50 オーム同軸ケーブルの外径は、その電力処理および減衰特性にどのように関係しますか?

直接的な答えは次のとおりです。 より大きな外径 50オーム同軸ケーブル より低い減衰とより高い電力処理を意味します 。この関係は偶然ではなく、導体の表面積、誘電体の体積、熱放散の物理学によって決まります。より大きなケーブルには、より大きな中心導体、より多くのシールド材料、および RF 電流を流すためのより大きな断面積があり、これらすべてにより抵抗損失が低減され、過熱や故障を起こすことなく高出力信号を処理するケーブルの能力が向上します。

外径が減衰を制御する理由

50 オーム同軸ケーブルの減衰は、次の 2 つの主な原因によって発生します。 導体（オーミック）損失 そして 誘電損失 。どちらもケーブルの外径に直接影響されます。

導体の損失と表皮効果

RF 周波数では、電流は導体の断面全体を通って流れるのではなく、表面近くに集中します。これは表皮効果として知られる現象です。銅における 1GHz での表皮深さは約 2.1マイクロメートル 。これは、導体の薄い環状領域のみが信号を伝送することを意味します。外径が大きいということは、中心導体が物理的に大きくなり、外側シールドの内側表面積が大きくなることを意味し、どちらも単位長さあたりの実効抵抗が減少します。抵抗が低いと、導体損失が低くなり、減衰が低くなります。

誘電損失とケーブル体積

中心導体と外側シールドの間の誘電体も RF エネルギーの一部を吸収します。発泡ポリエチレン誘電体を使用した大径の 50 オーム同軸ケーブルは、固体 PE 誘電体を使用した小径ケーブルよりも単位長さあたりの損失正接が低くなります。これは、電界強度がより大きな体積にわたって分散されるためです。発泡誘電体を使用したケーブル (LMR-400 など) は、 伝播速度は約 85% 、ソリッド PE ケーブルと比較して誘電損失を約 66% 低減します。

減衰対外径: 実際のケーブルデータ

次の表は、一般的に使用される 50 オーム同軸ケーブルの外径と主要な周波数で測定された減衰を比較しています。すべての数値は概算であり、一般的なメーカーの仕様に基づいています。

その傾向は間違いありません。 RG-58 (外径 4.95 mm) から LMR-1200 (外径 32 mm) に移行すると、1 GHz での減衰が減少します。 ~16.9 dB/100フィート ～ ~1.2 dB/100フィート — 90% 以上の削減。 2.4 GHz (Wi-Fi または WLAN) で 100 フィートのケーブルを配線する場合、RG-58 の代わりに LMR-400 を使用すると、 22dBの信号 、これが、動作しているリンクと完全に障害が発生したリンクの違いです。

外径がパワーハンドリングを決定する仕組み

50 オームの同軸ケーブルでの電力処理は、次の 2 つの個別の障害メカニズムによって制限されます。 熱破壊 （連続電力）および 電圧破壊 (ピーク電力)。外径は両方に影響します。

熱 (平均) 電力制限

RF 電力が 50 オームの同軸ケーブルを通過すると、その一部は導体損失と誘電損失により熱として放散されます。ケーブルの温度は、周囲環境への熱放散が電力損失と等しくなるまで上昇します。ケーブルが大きいほど、熱を放射する表面積が大きくなり、単位長さあたりの損失が少なくなるため、臨界温度に達する前により多くの電力を伝送できます。ほとんどのケーブル メーカーは、最高温度を次のように指定しています。 85℃～105℃ 中心導体または誘電体用。

たとえば、25°C の周囲環境における 1 GHz の場合、連続電力定格はおよそ次のとおりです。

• RG-58（外径4.95mm）： ～100W
• LMR-400 (外径 10.29 mm): ～1,100W
• LMR-600 (外径 15.24 mm): ～2,700W
• LMR-1200 (外径 32 mm): ～9,500W

