JPS60501236A - 伝送線路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 伝送線路 本発明は、伝送線路、特に単位長さ当り高い減衰作用を有するケーブル又は線路 として定義される損失性（１ｏｓｓｙ　）伝送線路に関する。

伝送線路の特性インピーダンス（Ｚｏ）は、分布直列抵抗（Ｒ）及び誘導（Ｌ） 要素及び分布並列（５ｈｕｎｔ　）コンダクタンス（Ｇ）及び容量（Ｃ）要素を 用いて通常次式のように特性化される。

減衰定数（α）は次式で与えられる 架空裸線の場合、Ｇはゼロに近く、又低損失性線路の場合、Ｒ＜ｗＬであるから 直列抵抗が支配的な損失要素となっている従来の損失性線路の場合には ２　特表昭ＧＯ−５０１２３Ｇ　（２）となるが、上式は次のように変形される 及び　′ Ｚｏ　の容量性リアクタンス（−ｂ）成分は、損失性線路と通常の純抵抗源との 間の不整合（ｍｉｓ−ｍａｔｃｈ’　）を生起させる。

結果的な不整合は、一般に電圧定在波比（ＶＳＷＲ）と云う語で示されるが、整 合の許容度合を代表して支配するものであり、かつ比率　／ｗＬの上限は、ＶＳ ＷＲの最高許容限度で決まる。

従って与えられた周波数範囲では、単位長当りの抵抗（Ｒ）の値が上限を与え、 上限が次に減衰（α）の上限を決定する。

終端機器として用いられる従来の損失性線路ては、最低２０　ｄＢ　の減衰が得 られれば非常に望ましいものである。此の条件では、線路の他外端の端末は線路 の入力端に於ける整合となるので殆ど重要性はない。

指摘されたＩ回路インピーダンス（Ｚ　ｏ　）　、Ｎ整合ｇ　ｔｒ　’：（ｖｓ ＷＲ）　及び周波数範囲について２０　ｄＢ　の減衰を達成するに必要な最低線 路長を斯くして決定することが出来る。

伝送線路の電力能力は、ワイヤー直径及び／又は線路の入力端における許容し得 る温度上昇の関数である。

例を挙けて説明すると、代表的な従来の６００Ωの損失性伝送線路の場合、ＶＳ ＷＲ（１，５を保ちがっＨＦ周波数−を用いることが必要） このように従来の損失性線路についての不利点は、長大な亘長を必要とすること である。この事が、従来の損失性線路を、例えば進行波用可搬型（ｐｏｒｔａｂ ｌｅ　）　アンテナのような端末機器として用いることを不都合にしていた、更 に土地費用が高価な場合には、進行波用固定型アンテナとすることも不都合にし ていた。

代表的な進行波用の可搬型（及び成る場合固定型）アンテナのための端末機器部 分は気塊りとなった〃抵抗性要素からなシ、しかもそれはアンテナマストの頂上 点に必要とすることがあった。

これは特に高電力伝送アンテナにとっては、端末機器に余計な対風負荷を生ずる ので、明瞭な不都合事項となる。この結果、より頑丈なマスト及び支持線の配置 を必要とし、アンテナの重量と容積を増加し可搬性を減少させた。

本発明は、 ａ、長大な従来の損失性伝送線路、及びす、塊り状の抵拡性要素の大きな物理的 サイズと重量、という欠点を克服する改良された損失性伝送線、路、に１関する 。

本発明は、長大な従来の損失性伝送線路又、は塊・り状の抵抗要素から成る端末 機器に代って、短小で整合性・の、よい損失性伝送線路を提供することを目的と する花のである。

前記の目的を達成するため、本発明は、従来の低損失性伝送線に、フェライト（ ｆｅｒｒｉｔｅ　）ビーズをワイヤに固着するという改変を加えたことを特徴と する、単位長間で略一定の電力損失（ｗｏ−ｔｔｓ　／　ｍ　）を生ぜしめる４ Ｔｉ失性線路を提供するものである。

フェライトビーズは、今迄に、ドイツ特お第２５２４３（１０に詳記されている ように、電磁エネルギーの吸収剤と１シフて用いることが提案された。

又、米国特許第２７４８３８６及、び３３０３２０８　に詳記されているように 、アンテナの物理的な長さを減少させ・るため人為的に負荷をかけるアンテナ要 素とするための手段として、フェライトを用いるこ、をが提案された。しかし、 これらの特許明細書に開示されて・いるようなフェライト材料の使用と本発明の 損失性伝・送線路の間の基本的かつ独特の相違は、本発明はキューリー効果現象 を利用して、自己調整性線路抵抗を作シ、実質的にすべての入力電力が吸収され る迄、高い電力損失を単位長さについて維持する結果をもたらすものである。キ ューリー効果を利用することが、広い電力及び周波数スペクトラムに亘って、良 好な入力整合（ＶＳＷＲ）を維持する、最小長さの損失性線路を成功的に設計し かつ作動させるこ七の鍵である。

