同軸ケーブルのインピーダンス: 50 オームと 75 オームのシステムで不整合がほとんど許容されない理由

同軸ケーブルエンジニアリング

同軸ケーブルのインピーダンス: 50 オームと 75 オームでは不整合がほとんど許容されない理由

特性インピーダンスは、価格ではなく、形状と誘電体によって決まります。ここでは、50 オームと 75 オームのシステムがどのように動作するか、不一致による実際のコスト、および購入仕様に含まれる数値を示します。

CCTV 設置業者は、部品引き出しが在庫室より近くにあるため、75 オームの RG6 ドロップを 50 オームの BNC アダプタで終端します。画像は初日できれいです。 3 週間後、クライアントはかすかな水平縞模様を報告し、最初にカメラ、次にレコーダー、そして最後にケーブルが原因であると指摘されました。

詳細の前に、短いバージョンを示します。 ケーブル、コネクタ、機器ポートなど、チェーン内のすべての要素のインピーダンスが一致している必要があります。 そうしないと、信号の一部が受信機に到達せずに反射して回線に戻り、周波数が上昇し、伝送距離が長くなるにつれて、その反射による被害はさらに大きくなります。

以下では、特性インピーダンスとは実際には何なのか、なぜ業界が 50 オームと 75 オームに落ち着いたのか、不一致がテスト機器や画面にどのように現れるのか、問題が現場に到達しないように仕様に何を書き込めばよいのかについて説明します。

同軸ケーブルのインピーダンスが実際に測定するもの

特性インピーダンスは抵抗ではありません。これは線路に沿って伝わる波の電圧と電流の比であり、遠端に何も接続されていない場合でも存在します。で 同軸ケーブルの物理的な構造 それは、中心導体の直径 (d)、シールドまたは空間を満たす誘電体の内径 (D)、およびその材料の誘電率の 3 つによって設定されます。

同軸線の場合、古典的な公式は、Z0 = 138 を誘電率の平方根で割った値に、D を d で割った底の 10 の対数を乗じたものです。導体とシールドをさらに遠ざけるか、誘電率を下げると、インピーダンスが上昇します。

商業的には次の 2 つの結果が重要です。

• インピーダンスは長さによって変化しません。同じ RG6 の 5 m と 500 m の製品は両方とも約 75 オームにあります。
• インピーダンスはマルチメーターでは読み取ることができません。検証には、時間領域反射率計、ネットワーク アナライザ、または既知の負荷に対するスイープ テストが必要です。

DC 抵抗は別の仕様ですが、依然として重要です。 LNB のパワーアップを長期間にわたって推進する衛星受信機は、インピーダンスでは何も語れないループ抵抗を克服する必要があります。

なぜ50オームと75オームが標準になったのか

どちらの数字も任意ではありません。空気誘電体同軸では、減衰は 77 オーム付近で最も低くなり、電力処理は 30 オーム付近でピークになります。マイクロ波技術者は低損失と使用可能な電力の両方を必要としたため、50 オームが実用的な妥協点となり、軍事およびその後の商業慣行に定着しました。放送技術者は、長時間の低電力ビデオ再生での低損失を重視したため、減衰最小値に近い 75 オームがビデオおよびケーブル テレビの標準になりました。

50 オームは電力と損失の間の妥協点です。 75 オームは損失に傾きます。どちらもエンジニアリング上の選択であり、品質グレードではありません。

以下の比較に示すように、目に見える違いは主に電力処理とコネクタ ファミリにあります。

75 オームの配電作業の場合、通常、シールド構造はインピーダンスの次に決定されます。標準シールドは短い加入者接続に適しており、トリシールドはノイズの多い環境向けにフォイルと編組を追加し、入力損失と反射損失のマージンが厳しい場合にはクアッドシールドが選択されます。

数値の不一致: リターンロス、VSWR、および目に見える症状

反射は予測可能です。 50 オームの電源から 75 オームの負荷を給電すると、反射係数は 0.2、つまり VSWR は約 1.5 ～ 1、リターン ロスは 14 dB 近く、入射電力の約 4 パーセントが反射されます。 4% は無害に聞こえますが、パッチリードが短い場合は通常無害です。 300 m のトランクや高密度のチャネル ラインアップでは、反射波は遅れて到着し、直接信号に加算または減算されるため、そうではありません。

