特開 2022-91193 高周波信号用ケーブル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022091193

(43)【公開日】2022-06-21

(54)【発明の名称】高周波信号用ケーブル

(51)【国際特許分類】

   H03H 7/01 20060101AFI20220614BHJP

   H01B 11/00 20060101ALI20220614BHJP

【ＦＩ】

H03H7/01 Z

H01B11/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020203847

(22)【出願日】2020-12-09

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．テフロン

(71)【出願人】

【識別番号】000004008

【氏名又は名称】日本板硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】特許業務法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】望月 聡

【テーマコード（参考）】

5G319

5J024

【Ｆターム（参考）】

5G319CA04

5G319CB05

5J024AA01

5J024AA10

5J024BA11

5J024CA10

5J024CA17

5J024CA19

5J024DA25

5J024EA01

5J024EA08

5J024KA02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】高周波モジュールが放出するスプリアスや高次高調波を抑制しつつも、高周波モジュールの大型化等の問題を回避することができる高周波信号用ケーブルを提供する。
【解決手段】高周波信号用ケーブル２１Ａは、高周波信号用モジュールが放出するスプリアス及び高次高調波を除去するフィルタを備える。高周波信号用ケーブルは、入力側から出力側に向かって延びる中心導体１と、中心導体１の周囲に設けられる外部導体３と、中心導体１と外部導体３との間の誘電体２の中において、中心導体の周囲に設けられるフリンジ導体５と、を備える。フリンジ導体５は、中心導体１及び誘電体２とともに高周波信号用モジュールが放出するスプリアス及び高次高調波を除去するフィルタとして機能する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波モジュールが放出するスプリアス及び高次高調波を除去するフィルタを備えた、高周波信号用ケーブル。

【請求項2】

入力側から出力側に向かって延びる中心導体と、
前記中心導体の周囲に設けられる外部導体と、
前記中心導体と前記外部導体との間の誘電体の中において、前記中心導体の周囲に設けられるフリンジ導体と
を備え、
前記フリンジ導体は、前記中心導体及び前記誘電体とともに前記フィルタとして機能する、請求項１に記載の高周波信号用ケーブル。

【請求項3】

前記フィルタは、オープンスタブとして機能するインダクタと、前記インダクタと接地端子との間に生成される寄生容量とを備え、これにより前記フィルタにローパスフィルタ特性を与える、請求項１に記載の高周波信号用ケーブル。

【請求項4】

前記フィルタは、２つのインダクタとの間に、前記２つのインダクタを直列的に導通しないキャパシタを備え、これにより前記フィルタにハイパスフィルタ特性を与える、請求項１に記載の高周波信号用ケーブル。

【請求項5】

前記フィルタは、インダクタと、前記インダクタと並列な浮遊容量とにより並列共振回路を構成し、これにより前記フィルタにローパスフィルタ特性を与える、請求項４に記載の高周波信号用ケーブル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高周波信号用ケーブルに関する。

【背景技術】

【0002】

高周波回路を他の高周波回路と接続し、又はアンテナ等と接続し、高周波信号を伝送するための配線部材として、同軸ケーブルが広く用いられている。高周波信号を伝送する際に使用される周波数、周波数帯域は様々であり、周波数は各無線通信が使用するプロトコルに従う。

【0003】

高周波信号の伝送においては、ＩＣ内で生成された信号は搬送波に乗せられ、変調信号が生成されたのち同軸ケーブルや高周波コネクタを介して伝送される。

【0004】

高周波モジュールは、その内部で不要信号（スプリアス）や高次高調波を発生させる虞がある。スプリアスや高次高調波の発生は、周囲にある他の装置の動作に悪影響を与える虞があり、通信機器では信号の干渉現象を生じさせる。

【0005】

高周波モジュール内において、スプリアスや高次高調波を除去するための回路（フィルタ等）を搭載するよう回路設計が行われる。しかし、スプリアスや高次高調波の除去のための回路を高周波モジュール内に搭載する場合、高周波モジュールの基板サイズが大きくなり、高周波モジュールが全体として大型化するという問題がある。また、高周波モジュールにスプリアスや高次高調波の除去のための回路を搭載することは、高周波モジュールにおける設計工数や評価工数を増加させることになり、コストの増大の原因となり得る。
また、高周波モジュールにスプリアスや高次高調波の除去のための回路を搭載する場合、そのような高周波モジュールの故障率が上がってしまうこと、複数の高周波モジュールの間の部品特性のバラつきを考慮する必要があることなどの問題がある。

【0006】

このように、高周波モジュールにおいてスプリアスや高次高調波を除去するための回路を搭載することは、様々な問題を生じさせる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０２０－６８１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、高周波モジュールが放出するスプリアスや高次高調波を抑制しつつも、高周波モジュールの大型化等の問題を回避することができる高周波信号用ケーブル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】