上記のドイツ特許に開示されているように、単純に電力を吸収するためにフェラ イトを使用すること及びキューリ一温度で使用しないことは、高抵抗ワイヤを伝 送線路に用いて、一定の（かつ低い）減衰と長い線路長という結果を得ることか ら余り違うものでは々い。

本発明の改変された損失線路は、従来の損失線路と同じ電力能力と整合性（ｑｕ ａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍａｔｃｈ　）　を達成するに、線路長ではオーダー（ｏｒ ｄｅｒ　）レベルの大きさで必要長を減少させる結果をもたらすのである、そし て同時に過剰な高温度を発生させずに高電力を力父散消去する能力を有する。

本発明の損失線路に１１従来の損失線路が単位長さ当り＼＼一定の減衰〃（６８ ７ｍ）をなしたのに対して、単位長さ当り略猶一定の電力損失〃（ｗａｔｔｓ／ ｍ）を果すことで、前記の効果を成就するのである。

低温度では、フェライトピーズはラノオ周波数電流に対して、相当の抵抗を示す ので、公称キューリ一温度で安定性が成りたつ迄急激に加熱を生ずる。この点に おいて、発生熱は放散消去熱に等しくなり、かつ個々の＼＼熱時〃　フェライト ビーズのインピーダンスは＼＼冷時〃　インピーダンスよりも数オーダーの犬す キて小きくなり得る。

このよう々状態では、単位長さ当りの有効な抵抗（Ｒ）の値はγ一定の温度を線 路に沿って維持しようとして自動的に自己調節するのソト要とする整合度によっ て誇容される設計値に等しい。かくして線路は、その亘長が十分な長さであれば 、線路中ですべての入力を公称上吸収するように作用する。

この結果、公称上すべての電力が吸収されるようになる迄線路上の単位長さ当り 、高度かつ略一定の電力が損失される。この時点では、線路の端末に認められる 明瞭な開放回路は意味の々いものとなる。

従来の伝送線路では、線路上の減衰仔が一定（ｉｌ′、ｉてあったので、線路単 位長さ当りの放散消去電力に１ｍ激に低減し、その結果、極めて長い線路となつ ／こ。

一定減衰と違って、単位長の線路１−で一定の電力１ｉ−を失を維持することが 出来ることＩ−１非常に有効である。ＩＪＩ論的に云うと、これは線路」−の（ ｌ′Ｉ−位長の抵４ｆ＋：　ｒ＜、を増加ずｔｌば、下記の関係式から実現Ｉ〜 得ることが゛〉Ｊ、さＪする。

但し、Ｐ−電力損失／単位長（一定） 相−線路上距離を当りの電流 Ｒ（４−線路抵抗／線路上距離７’ｌり単位長幽り一定損失を示す伝送線路を解 析する補助として、第１図に示した線路の部分を考察する。線路はＮコの区分（ ｅｌｅｒｎｅｎｔ　）から成立っていると見ることが出来、その個々の抵抗は、 区分Ｐｎで損失される電力を一定にし、かつ入力電力ＰｉｎをＮで割ったものに 等しいものである。

即ち Ｐｆｎ−Ｐｆ　（ｎ＋１．　）　＝（Ｉｎ）２Ｒｆｎ　−（３）Ｐｆｎ　＝　（ Ｉｎ）”Ｚｏ　−（４１」二記より１−′式が導かれる この式は、区分番号について積分出来るので、累積抵抗は下記の通りとなる 上記の式は２つの重要な点を示している。

ａ、所望の減衰を果すために必要な全線路抵抗にし、人力に関係なくかつ３ｄｎ ７）ｉ哀に相当するＺｏ　ｌｏ＋之ｅ２に等しい。こＩＬに１翁川な・Ｐラメ− ターて、１〆Ｉ容さノするＲが判っている時又はＪ〆「芥さ才）る人力ＶＳＷＲ からめ得る時には、与えられた電力を放散消去するに必要な実線路長を決定しイ １）る。

ｂ　全電力を放散消去するに必俊な全線路抵抗に１区分の数の自然対数に直接比 例するので、人力電力、即ちＺｏ　ｌｏｇ　Ｎ　ＶＣ等しい 此のことは、単位長による区分の数は自然対数に従って増加すること及び入力電 力に関係なく単位長当り一定の平均抵抗を与えることを示唆している。