インピーダンス エラーは、いくつかの認識可能な方法で通知される傾向があります。

• アナログビデオでのかすかなゴースト、リンギング、または 2 番目のエッジ
• デジタル CATV および IPTV チャネルでのバンディング、きらめき、または断続的なドロップアウト
• アンプ調整では修正できないヘッドエンドのエラー率の上昇
• ダミー負荷へのクリーンテストを行う送信機の VSWR アラーム
• 一度通過すると、別のデバイスがチェーンに参加すると失敗するリンク

設置場所へのインピーダンスのマッチング

インピーダンス エラーのほとんどは、ケーブル内ではなくハンドオーバー ポイントで発生します。最初にアプリケーションから要件を設定します。

1. 衛星 IF および DTH: LNB からレシーバーまで 75 オーム、F コネクタ付き。 LNB の DC 電力は同じ中心導体上を流れるため、ループ抵抗とインピーダンスの両方が仕様に含まれます。
2. CATV、MATV、IPTV 配信: 全体で75オーム。 RG11 は空中降下と長いトランク用、RG6 は一般的な加入者の走行用、RG59 は機器の後ろの短いパッチ用です。
3. 監視カメラ: 同軸ケーブルに沿って DC 電力を伝送するシャム構造を含む、ビデオ ペア全体で 75 オーム。
4. ワイヤレスおよび RF リンク: 全体で50オーム。短いジャンパの場合は RG58、長いフィーダの実行によりリンク バジェットが消費される場合は RG213 または LMR400。

75 オームのアンテナ システムを駆動する 50 オームの無線機など、システムが本当にドメイン間を横断する必要がある場合は、アダプターではなくマッチング パッドまたは変圧器を使用してください。公称値から数オームずれたケーブルは、配線上のすべての接続点で小さな不整合のように動作するため、この段階でインピーダンス許容差を確認することも重要です。

CCTV と小型システム: 75 オームのエラーが隠れている場所

監視業務では、低コストのアダプターとさまざまなブランドのカメラが同じキャビネットに搭載されているため、インピーダンス規律のテストが最も難しくなります。コンポジット CCTV の動作は、カメラ出力から同軸を介してレコーダー入力まで 75 オームであり、緩んだ BNC または浮遊 50 オーム アダプターは、長いケーブルよりも短いケーブルに影響を与えます。

電源付き KX6、電源付き RG59、または電源付き RG6 などのシャム構造では、18 または 20 AWG 電源ペアの横に 75 オームのビデオ ペアが配置されます。これにより、別個の電力供給がなくなりましたが、ルールは変わりません。同軸ケーブルの両端を 75 オームで終端し、75 オームの BNC または F コネクタを使用し、間に 50 オームの部品を使用しないことです。

購入前に確認すべきこと

インピーダンスは、データシート上で検証するのが最も簡単な線であり、最もよく信頼される線です。製造注文を出す前に、サプライヤーに次の 6 つの項目を依頼してください。

1. 公称インピーダンスと許容差。 プラスまたはマイナス 3 オームで見積もられた 75 オームのビデオ ケーブルは正常です。プラスまたはマイナス 5 オームより広いものは質問に値します。
2. スイープまたは構造的なリターンロスデータ 単一の周波数ポイントではなく、実際に使用する帯域全体にわたって。
3. 伝播速度、 通常は、誘電体が固体であるか発泡体であるかによって 0.66 ～ 0.87 となり、これがタイミングと長さの計算に影響します。
4. コネクタインターフェイス。 必要に応じて 75 オーム F または 75 オーム BNC を確認し、ビデオ システム用の混合 50 オーム ハードウェアを拒否します。
5. 規格とコンプライアンスの証拠、 CATV ケーブルの EN 50117 や JIS および MIL の同等品に加え、プロジェクトで要求される場合は UL、ETL、CE、CPR、RoHS、または REACH など。
6. ドラムに沿った一貫性。 インピーダンスを設定する誘電体の直径は全長にわたって安定している必要があるため、納入品の両端からのサンプル テストが合理的なチェックとなります。

インピーダンスは鎖のように動作します。つまり、すべてのジョイントで 50 または 75 オーム、またはすべてのジョイントで反射します。ビデオ、CATV、衛星、CCTV には 75 オーム、RF、ワイヤレス、およびテスト作業には 50 オームを使用して、アプリケーションに番号を一致させ、ケーブル、コネクタ、アダプタ、および機器のポートがすべて一致していることを確認します。信号の問題が 2 回説明しても解決しない場合は、別のカメラを交換する前に時間領域反射率計で測定してください。