上記の課題を解決するため、本発明に係る高周波信号用ケーブルは、高周波モジュールが放出するスプリアス及び高次高調波を除去するフィルタを備えた高周波信号用ケーブルである。本発明の高周波信号用ケーブルは、一態様において、入力側から出力側に向かって延びる中心導体と、前記中心導体の周囲に設けられる外部導体と、前記中心導体と前記外部導体との間の誘電体の中において、前記中心導体の周囲に設けられるフリンジ導体とを備える。この前記フリンジ導体が前記中心導体及び前記誘電体とともに前記フィルタとして機能する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、高周波モジュールが放出するスプリアスや高次高調波を抑制しつつも、高周波モジュールの大型化等の問題を回避することができる高周波信号用ケーブルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】従来技術に係る同軸ケーブルの構成例を示す概略図である。

【図2】従来技術に係る同軸ケーブルの交流等価回路例を示す。

【図3】高周波モジュールにおける一般的な問題を説明するための、高周波フロントエンド回路の回路図である。

【図4】第１の実施の形態の同軸ケーブル２１Ａが適用された場合における、高周波フロントエンド回路の回路図の一例である。

【図5】図４の高周波フロントエンド回路において発生し得るスプリアス又は高次高調波の信号の一例を模式的に説明するグラフである。

【図6】第１の実施の形態の同軸ケーブル２１Ａの構成例を説明する概略図である。

【図7】同軸ケーブル２１Ａの交流等価回路の一例である。

【図8】同軸ケーブル２１ＡのＳ２１パラメータの周波数特性の一例を示している。

【図9】同軸ケーブル２１ＡのＳ１１パラメータの周波数特性の一例である。

【図10】同軸ケーブル２１ＡのＳ２２パラメータの周波数特性の一例である。

【図11】同軸ケーブル２１Ａの反射係数とインピーダンスの関係の一例を示すスミスチャートである。

【図12】第２の実施の形態の同軸ケーブル２１Ａ’の構成例を説明する概略図である。

【図13】同軸ケーブル２１Ａ’のＳ２１パラメータの周波数特性の一例を示している。

【図14】同軸ケーブル２１Ａ’のＳ１１、Ｓ２２パラメータの周波数特性の一例である。

【図15】同軸ケーブル２１Ａ’の反射係数とインピーダンスの関係の一例を示すスミスチャートである。

【図16】同軸ケーブル２１Ａ’の交流等価回路の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。

【0013】

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

【0014】

［第１の実施の形態］
実施の形態の説明の前に、従来技術に係る同軸ケーブルの構成例を図１に示す。
従来の同軸ケーブルは、一例として、入力側から出力側へと延びる中心導体１と、中心導体１の周囲を覆う誘電体２と、誘電体２の外周を覆う外部導体３と、外部導体３の周囲を覆う絶縁性の外被樹脂４（シース）とを備えている。外被樹脂４は、同軸構造を有する中心導体１、誘電体２、及び外部導体３を、外部から保護するための被膜である。外被樹脂４は、同軸ケーブルの電気的特性には関与しない。

【0015】

図２に、従来技術に係る同軸ケーブルの交流等価回路例を示す。図２において、各記号の意味は以下の通りである。
Ｖｉ：入力電圧
Ｒｉ：信号源内部抵抗（信号源インピーダンス）
ＳＧ：信号接地点
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：単位長さ当たりの浮遊インダクタンス成分
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３：単位長さ当たりの浮遊キャパシタンス成分
Ｒｏ：負荷抵抗

【0016】

信号源により給電された入力電圧Ｖｉ（交流信号電圧）は、信号源インピーダンスＲｉにより交流等価回路に交流電流を流す。図１の中心導体１と外部導体３の間に誘電体２が配置されることで、この交流等価回路は浮遊キャパシタンスを持つ。また、浮遊インダクタンスは、中心導体１を流れる交流電流の周波数毎に異なる。

【0017】

同軸ケーブルが、長さ方向に一様な形状を有するものと仮定した場合、同軸ケーブルは、図２のような交流等価回路で表現され得る。取り扱う周波数帯により、図２に示した浮遊インダクタンス成分Ｌ、浮遊キャパシタンス成分Ｃのそれぞれに更に寄生容量成分を考慮する必要がある。図２では、同軸ケーブルの一般的な原理を説明するため、寄生容量成分は考慮していない。

【0018】

同軸ケーブルの入力端とは反対の同軸ケーブルの出力端には負荷抵抗Ｒｏが存在する。この負荷抵抗Ｒｏに関しては、接続される負荷の状況により異なる値を持ち、最大電力伝送、又は信号の位相（または遅延）を考慮し、下式の通りにインピーダンス整合をする必要がある。