成る特定の区分の抵抗は、入力電力の増加と共に、即ちＰの増加、Ｎの増加、従 ってＲｆｎの増加により、減少する筈であることは上記（５）式から判る。

反対に、入力電力が非常に低い水準へ低下して行く過程では、線路の入力端での 各区分の抵抗は、もし一定の損失という目標が電力のすべてのス被りトラムの範 囲で成就されるためには、非常に高い値に上昇する筈である。

しかし、入力端で許容される整合を維持すべきという要件が、−１の上限値に制 限を加え、次いでＲの値を制限することとなる。

要約すると、単位長当シ一定の電力を損失させるという、理想的＼λ模型〃はＮ 個の直列の区分を包含し、そのＺ。

個々の抵抗は　Ｒｆｎ−□であり、Ｎは入力電力へ直接−ｎ 比例フる。但し、許容すべき整合を維持するには最低の入力電力を必要とする問 題があＺ 我々の理想モデルについての上限値であるＲ／／ＷＬの制限は、電力（及び周波 数）が低い場合に最も顕著となるが、線路の入力端での単位長による区分の数量 を減らすように模型を改変することで対処（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｅ　）　Ｌ得 る。そうすれば、全線路長を少し長くする犠牲を払って非常に低い電力レベルで も満足すべき整合が得られるようになし得る。

損失性伝送線路はＮ個の同等の区分から成立っているものとしている故、前記の 対処は、単に区分間の間隔を変更するだけである。

要約すれば、我々のλ＼理想的模型の改変版〃は、Ｎ個の同等の区分を非線形状 に間隔をおいたものから成っている。即ち入力端では僅かに間隔をおき、そわか ら線路を進む（ｍｏｖｅ　ｄｏｗｎ　）に従って＼＼理想的〃模型に漸近線的に 近づくのである。この改変模型は広い入力電力について許容し得る入力整合を維 持する。

此のＸ）改変した理想的〃模型は、成る制限はあるが、区分（ｅｌｅｍｅｎｔｓ 　）　となるフェライトビーズを用いて実現することが出来る。成るフェライト ビーズ（冷時）は、ラジオ周波数の電流に対して著しい直列抵抗を示し、その結 果ビーズは発熱して自身の温度をギューリ一温度へ高める、そしてギューリ一温 度でに抵抗植は数オーダーの大きさで低下する。この完全可逆二り程は、広範囲 の入力電力及び周波数レベルで要素（ｅｌｅｍｅｎｔ　）当り一定の損失を起す ことを確実ならｊ〜めるに必要な自己調整磯４’ｆ６となる。

広い電力範囲で消芥し得る入力ＶＳＷＩえをイ１するため、中位長当りの要素（ フェライト）の量ｄ指数的に増加する。

これは成程度経験的なものであるか、全線路抵抗について導いた上記００式によ って裏イー１け補強さねる。

一定損失線路の電力的能力格イー１けば、名前が示唆するように、線路亘長に直 接比例する。

ΣＲｆ対ｌｏｇｎ　のグラフを描くことに有用である、そしてそれはＲ対処のグ ラフに等しい。丑だ、Ｎ、即ち要素（又は入力電力）についての種々の値を考慮 し、ｎ＝に依り、一連のカーブが線路に沿ったＲの変化を示すように描かれる。

Ｒの許容又は設計値は、入力ＶＳＷＲ及び下記の式から導かれる。

に変形し得る。

Ｒの値はΣＲｆ対１ｏｇｎ　と同じグラフ上に描くことがで作用していなくても 、只の値は３ｄＢ損失点（％）よりも前に出ることは決してないことを保証する ものである、従って許容範囲の入力ＶＳＷＲ値はすべての入力レベルについて維 持される。必要な線路長は、横軸がｌｏｇ　ｎを表示するのに加えてｔを表示す るので、グラフから簡単にめられ、これはビーズ接触（ｂｅａｄ　ｃｒｏｗｄｉ ｎｇ　）が起り、即ち単位長当りのｎが、線路の単位長間で物理的に接合するよ うになるｎを越える状態となる点迄可能である。

既記のように、Ｒ／ｗＬ　Ｏ値は単位長当りの抵抗Ｒ及び単位長当りの電力損失 を制限する因子である。ｗ　Ｌの固有値は比較的低く、特に低ＨＦ周波数では低 いので最大許容Ｒも又低い。ｗＬ　（従ってＲも一緒に）を９１１に増加させる ことは、伝送線路に人為的に負荷を加えることでなし得る。その結果の線路長の 削減は負荷の程度に直接比例する。実際には、負荷因子で５乃至１０は容易にな し得た。