これは次のことを示しています 外径を 2 倍にすると、平均パワーハンドリングが 3 ～ 5 倍増加します。 、特定のケーブル構造と誘電体材料によって異なります。

電圧 (ピーク) 電力制限

ピーク電力は、中心導体と外側シールド間の電界強度によって制限されます。電界が絶縁材料の絶縁耐力を超えると、アーク放電が発生し、ケーブルが永久的な損傷を受けます。直径が大きい 50 オームの同軸ケーブルでは、導体間の物理的距離が大きくなり、特定の電圧に対する電界強度が減少します。 PTFE 誘電体はセミリジッドおよび高性能ケーブルに使用され、絶縁耐力は約 60kV/mm 、周りと比べて 20kV/mm 標準PE用。このため、PTFE または空気誘電体を使用した大径ケーブルが、超過のピーク電力を必要とするレーダーや放送送信機システムで使用されます。 100kW .

周波数に応じて処理電力が低下します — 直径がそれを補うのに役立ちます

耐電力定格は常に周波数に依存することを理解することが重要です。周波数が増加すると、減衰が増加します。つまり、単位長さあたりにより多くの電力が熱に変換され、より低い入力電力で熱限界に達します。以下の表は、周波数が上昇するにつれて LMR-400 の平均電力処理がどのように減少するかを示しています。

5.8 GHz では、LMR-400 はのみを処理します ～450W — 150 MHz 定格の 10% 未満。 LMR-1200 にアップグレードすると、電力ヘッドルームが復元されます。 ～3,700W これは、より大きな外径を選択することが、より高い周波数での電力処理を維持するための主要なエンジニアリング手段であることを示しています。

より大きな直径のケーブルを選択する場合の実際的なトレードオフ

直径が大きい 50 オーム同軸ケーブルには欠点がないわけではありません。エンジニアは次のトレードオフを考慮する必要があります。

• 重量と剛性: LMR-1200 の重量は約 1.34 kg/m、最小曲げ半径は 254 mm (10 インチ) であるため、専用のサポート ハードウェアがなければ、混雑したケーブル トレイに配線したり、アンテナ マストを立てたりするのは困難です。
• コネクタのコストとサイズ: ケーブルが太くなると、より大きく高価なコネクタ (LMR-600/1200 の場合は 7/16 DIN または Type-N) が必要になるため、システムコストが増加し、コンパクトな機器パネルに適合しない可能性があります。
• メートルあたりのコスト: LMR-1200 は LMR-400 に比べて 1 メートルあたりのコストが約 5 ～ 8 倍高く、特殊な切断工具や終端工具が必要になる場合があります。
• 周波数上限: 非常に大きな同軸ケーブルは、カットオフ周波数までの低次モードのみをサポートします。 LMR-1200 は上記以上には推奨されません 2GHz 高次モード伝播リスクによる高精度アプリケーション向け。

ケーブルの外径をシステム要件に合わせるには、次のガイドラインを使用してください。

• 5 メートル未満の短距離、低電力 (<50 W)、最大 6 GHz: RG-58 または LMR-195 (外径約 5 mm) が適切であり、最大限の柔軟性を提供します。
• 10 ～ 30 メートルの走行、中程度の電力 (50 ～ 500 W)、最大 6 GHz: LMR-400 (外径 10.3 mm) は、セルラー基地局、Wi-Fi、双方向無線システム用の業界標準の選択肢です。
• 30 メートル以上の走行、高出力 (500 ～ 3,000 W)、最大 3 GHz: LMR-600 または同等品 (外径 15 mm) は、放送および商用 RF 設備におけるフィードライン損失を最小限に抑えます。
• 高出力送信機、AM/FM 放送、2 GHz 未満のレーダー (>3,000 W): 許容可能な効率と熱的安全性を確保するには、LMR-1200 または硬質硬線同軸ケーブル (外径 32 mm) が必要です。

経験則として、 最初に最大許容減衰を計算し、次に損失バジェットと電力定格の両方を満たす最小の外径を選択します。 — これにより、オーバーエンジニアリングを回避しながら、信頼性の高い長期的な動作を保証します。