【0019】

【数1】

【0020】

ここで、Ｚは、希望する同軸ケーブルの特性インピーダンスを示す。つまり、希望する同軸ケーブルのインピーダンスＺと、信号源インピーダンスＲｉと、負荷抵抗Ｒｏとを全てインピーダンス整合すると、最大電力伝送が可能になる。なお、ここで示した希望するインピーダンスＺは複素成分も含んでいるため、複素共役整合を行うことが必要である。

【0021】

実部のみを考慮した同軸ケーブルの特性インピーダンスＺは、下記[数２]により与えられる。同軸構造を持つ同軸ケーブルは、伝送可能な周波数に対して限界値を持っており、その限界値は、同軸ケーブルを構成する要素の物理的寸法により異なる値となる。

【0022】

【数2】

【0023】

この限界となる周波数は、一般に遮断周波数と呼ばれ、遮断周波数Ｆ_ｃは、以下の[数３]により表される。使用している中心導体１の外径をｄ、外部導体３の内径をＤ、外被樹脂４の比誘電率をε_ｒ、ｃを光速とする。ｄ、Ｄ、ε_ｒが大きくなればなるほど、限界周波数Ｆ_ｃは低くなり、小さくなればなるほど限界周波数Ｆ_ｃは高くなる。

【0024】

【数3】

【0025】

同軸ケーブル内を信号が伝搬する際は、一般的にＴＥＭ(Transverse Electro-Magnetic)モードにより信号は伝搬することになるが、そのインピーダンスＺ、並びに限界周波数Ｆ_ｃは、上述の各式で示した通り、同軸ケーブルを構成する要素の物理的寸法関係、及び使用される樹脂の比誘電率のみに依存する。このため、従来の同軸ケーブルに、使用される搬送信号の周波数以外の帯域外フィルタリング特性を与えることは困難である。

【0026】

帯域外フィルタリング特性を高周波モジュール等に導入する場合、高周波モジュールの基板の大きさが大きくなり、高周波モジュールの製品寸法が大型化するという問題がある。一方、高周波モジュールにおいて適切なフィルタリングがなされない場合、スプリアスや高次高調波を外部に発射（放出）させてしまい、近隣にある他システムへ有害な外乱を与え、通信品質を劣化させてしまう虞がある。

【0027】

高周波モジュールの部品点数が増加することは、高周波モジュールの平均故障寿命(ＭＴＴＦ: Mean Time To Failure)や、平均故障間隔(ＭＴＢＦ: Mean Time Between Failure)が短くなることに繋がる。また、高周波モジュールの製品の開発工数が増加するという問題もある。

【0028】

本実施の形態に係る同軸ケーブルは、同軸ケーブルに帯域外フィルタリング機能を与えることにより、高周波モジュールにおける設計工数や評価工数を削減し、同時に故障率を軽減し、同時に製品の小型化に寄与し、ノイズ耐性を従来と比較して改善し、特に受信点における干渉現象を飛躍的に軽減し、５Ｇ等の次世代通信網の信号品質を大幅に上げることができるものである（受信側の受信強度を増加させてより安定した通信網の構築することができる）。

【0029】

高周波モジュールにおける一般的な問題を、図３に示す高周波フロントエンド回路を例として説明する。

【0030】

図３に示す高周波フロントエンド回路は、製品筐体２３の内部に設置された基板ＳＢ上に形成され、同軸ケーブル２１及び同軸コネクタ２２により外部と接続されている。同軸ケーブル２１は、図１の従来の同軸ケーブルと同様のものである。

【0031】

高周波フロントエンド回路は、基板ＳＢ上に高周波ＩＣ７を備えている。高周波ＩＣ７内で生成された信号は搬送波に乗せられ差動出力される。出力された高周波信号は、平衡・不平衡変換器（バラン）８でシングルモードに変換され、それ以降の不平衡回路へと送られる。バラン８から出力された高周波信号は、送信（以降、Ｔｘ）と受信（以降、Ｒｘ）を切り替える高周波スイッチ９へ入力され、送信時はＴｘ側配線１０へ切り替えられる（図３は送信時の状態）。

【0032】

Ｔｘ側配線１０を通る高周波信号は、パワーアンプ１２で増幅され、高周波ＩＣ７内のミキサ（スーパーヘテロダインか、ダイレクトコンバージョンかは不問）で生成された不要信号成分であるスプリアスを除去するために、フィルタ１３を通過し、高周波スイッチ９と連動した高周波スイッチ１４に入力される。

【0033】

高周波スイッチ１４を通った高周波信号は、フィルタ１５を通り、高周波コネクタ２０に送られる。なお、フィルタ１３、１５は、ローパスフィルタ(ＬＰＦ: Low Pass Filter)、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ: High Pass Filter)、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ: Band Pass Filter)、帯域除去フィルタ（ＢＥＦ: Band Elimination Filter)などであり得る。