更に高い電力放散消去効率を達成するにｔ」、伝送線路に、更に追加のインダク タンス　ｔｔ　１．、　ｕ　を第２のタイプのフェライトによって、又追加のギ ヤ・Ｑノタンス　＼＼Ｃ〃　イ（フェライト材料の誘電定数によって作り、既に Ｒ“及びｔＶｌ、　ｒｒ要素と々るべくワイヤ」−に存在するものに加えて、　 λ＼負荷〃　をかけることて達成し得る。フェライトのキャパシタンス効果を最 適化すること、導体ス綬−スを減少すること及び結果的に機械特性の改良、更に 容積の減少へつながる。

負荷をかけた定損失線路の電力放散消去効率（ｗａｔｔｓ／ｍ）の増加は、同一 の整合性が要求でれることを前提としたＮ負荷〃の度合に直接比例する。

本発明の好捷しい具体例となる定損失線路を第２図、第３図に示す。第２図は斜 視図であり第３図は第２図のＡ−Ａ断面図である。線路は、ス浸−ザ−６に依シ ワイヤ４に沿って間隔をおいたフェライトビーズ５を挿持すル平行なヌテンレス スチール製ワイヤを包含している。

ビーズ５、ヌに一ザー６及びワイヤー４はシリコンコゝム製チューブ８の中に密 閉、内蔵されており、シリコンコゝム接着剤７で相互に接合されている。此の損 失線路は下記の特性値を有する。

Ｚ　＝　６００Ω　線路長１．８ｍ ｆ　＝２→３０ＭＨｚ　断面　８咽×１６謹ｐ＝ｏ→１　ｋＷ　重量　４にり ＶＳＷＲ（１，５最高使用温度　２００℃密封シール 従来の損失線路で同一の能力を有するものは、約６５０ｍ長となる。線路には、 約１２μＨ／ｍの全イングクタンスを付与するため１ｍ当り９０コの低損失イン ダクタンスフェライトビーズ、及び特性インピーダンス６００Ωを付与するため の相轟するキャパシタンス負荷をかけた。

線路沿うフェライトビーズの分布は、ビーズ１個分の余地がなくなる迄、Ｎ＝ｅ Ｋ１′（Ｋは定数、Ｌは長さ）の式に従って指数的に増加する。従って、最初の ３ｍでは、ＸＸＲＩＩ　ビーズを１ｍ毎に１個置き、それから１ｍ当りの数を増 加し、最終的にワイヤ１ｍ中のビーズのすべての利用可能スペースが無くなる迄 配置した。各ビーズは、ＲビーズであってもＬビーズであっても、シリコンゴム スペーサーで分離した。長いス被−サーＵＲビーズが少ない頻度で存在する場所 に用いた。

損失要素は高抵抗低リアクタンスのフェライトビーズから成り、その分布は、Ｎ １□＝９０　で物理的飽和（ｃｒｏｗｄｏ、５１２ｔ ｉｎｇ　）が起る迄　ＮＢ　＝　ｅ　の式で与えられる。

抵抗性ビーズの上記の分布は、ＶＳＷＲが１５（これはＧ、＝Ｏの場合　、／Ｗ Ｌ工０．８に等しい）を越えないことを保証するものである。

ビーズは、各ビーズ間に７リコンゴムス被−ザーヲ挾んで、ビーズに機械的保護 を与えかつ曲けを可能にしながら、１８ＳＷＧ　ステンレヌスチールワイヤに挿 通した。

各貫挿したワイヤを／リコンコ゛ムチューブ中に置いて、これら２本のチューブ を７リコンコ゛ム接着剤で接合した。

２本チューブはフェライトビーズのだめの機械的保詭を形成すると共にフェライ トと関連して適切な並列キヤ・ぐノタンスを創出することを：助ける。

誘導性及び抵抗性ビーズは両方共に並列キヤ・ぐシタンスに貢献するので、抵抗 性ビーズの分布は必要な並列キャパシタンスを維持するまため少なくすると同時 に追加的な抵抗又はインダクタンス子′生じない様にする入方端ではＡダミー〃 を用いることが必須要件である。ダミーは、適当な大きさのシリコンコ″ニーチ ューブの形をとればよい。

本発明の定損失線路は、可搬型進行波アンテナの端末機器としての利用可能性が ある他、従来の長大な損失線路又は塊状抵抗要素の物理的大きさや重量が受け入 れられない場合にも有用である。

