶縁体の外周面に巻付けられて構成されたものであるので、製造コストが抑えられている。

構成２を有する本発明に係るＬＣＸにおいては、スロット部からの漏洩電磁界の漏洩量がケーブルの全長に渡って連続的に変化しているので、ケーブルの長さ方向について結合損失を安定化させることができる。

構成３を有する本発明に係るＬＣＸにおいては、スロット部の形状がケーブル長さ方向について連続的に変化しており、漏洩電磁界の漏洩量がケーブル長さ方向について給電側から離れるにしたがって連続的に増加し、ケーブル長さ方向についての漏洩電磁界の大きさの変化が抑えられているので、ケーブルの長さ方向について結合損失を安定化させることができる。

構成４を有する本発明に係るＬＣＸにおいては、ケーブル長が、ケーブル長さ方向について給電側から離れるにしたがって連続的に増加する漏洩電磁界の漏洩量が急激に増加する距離に相当する長さ以下となっているので、ケーブルの長さ方向について結合損失を安定化させることができる。

構成５を有する本発明に係るＬＣＸにおいては、ケーブルの減衰量が、所望の箇所において選択的に変化しているので、ケーブルの長さ方向について結合損失を所望の状態とすることができる。

構成６を有する本発明に係るＬＣＸの製造方法においては、金属テープに漏洩電磁界形成用の複数のスロット部となる開孔の形状をレジストインクにより印刷して固着させ、この金属テープを金属を腐食させる液中に通過させ該金属テープに開孔を形成し、この金属テープを絶縁体の外周面に巻付けて外部導体とするので、ケーブルの長さ方向について結合損失が安定化されたＬＣＸを低廉なコストで製造することができる。

すなわち、本発明は、製造コストを上昇させることがなく、また、ケーブルの長さ方向について結合損失が安定化されたＬＣＸを提供し、また、ケーブルの長さ方向について結合損失が安定化されたＬＣＸを低廉なコストで製造することができるＬＣＸの製造方法を提供することができるものである。

本発明に係るＬＣＸの製造方法を示すフローチャートである。 本発明に係るＬＣＸの外部導体の構成を示す側面図である。 ＬＣＸの結合損失を測定する測定系を示す側面図である。 本発明に係るＬＣＸにおいて測定されたアンテナ受信電力を示すグラフである。 本発明に係るＬＣＸの結合損失を示すグラフである。 ＬＣＸの構成を示す側面図である。 従来のＬＣＸの製造方法を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図６は、ＬＣＸの構成を示す側面図である。

本発明に係るＬＣＸの製造方法により製造されるＬＣＸは、図６に示すように、内部導体１０２、絶縁体１０３、外部導体１０４及び外被（シース）１０５が同軸状に構成されたものである。このＬＣＸ１においては、同軸内部の電磁エネルギーを外部に漏洩させるために、外部導体１０４上に周期的なスロット部１０１が設けられている。スロット部１０１は、外部導体１０４に、ケーブル軸に対して一定周期毎に設けられている。各スロット部１０１は、ケーブル軸に対していくらかの角度を持って傾斜されている。

図１は、本発明に係るＬＣＸの製造方法を示すフローチャートである。

本発明においては、図１に示すように、外部導体１０４にスロット部１０１となる開孔を形成するために、エッチング法を使用する。すなわち、レジストインクを、目的とする開孔パターンにしたがって外部導体１０４となる金属テープに印刷する。すなわち、ステップｓｔ１で、開孔パターン図を作製しておく。

図２は、本発明に係るＬＣＸの外部導体の構成を示す側面図である。

次に、ステップｓｔ２で、図２に示すように、外部導体１０４となる金属テープに、開孔１０１が描かれたレジストパターンをレジストインク１０６により印刷する。このとき、開孔１０１の描かれたレジストパターンを金属テープに直接印刷するので、高精度のフォトマスクを作製する必要は無く、また、フォトマスクをレジスト面に高精度に配置する必要も無い。また、印刷は、インクジェットプリンタによって行うことができるので安価に行うことができる。

さらに、レジストインク１０６は、開孔１０１となる部分を除いた領域のみに印刷（塗布）される。従来の製造方法では、金属テープの全面にレジストを塗布し、露光されない部分（開孔１０１となる部分）のレジストは、余分なレジストとして除去されていた。本発明においては、開孔１０１となる部分に余分にレジストインク１０６が印刷（塗布）されることがないので、資源の節約になる。

ここで用いるレジストインクとしては、特開２００９−３５７００号公報に記載されたチッソ株式会社製のものや、特開２０１０−５３１７７号公報に記載された東京インキ株式会社製のものなどを使用することができる。

そして、図１に示すように、ステップｓｔ３において、レジストパターンに露光し、レジストインクを硬化させて金属テープに焼き付ける。ステップｓｔ４において、金属部が露出した開孔となる箇所の金属を、エッチングにより除去して、開孔を形成する。ステップｓｔ５において、金属テープ上に残っているレジストインクを除去する。ステップｓｔ６において、開孔が形成された金属テープが完成する。この金属テープを、絶縁体１０３上に縦添えにして巻き付けて、外部導体１０４とする。