【0034】

基板ＳＢ上を準ＴＥＭモードで伝送される高周波信号は、高周波コネクタ２０にてＴＥモードとなり、同軸ケーブル２１、同軸コネクタ２２へ伝送される。図３では、コネクタ２２は製品筐体２３にバルクヘッドで取り付けられている様子が図示されている。コネクタ２２はその先に更に同軸ケーブル（図示せず）を介してアンテナ、無線中継器、端末等に接続される。図３に示す製品全体の無線通信特性を評価する場合には、コネクタ２２は、スペクトラムアナライザ、シグナルジェネレータ、シグナルアナライザ、オシロスコープなどに接続され得る。

【0035】

一方、受信側（Ｒｘ）の動作原理を以下に示す。製品筐体２３に固定されたコネクタ２２に入力された高周波信号は、同軸ケーブル２１、高周波コネクタ２０に、基板ＳＢ上において準ＴＥＭモードの信号として入力される。その高周波信号はＭＳＬ（Microstrip Line）やＣＰＷ（Coplanar Waveguide）、又はストリップ線などで設計されて設けられた信号線１９を経てフィルタ１５を通過し、高周波スイッチ１４を通り、プリアンプ１６に入力され、増幅される。

【0036】

プリアンプ１６から出力される増幅信号は、スプリアスを取り除くため、更にフィルタ１７に入力され、その後高周波線１１を経て、その後高周波スイッチ９からバラン８を介して高周波ＩＣ７に入力され、復調される。

【0037】

この図３に示す回路は、送信信号、及び受信信号のスプリアスの除去のため、フィルタ１３、１５、１７を備えている。しかし、このようなフィルタは、面積が大きく、高周波回路の大型化の原因となり得る。

【0038】

図４を参照して、本実施の形態の同軸ケーブル２１Ａが使用された高周波フロントエンド回路の例を説明する。本実施の形態に係る同軸ケーブル２１Ａは、後に詳しく説明するように、スプリアスや高次高調波を除去するためのフィルタリング機能を備えている。このため、高周波フロントエンド回路においては、図３に示すようなフィルタ回路（例：図２のフィルタ１３、１５、１７）の全部又は一部を省略することが可能となり（図４参照）、高周波フロントエンド回路の面積を縮小することができる。

【0039】

図５において、図４の高周波フロントエンド回路において発生し得るスプリアス又は高次高調波の信号の一例を模式的に説明する。図５のグラフにおいて、横軸は周波数を表し、縦軸は高周波信号を表している。図５の左側のグラフの高周波信号は、高周波ＩＣ７で生成されたフィルタリング前の信号である。

【0040】

図５の左側のグラフにおいて、スペクトル２４はキャリア信号であり、２５～２８はスプリアスまたは高次高調波のスペクトルを表している。このスペクトル２５～２８は不要信号成分であり、周辺機器や自分自身に対して悪影響を及ぼす可能性が懸念される。

【0041】

各国電波法では、各種計測値の閾値が絶対値として法律に定められ、ＥＭＣ(Electro Magnetic Compatibility)に準拠した環境試験が行われるが、このような計測値の判定や環境試験に、これらのスプリアスや高次高調波が悪影響を及ぼす。

【0042】

図５の右側のグラフは、同軸ケーブル２１Ａのフィルタリング機能により適用されるマスク３３の一例を示している。図５の右側のグラフにおいて、キャリア信号のスペクトル２４は、左側のグラフと同一である。このマスク３３は、図３の送信経路のフィルタ１３及び１５によるリジェクション効果を与えると共に、図３の受信経路のフィルタ１５及びフィルタ１７のリジェクション効果を与える。一般的には不要信号のリジェクション効果は送信経路も受信経路も同等と考えることができる。

【0043】

マスク３３は、様々な事情に起因するスプリアスや高次高調波に従って設定される。マスク３３が定められると、スプリアスや高次高調波のスペクトル２９、３０、３１、３２を抑圧することができる。マスク３３は、キャリア信号のスペクトル２４に悪影響を及ぼさないような周波数特性を有するように設計される。スペクトル２９、３０、３１、３２を抑圧するマスクを同軸ケーブル２１Ａで実現することができる場合、高周波フロントエンド回路におけるフィルタ１３、１５、１７は、少なくとも一部を省略することができる。すなわち、高周波モジュール内で発生するスプリアス又は高次高調波成分の除去のための回路は、高周波モジュール内に搭載する必要がないため、基板サイズ、または高周波モジュールのサイズ、製品サイズ、製品高さ等を小さくすることが可能である。