損失性伝送線路の長さは、従来の伝送線路に沿ってフェライト材料を注意して選 択し配列することにより、驚く程短縮することが出来、同時に広範囲の電力と周 波数スにクトルに亘って許容できる入力ＶＳＷＲを維持することが出来る。これ を達成する鍵はフェライト材料が発揮するキューリー効果を利用することである 、即ちキューリー効果によって、公称のすべての電力を放散消去する迄線路に沿 う高度の電力減衰を維持するように、単位長間の抵抗を自動的に伝送線路が自己 調節することが出来る。更に線路長を知小化するには、伝送線路に人為的な負荷 をかけることで達成出来る。

塊状の抵抗要素を（Ｉｉｔｉえた端末機器と比較して、本発明の定損失線路は重 量の点で半分以下、容積の点で１０分の１以下であるから、アンテナマストの対 風負荷は５分の１以下となり、機器ユニットの費用は著しく低減することが期待 される。

従来の損失性線路と比較して、本発明の定損失線路は、同一の整合度と電力損失 能力を得るに長さは３％以下にし得る。（最大作用温度を前提とする）定損失線 路は、例えば広範囲のダミー負荷に対しても広い適用性を有しているようである 。例えば、不平衝状態の線路（同軸）は、硬いＸ、（＜ｃ７１０．ｓｅ　）へリ ソクスに巻き、両端末に適当なコネクターをそりつけることが出来る。

この方法は、必要な場合よシ大きな電力損失能力を得るための数個のタ゛ミー負 荷ヲ磯−列接続することを可能にする。本発明の定損失線路にお−いたダミー負 荷は、過剰電力が単に機器を通過するように（もし端末であれば）或は反射する ように（もし端末でなければ）する、潜在的過負荷保護作用を有する。

上述の記述から、本発明はその主目的である損失線路の長さを短小化することを 達成しかつ特に可搬型進行波アンテナとなる端末機器として有益な使用を可能に していると表は明らかである。

浄書（内容に変更なし） 王−工１５．土。

手続補正書（自発） 昭和６０年１　月３１日 特許庁長官　志賀　学殿 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＡＵ８４１０００７６ ２、発明の名称　伝送線路 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代　理　人〒１００ ６、補正により増加する発明の数　Ｏ 国際調査報缶 覗 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＮＯ，Ｐ ＣＴ／Ａｌ１８４１０００７６Ｃ１ｔｅｄ　ｉｎ　５ｅａｒｃｈ　Ｐａｔｅｎｔ 　Ｆａｍｌｌｙ　Ｍｅｍｂｅｒｓｅｐｏｒｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　実質的に単位長間で一定の電力損失を示す抵抗性フェライトビーズを挿通 した導体ワイヤを包含したことを特徴とする損失性伝送線路。 ２　抵抗性及び誘導性フェライトビーズの両方が、ワイヤ亘長に沿って非伝導性 スペーサーによって相互に分離されている請求の範囲第１項記載の損失性伝送線 路。 ３　誘導性フェライトビーズはワイヤの亘長に沿って均等に分布している請求の 範囲第２項記載の損失性伝送線路。 ４　抵抗性フェライトビーズはワイヤの初めの部分で疎に分布させ、順次分布の 頻度を増加して、ビーズのサイズ及びワイヤの単位長間の利用可能ス被−スが関 係して決する単位長当りの最大頻度にした請求の範囲第１項記載の損失性伝送線 路。 ５　抵抗性ビーズの分布頻度は、単位長間で利用可能なスに一スによって決する 最大値へ指数的に増加させる請求の範囲第４項記載の損失性伝送線路。 ６　誘導性フェライトビーズも該ワイヤに挿通さね、その亘長に沿って均等に分 布し、かつすべてのビーズは非伝導性スに一ヅーで分離されている請求の範囲第 ４項又は第５項記載の損失性伝送線路。 ７　ステンレススチール製ワイヤに、誘導性フェライトビーズをその亘長に沿っ て均等に分布させ、寸だ抵抗性フェライトビーズはワイヤの初めからその亘長に 沿工８ って分布頻度を指数的に増加し、単位長間で利用可能なスペースによって決まる 最大分布にしたことを特徴とする損失性伝送線路。 ８゜　フェライトビーズが非伝導性スペーサーで分離されている請求の範囲第７ 項記載の損失性伝送線路。 ９　ビーズを貫挿したワイヤ、ビーズ及びス被−サーが密封したチューブ内部に 収容されている請求の範囲第８項記載の損失性伝送線路。 １