そして、本発明に係るＬＣＸの製造方法においては、図２に示すように、前述のようにして形成するスロット部１０１の形状をケーブルの長さ方向について連続的に変化させ、すなわち、連続グレーディングを行うことにより、結合損失を段階的ではなく連続的に変化させ、受信レベルの変動幅を極限まで小さくすることができる。

すなわち、スロット部１０１となる開孔を前述したように作製することにより、開孔の形状を、複雑に変化させることができる。開孔の形状を微妙に変化させることにより、このＬＣＸにおける結合損失が、ケーブル長さ方向ついて一定とすることができる。形状が微妙に変化する開孔のパターンは、ＣＡＤ等により作図することができ、そのデータをコンピュータ装置に取り込んで、インクジェットプリンタにより、レジストインクを金属テープに直接印刷することができる。そして、エッチング工程により、開孔となる部分の金属を除去すれば、ケーブル長さ方向について微妙に形状が変化する開孔を形成することができる。

また、このＬＣＸの製造方法においては、開孔の形状を自在に変化させることができるので、漏洩電磁界の漏洩量を、所望の箇所において選択的に変化させることもできる。

本発明の実施例として、外径２ｍｍの円柱状の銅線を中心導体として、ＬＣＸを作製した。中心導体上には、発泡ポリエチレン絶縁体を押出し成形で構成し、この発泡ポリエチレン絶縁体により、外径５ｍｍの絶縁体を形成した。

次に、外部導体として、幅２０ｍｍのプラスチックテープ付銅テープを５０ｍ用意した。プラスチックテープ付銅テープは、厚さ０．０１ｍｍの銅テープに、強度向上のために厚さ０．０６ｍｍのプラスチックテープを貼り合わせたものであって、厚さは、０．０７ｍｍである。

このプラスチックテープ付銅テープの銅テープ側に、光で固着するレジストインクを用いて、インクジェットプリンタにより開孔が描かれたレジストパターンを印刷して固着させた。そして、エッチングにより、スロット部となる開孔を形成した。この外部導体を、絶縁体上に縦添えして巻き付けた。

さらに、外部導体上に、厚さ０．７５ｍｍの難燃ノンハロゲンポリエチレン樹脂を押出し成形し、この難燃ノンハロゲンポリエチレン樹脂により、外径約７ｍｍの外被を形成した。なお、外径が約７ｍｍとなるのは、絶縁体と外部導体との間、または、外部導体と外被との間に、若干の空気層が形成されるためである。

このＬＣＸの目標とする特性は、ＬＣＸから１．５ｍ離れた地点での結合損失が８０ｄＢで、ケーブル長さ方向について一定であることとした。

銅テープに印刷した開孔が描かれたレジストパターンは、図２に示すように、位置０ｍでは、ＬＣＸから１．５ｍ離れた場所で８０ｄＢの結合損失を得るために、長さ７ｍｍ、幅２ｍｍの細長い開孔をケーブル軸に対する角度が２０度のジグザグ状に形成した。位置２３ｍでは、１．５ｍ離れた場所で８０ｄＢの結合損失を得るために、２３ｍ分の減衰量を補償するためにＬＣＸの結合損失を７０ｄＢにする必要があるので、細長い開孔の形状は、長さ１２ｍｍ、幅２ｍｍ、ケーブル軸に対する角度を２０度とした。

すなわち、位置０ｍから位置２３ｍまでの結合損失の変化は、スロットの長さを徐々に増加させることにより補償する。そして、位置３３ｍでは、ＬＣＸの結合損失を６５ｄＢとする必要があるので、細長い開孔の形状は、長さ１２ｍｍ、幅２ｍｍ、ケーブル軸に対する角度を３０度とした。位置２３ｍから位置３３ｍまでは、開孔のケーブル軸に対する角度を２０度から３０度まで徐々に変化させることにより、結合損失を連続的に減少させた。

図３は、ＬＣＸの結合損失を測定する測定系を示す側面図である。

次に、製作したＬＣＸの性能を確認するために、図３に示すように、実験系を用いて結合損失を測定した。製作した５０ｍのＬＣＸ１をコンクリート床１０７上に１００ｍｍほど木片１０８を台にして浮かして設置し、発信器１０９により、周波数２．４ＧＨｚのＰin（Ｗ）の信号をＬＣＸの始端に入力した。ＬＣＸ１の終端には、終端抵抗器１１０を取り付けた。ＬＣＸ１から１．５ｍ離れた直上位置に、半波長標準ダイポールアンテナ１１１を、ＬＣＸ１の長さ方向に垂直な方向の偏波（Ｅθ偏波）を受信するように配置した。