【0044】

図６を参照して、本実施の形態の同軸ケーブル２１Ａの構成例について説明する。本実施の形態の係る同軸ケーブルは、フィルタリング機能を与えられることにより、使用する搬送波周波数の帯域外の周波数の信号を除去し、これにより、同軸ケーブル２１Ａにおいて、高周波モジュールにおいて発生したスプリアス又は高次高調波を除去することができる。従って、高周波モジュールにおいては全部又は一部のフィルタを削除することができ、高周波モジュールの大型化を抑制することができる。また、受信側回路においても、受信側回路内に設けられたミキサ等の周波数生成部分での高調波ミキシングによる新たな周波数成分の生成を抑えることができる。従って、高周波モジュール内干渉を軽減することができ、従来技術と比較し、高周波信号を用いた通信の品質（ＰＥＲ: Packet Error Rate、ＢＥＲ: Bit Error Rate）等を向上、または改善する事ができる。

【0045】

この実施形態の同軸ケーブル２１Ａは、フィルタリング機能を与えるための構成として、中心導体１と外部導体３との間の誘電体２の中に、中心導体１の外周に沿って延在するフリンジ導体５を有する。フリンジ導体５は、その中心付近に沿って中心導体１が貫通するよう構成される。フリンジ導体５は、中心導体１及び誘電体２と共に、搬送信号を伝送させる高周波回路の一部を構成し、フィルタとして機能する。１本の同軸ケーブル２１Ａに含まれるフリンジ導体５の個数、及び個々のフリンジ導体５の直径、位置及び厚さを変更することにより、同軸ケーブル２１Ａが与えるフィルタリング効果を変更することができる。フリンジ導体５の直径、個数、厚さは、特定のものには限定されない。また、フリンジ導体５の形状は、図示の例では略円盤状であるが、これに限定されるものではない。

【0046】

図７は、同軸ケーブル２１Ａの交流等価回路の一例である。また、図８～図１１は、同軸ケーブル２１Ａに所定のフィルタ特性を持たせた場合における各種特性を示すグラフである。図８は、同軸ケーブル２１ＡのＳ２１パラメータの周波数特性の一例を示しており、図９、及び図１０は、それぞれ同軸ケーブル２１ＡのＳ１１、Ｓ２２パラメータの周波数特性の一例である。また、図１１は、同軸ケーブル２１Ａの反射係数とインピーダンスの関係の一例を示すスミスチャートである。この例では、５Ｇミリ波に対応した２８ＧＨｚ帯信号用のカットオフ周波数に調整している。また、この例は、フィルタとしてＬＣフィルタの機能を同軸ケーブル２１Ａに与えるものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、与えられるフィルタは、ＲＣフィルタ、ＲＬフィルタ、ＬＣフィルタ、ＲＬＣフィルタのいずれであってもよい。

【0047】

また、フィルタは、シングルバンド、マルチバンドのいずれであってもよく、特性の動的可変機能を有していても良いし、有していなくても良い。さらに、特性の傾向、利用可能なアプリケーション、フィルタ種類（バンドパスフィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドエリミネーションフィルタ、またその段数等）、実現方法（分布定数、集中定数、導波管への応用、基板を用いた実現等）も、特定のものには限定されない。

【0048】

図７の交流等価回路を有するフィルタリング機能付きの同軸ケーブル２１Ａの動作について説明する。同軸ケーブル２１Ａの入力端に入力信号電圧値Ｖｉが印加されると、入力抵抗Ｒｉにより交流電流が出力インピーダンスＲｏに向かい流れる。印加された信号は例えば５０Ωのような目標値を持つ整合対象となる回路インピーダンス、またはそれ以外のインダクタンス成分を有するインダクタＬ１を経て、異なる又は同じインダクタンス成分を持つインダクタＬ２に導体損失Ｒ１を介して入力される。

【0049】

この際、インダクタＬ１は交流的にオープンスタブとして機能するため、浮遊容量Ｃ２を信号接地ＳＧとの間に有する。更にインダクタＬ１とＬ２の間には、互いの導体間に浮遊容量Ｃ１が発生する。インダクタＬ２に伝達された交流信号は、次のインダクタＬ３へ導体損失Ｒ２を含み伝送される。インダクタＬ２とＬ３の間にも浮遊容量Ｃ３が発生する。インダクタＬ２は、交流的にオープンスタブとして機能するため、浮遊容量Ｃ４を信号接地ＳＧとの間に有する。インダクタＬ３もまたオープンスタブとして機能するため、インダクタＬ３は信号接地ＳＧとの間に浮遊容量Ｃ５を有する。

【0050】

更に、インダクタＬ３からの交流信号は、導体損失Ｒ４、及び回路の特性インピーダンスとは異なるインダクタンス成分を中心導体に持つインダクタＬ４を介して、インダクタＬ３と同じ又は異なるインダクタンス値を持つインダクタＬ５へ伝送される。

【0051】

インダクタＬ５は、インダクタＬ３との間に浮遊容量Ｃ６を持つ。また、インダクタＬ５に入力される交流信号は、導体損失Ｒ５をもつ中心導体１を介して伝送される。インダクタＬ５は、オープンスタブとして機能するため、インダクタＬ５は、信号接地ＳＧとの間にも浮遊容量Ｃ８を有する。また、インダクタ成分Ｌ５とＬ６の間にも、浮遊容量Ｃ７が形成される。

【0052】

同様に、インダクタＬ７は、インダクタＬ６との間に浮遊容量Ｃ９を有する。また、インダクタＬ６に入力される交流信号は、導体損失Ｒ６を介してインダクタＬ７に伝送される。また、インダクタＬ６は、オープンスタブとして機能するため、インダクタＬ６は信号接地ＳＧとの間に容量Ｃ１０を有する。インダクタＬ７は中心導体１の持つ導体損失Ｒ７を有すると共に、オープンスタブとして機能するため、信号接地ＳＧとの間に浮遊容量Ｃ１１を有する。また、インダクタＬ７は、負荷抵抗Ｒｏに接続される。

【0053】

特性調整と回路のＱ値を向上させる目的もある浮遊容量Ｃ１、Ｃ３、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ９を除外して考えた場合、この交流等価回路は、Ｌ１＋Ｃ２、Ｌ２＋Ｃ４、Ｌ３＋Ｃ５、Ｌ４、Ｌ５＋Ｃ８、Ｌ６＋Ｃ１０、Ｌ７＋Ｃ１１で構成される１３次ローパスフィルタ(Low Pass Filter)として考えることが出来る。ただし、寄生成分である、その他のインダクタンス、かつキャパシタンス成分を考慮に入れることにより、より高次のローパスフィルタとして扱うことが出来るのは言うまでもない。

【0054】

図７内に示す各インダクタのインダクタンス、及び浮遊容量の容量値を適切に選定することにより、共振周波数が変化し、これにより同軸ケーブル２１Ａのカットオフ周波数等を自由に設計することが可能である。

【0055】

（効果）
本実施の形態の効果を以下に説明する。本実施の形態の同軸ケーブル２１Ａは、その内部にフィルタリング機能を有していることにより、高周波装置における試験時間の短縮を図ることができる。従来は、高周波モジュール内にフィルタを設けるか、または高周波モジュールの外にフィルタデバイスを設けるなどする必要があった。本実施の形態の同軸ケーブルによれば、そのような高周波モジュール内のフィルタデバイスが不要になるため、高周波モジュールでの試験項目に掛かる時間を短縮することができる。そのため、高周波モジュールに要するコストを低減することができる。また、高周波モジュールの内部構造が簡素化される結果、故障率を低減することができる。

【0056】

また、本実施の形態の同軸ケーブル２１Ａによれば、アンテナと高周波モジュールを接続した場合に、所望の主信号以外の信号を放射し、自身の無線通信ネットワークや、あるいは他の無線通信ネットワークに外乱を与えることを抑制することができ、これにより、複数の異なるネットワークの共存による干渉等の問題を軽減することができる。本実施の形態の同軸ケーブル２１Ａを介して信号を放射することにより、帯域外不要輻射のレベルを著しく軽減することができ、アンテナ放射後の輻射電力に対して帯域外信号電力を小さくすることが可能となる。

【0057】

また、本実施の形態の同軸ケーブル２１Ａによれば、高周波モジュールから出力信号を取り出す際に必ず必要な同軸ケーブルに、各アプリケーションに特化するフィルタリング機能を持たせることができ、ＥＭＣの対策が取りやすく、開発工数を削減することが可能になる。電磁妨害（ＥＭＩ）や放射感受性（ＥＭＳ）試験等に課せられる試験方法に関し、被試験機器（ＥＵＴ）からの／ＥＵＴへの不要出力信号の授受はＥＭＣ試験結果に著しく影響を及ぼすが、このような不要出力信号を同軸ケーブルにおいて除去することが可能になる。

【0058】

なお、本実施形態に係るフィルタ機能を有する同軸ケーブルに用いるフィルタ設計理論には特に制約はない。例えば、チェビシェフ型(Chebyshev filter)、バタワース型(Butterworth Filter)など、またＣＲＬＨ(Composite Right and Left Handed)、メタマテリアル技術を応用した設計理論を用いることでも実現が可能である。

【0059】

また、高周波特性を有するために使用される導体材料、樹脂材料も、特定のものには限定されない。例えば、胴体部分に黄銅、銀、金、アルミ等、樹脂部分にポリエチレン、ポリエチレンテフタレート、ポリカーボネート、テフロンなどを用いることができるが、これらは一例であり、特定の材料へ限定されるものではない。