そして、半波長標準ダイポールアンテナ１１１からの出力Ｐoutを、スペクトラムアナライザ１１２で受信した。結合損失Ｌｃは、ＬＣＸ１ヘの入力電力Ｐinと、半波長標準ダイポールアンテナ１１１からの出力電力Ｐoutとの比であり、Ｌｃ＝−１０log（Ｐout／Ｐin）（ｄＢ）で計算できる。すなわち、結合損失Ｌｃは、ＬＣＸ１からの電磁波の放射効率を示す。逆に、受信する場合は受信効率となり、数値は同じである。

図４は、本発明に係るＬＣＸにおいて測定されたアンテナ受信電力を示すグラフである。

半波長標準ダイポールアンテナ１１１をＬＣＸ１の始端（位置０ｍの入射端）から、終端（位置５０ｍ）まで移動させ、連続して結合損失を測定した。Ｐinを０ｄＢ（１ｍＷ）とした。図４に示すように、横軸をＬＣＸ１の位置とし、縦軸をアンテナの出力電力Ｐoutとして示すと、出力電力Ｐoutは、多少の変動はあるものの、平均的には−８０ｄＢｍとなっていた。したがって、結合損失Ｌｃは、設計値通りの８０ｄＢが得られたことが確認された。

図５は、本発明に係るＬＣＸの結合損失を示すグラフである。

図５に示すように、ＬＣＸ１の位置を横軸とし、縦軸に各位置毎の結合損失、減衰量、０ｄＢｍをＬＣＸ１に入射した場合のケーブル内電力、及び、ＬＣＸ１から１．５ｍ離れた位置でのアンテナ出力をとって、ＬＣＸ１の特性を確認した。

位置０ｍ（＊１）は、ＬＣＸ１ヘの信号電力の入射点である。結合損失８０ｄＢを設計値としているので、この位置でのＬＣＸの結合損失は８０ｄＢ（＊２）である。ＬＣＸ１の位置が進むにつれて、ケーブルの減衰量（＊３）によってケーブル内電力（＊４）は減少していることがわかる。この減少分を補償するために、ケーブルの結合損失（＊５）を低下させている。そして、結合損失が５０ｄＢを越えると減衰量は急激に増大（＊６）するので、ＬＣＸ１の使用限界は、この位置の５０ｍ程度（＊７）までであることがわかる。

したがって、ケーブル長は、ケーブルの減衰量が急激に増加する手前まで、すなわち、ケーブル長さ方向について給電側から離れるにしたがって連続的に増加する漏洩電磁界の漏洩量が急激に増加する距離に相当する長さ以下となっていることが好ましい。

本発明は、漏洩同軸ケーブル及び漏洩同軸ケーブルの製造方法に適用され、特に、スロット部の加工が容易化され、また、結合損失が安定化された漏洩同軸ケーブル及び漏洩同軸ケーブルの製造方法に適用される。

１ ＬＣＸ
１０１ スロット部
１０２ 中心導体
１０３ 絶縁体
１０４ 外部導体
１０５ 外被（シース）

Claims (6)

1. 中心導体と、この中心導体を被覆した絶縁体と、この絶縁体の外側を覆う外部導体とが同軸構造となされ、前記外部導体に漏洩電磁界形成用の複数のスロット部が形成され、前記外部導体が外被で覆われた漏洩同軸ケーブルであって、
   前記外部導体は、前記スロット部となる開孔の形状がレジストインクにより印刷されて固着された後、金属を腐食させる液中に通過されることにより開孔が形成された金属テープが、前記絶縁体の外周面に巻付けられて構成されたものである
   ことを特徴とする漏洩同軸ケーブル。
2. 前記スロット部からの漏洩電磁界の漏洩量が、ケーブルの全長に渡って連続的に変化している
   ことを特徴とする請求項１記載の漏洩同軸ケーブル。
3. 前記スロット部の形状がケーブル長さ方向について連続的に変化しており、漏洩電磁界の漏洩量がケーブル長さ方向について給電側から離れるにしたがって連続的に増加し、ケーブル長さ方向についての漏洩電磁界の大きさの変化が抑えられている
   ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の漏洩同軸ケーブル。
4. ケーブル長が、ケーブル長さ方向について給電側から離れるにしたがって連続的に増加する漏洩電磁界の漏洩量が急激に増加する距離に相当する長さ以下となっている
   ことを特徴とする請求項３記載の漏洩同軸ケーブル。
5. ケーブルの減衰量が、所望の箇所において選択的に変化している
   ことを特徴とする請求項１記載の漏洩同軸ケーブル。
6. 中心導体を絶縁体により被覆する工程と、
   金属テープに、漏洩電磁界形成用の複数のスロット部となる開孔の形状をレジストインクにより印刷して固着させる工程と、
   前記金属テープを、金属を腐食させる液中に通過させ、該金属テープに開孔を形成する工程と、
   前記金属テープを前記絶縁体の外周面に巻付けて、外部導体とする工程と、
   前記外部導体を外被で覆う工程と、
   を有することを特徴とする漏洩同軸ケーブルの製造方法。

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