【0060】

図７においては、ローパスフィルタの構造で設計を行ったが、ローパスフィルタのみの特性を有する回路、ハイパスフィルタのみの特性を有する回路、バンドエリミネーションフィルタの特性を有する回路などを設計できることは言うまでもない。また、段数に制約がないため、より急峻なフィルタ特性を希望する際はより多段にすることで所望のスカート特性を得ることができる。

【0061】

［第２の実施の形態］
次に、図１２を参照して、第２の実施の形態の同軸ケーブル２１Ａ’を説明する。この同軸ケーブル２１Ａ’は、第１の実施の形態の同軸ケーブル２１Ａに代えて使用され得る。図１２は、同軸ケーブル２１Ａ’の概略構成を説明する斜視図であり、図１６は、図１２の同軸ケーブル２１Ａ’の等価回路図である。また、図１３～図１５は、等価回路の解析結果を示すグラフである。図１３は、同軸ケーブル２１Ａ’のＳ２１パラメータの周波数特性の一例を示しており、図１４は、同軸ケーブル２１Ａ’のＳ１１、Ｓ２２パラメータの周波数特性の一例である。また、図１５は、同軸ケーブル２１Ａ’の反射係数とインピーダンスの関係の一例を示すスミスチャートである。

【0062】

この第２の実施形態の同軸ケーブル２１Ａ’も、第１の実施の形態と同様に、スプリアスや高次高調波を除去するためのフィルタ回路をその内部に備えている。このため、高周波フロントエンド回路においては、図４に示すようなフィルタ回路の全部又は一部を省略することが可能となり、高周波フロントエンド回路の面積を縮小することができる。図１２に示すように、この同軸ケーブル２１Ａ’は、一例として、中心導体１と、誘電体２と、外部導体３と、外被樹脂４と、フリンジ導体５と、筐体４１とを備えている。第１の実施の形態（図６）と同一の構成要素に関しては、同一の参照符号を付しており、以下では詳細な説明は省略する。

【0063】

この同軸ケーブル２１Ａ’は、内部にフリンジ導体５を格納する筐体４１を備え、筐体４１を貫通して中心導体１、誘電体２、及び外部導体３が延びている。中心導体１、誘電体２、外部導体３、及びフリンジ導体５は一体としてインダクタ又はキャパシタを構成し、前述のフィルタとして機能する。フリンジ導体５は、図１２に示すように、中心導体１の長手方向に沿って複数配置されていてもよいし、単数であってもよい。また、フリンジ導体５は、図示のようなリング状の導体であってもよいし、それ以外の形状（矩形、螺旋形状、その他）であってもよい。フリンジ導体５の位置は、図示しない位置調整機構により適宜調整することができる。フリンジ導体５の位置が変化することにより、フィルタの特性が変化する。

【0064】

図１６は、同軸ケーブル２１Ａ’の等価回路図の一例であり、この図１６を用いて、この同軸ケーブル２１Ａ’の動作を説明する。図１２の同軸ケーブル２１Ａ’は、前述のように、中心導体１、誘電体２、及び外部導体３により、インダクタ及びキャパシタが構成され、これにより同軸ケーブル２１Ａ’内にＬＣフィルタが形成されている。図１６はこのＬＣフィルタの等価回路の一例である。この等価回路は、入力端子と出力端子の間に直列接続されるインダクタＬ１～Ｌ１２及びキャパシタＣ５、並びにこれらと並列に接続されるキャパシタＣ１～Ｃ９を含んでいる。

【0065】

このような等価回路を有する同軸ケーブル２１Ａ’において、入力端子より信号電圧Ｖｉが印加される。信号電圧Ｖｉの印加により、交流電流が入力抵抗Ｒｉから出力インピーダンスＲｌに向かって流れる。印加された信号は、例えば５０Ωのような目標値を持つ整合対象となる回路インピーダンス、またはそれ以外のインダクタＬ１を経て、更に容量性の大きいインダクタＬ２に印加される。

【0066】

インダクタＬ２は、同じインダクタンス値、または異なるインダクタンス値を持つインダクタＬ３とインダクタＬ４とを介して出力端子に接続される。インダクタＬ３のインダクタンス値に特別な制限は含まれない。

【0067】

この時、インダクタＬ２～Ｌ４間に、そのインダクタンス成分実現の構造上の理由から、インダクタＬ３がある一定の距離を隔てて位置しており、そのため両インダクタＬ２とＬ４の間には、インダクタＬ３と並列に浮遊容量が形成される。その浮遊容量が、インダクタＬ３と並列なキャパシタＣ１、Ｃ２として図１６では表現されている。

【0068】

同様に、インダクタＬ４～Ｌ６間に、インダクタＬ５がある一定の距離を隔てて位置しており、そのため両インダクタＬ４とＬ６の間には、インダクタＬ５と並列に浮遊容量が形成される。その浮遊容量が、インダクタＬ５と並列なキャパシタＣ３、Ｃ４として図１６では表現されている。

【0069】

インダクタＬ６を通過した信号は、インダクタＬ６と直列的に導通していない物理環境を持つインダクタＬ７に、Ｌ６－Ｌ７間の浮遊容量であるキャパシタＣ５を介して伝達される（ハイパスフィルタ特性の構築（１））。

【0070】

インダクタＬ７～Ｌ１２の構造は、浮遊容量であるキャパシタＣ５を境にインダクタＬ１～Ｌ６と対称になっており、キャパシタＣ５を境に入出力対称の回路が構成される。ＳパラメータＳ１１とＳ２２、Ｓ２１とＳ２２の対称化により、本実施の形態の同軸ケーブルを利用する際の入出力特性の同一化を図ることができる。

【0071】

インダクタＬ７に伝達された交流信号は、同一、または異なるインダクタンス値を持つインダクタＬ９に対して、任意のインダクタンス値を持つインダクタＬ８を介して伝達される。インダクタＬ８と並列に浮遊容量としてのキャパシタＣ６、Ｃ７が形成される。

【0072】

インダクタンスＬ９は、同一、または異なるインダクタンス値を持つインダクタＬ１１に対して、任意のインダクタンス値を持つインダクタＬ１０を介して接続されている。インダクタＬ１１は、５０Ωのような負荷インピーダンスの目標値を持つ整合対象となる回路インピーダンス、またはそれ以外のインダクタンス値を持つインダクタＬ１２に接続され、信号は伝達される。この時の回路の負荷インピーダンスは、図１６の場合Ｒｌと表現されている。主に実例を挙げるならば、図１６の入力インピーダンスＲｉ、また出力インピーダンスＲｌは、いずれも５０Ω、又は７５Ωである。

【0073】

前述のように、インダクタＬ２とＬ４の間、インダクタＬ４とＬ６の間、インダクタＬ７とＬ９の間、及びインダクタＬ９とＬ１１の間には、浮遊容量Ｃ１＋Ｃ２、Ｃ３＋Ｃ４、Ｃ６＋Ｃ７、Ｃ８＋Ｃ９が存在する。これらの浮遊容量は、並列に接続されるインダクタＬ３、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ１０と共に並列共振回路を構成する（ローパスフィルタ特性の構築（２））。

【0074】

図１２の同軸ケーブル２１Ａ’は、図１６の等価回路構造を有することにより、入出力段直近のインダクタンスＬ１、Ｌ１２を含め、共振現象に基づく所定の共振周波数を有している。図１６の等価回路は、Ｒｉ～Ｌ１２の計１３段の多段フィルタ構造を有しており、上述のように、ハイパスフィルタとローパスフィルタの特性を併せ持つことにより、全体として超広帯域バンドパスフィルタの機能を有している。

【0075】

図１６に示す各インダンクタのインダクタンス、また浮遊容量の値を適切に選定し、共振周波数を変化させることで、低域側カットオフ周波数、広域側カットオフ周波数を任意の値に設定することができる。バンドパスフィルタ特性が得られるような設計を行う代わりに、ローパスフィルタのみの特性を有するもの、ハイパスフィルタのみの特性を有するもの、帯域除去フィルタの特性を得るような設計を行うことができるのは言うまでもない。また、段数にも制約がないため、より急峻なフィルタ特性を希望する際は、より多段のフィルタとすることで所望のスカート特性を得ることができる。

【0076】

（効果）
第２の実施の形態の同軸ケーブル２１Ａ’は、第１の実施の形態と同様に、その内部にフィルタリング機能を有していることにより、高周波装置における試験時間の短縮を図ることができる。また、高周波モジュールに要するコストを低減することができ、高周波モジュールの故障率を低減することができる。また、複数の異なるネットワークの共存による干渉等の問題を軽減することができる。加えて、帯域外不要輻射のレベルを著しく軽減することができ、アンテナ放射後の輻射電力に対して帯域外信号電力を小さくすることが可能となる。

【0077】

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0078】

１…中心導体、 ２…誘電体、 ３…外部導体、 ４…外被樹脂、 ５…フリンジ導体、 ７…高周波ＩＣ、 ８…平衡・不平衡変換器（バラン）、 ９、１４…高周波スイッチ、 １０…Ｔｘ側配線、 １１…高周波線、 １２…パワーアンプ、 １３、１５、１７…フィルタ、 １６…プリアンプ、 １９…信号線、 ２０…高周波コネクタ、 ２１、２１Ａ…同軸ケーブル、 ２２…同軸コネクタ、 ２３…製品筐体、 ２４…スペクトル、 ２５～２８、２９～３２…スペクトル、 ３３…マスク。

【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】