50 オームのシステムで 75 オームの同軸ケーブルを使用すると、どのくらいの信号損失が発生すると予想されますか?

そもそもなぜインピーダンスの不整合が起こるのか

すべての同軸ケーブルは、内部導体の直径とシールドの内径の比、およびその間の誘電体材料によって決まる特定の特性インピーダンスを示すように設計されています。これは同軸ケーブル仕様の基本要素の 1 つであり、別のコネクタやアダプタを使用するだけで変更できるものではありません。定格 75 オームのケーブルと定格 50 オームのケーブルは、外側ではほぼ同じに見えますが、目標のインピーダンス値に達するように内部の形状が意図的に異なっています。

数字の背後にある物理学

50 オームのシステムを通過する信号が突然 75 オームのセクションに遭遇すると、エネルギーの一部は前方に進むのではなく、ソースに向かって反射して戻ります。この反射エネルギーによって定在波が発生し、VSWR が上昇し、上で説明した小さな不整合損失が発生します。不一致によって信号が「ブロック」されるのではなく、信号の一部が効率的に負荷に伝達されずに跳ね返されるだけです。

75 ～ 50 オームの接合部の反射係数は約 0.2 になります。これは、RF エンジニアリング標準による中程度の不一致であり、顕著ではありますが、壊滅的なものではありません。

数値の内訳: VSWR、リターンロス、ミスマッチロス

これら 3 つの指標はすべて、同じ根底にある現象をさまざまな角度から説明しており、これらを理解することで、「損失額はいくらか」という質問を適切な文脈に置くのに役立ちます。

1.5:1 の VSWR は、ほとんどのアンプやトランシーバーが自動電源フォールドバックなしで許容できる範囲内に十分入っています。比較のために、多くのメーカーは 2:1 未満のものは継続動作に許容できると考えているため、単一の不一致コネクタによってハードウェアが危険にさらされることはほとんどありません。

ケーブルの減衰により 2 番目の損失層が追加される

上で説明したミスマッチ損失は全体像の一部にすぎません。ケーブル自体には固有の減衰があり、インピーダンスの不整合とは別に、ケーブルの構造と関連する同軸ケーブルのサイズに大きく依存します。低損失の誘電体材料を使用した太いケーブルは、定格が 50 オームか 75 オームかに関係なく、細くて安価なケーブルよりも 1 フィートあたりの信号の減衰が少なくなります。

75オーム同軸

頻度が大きな違いを生む

減衰はスペクトル全体で一定ではなく、周波数とともに増加します。これが、HF 周波数で適切に動作する同じケーブルでも、VHF または UHF では大幅に大きな損失を示す可能性がある理由です。不整合損失と組み合わせると、周波数が高くなるほど全体的な信号劣化がより顕著になります。

ケーブル TV 同軸ケーブルと 50 オームの給電線の比較

一般的な現実世界のシナリオでは、余ったケーブル テレビ同軸ケーブル (通常は 75 オームで、多くの場合家庭設備で見覚えのある一般的な名称がラベルに付けられています) を、アマチュア無線アンテナやスキャナーのフィードラインなどの 50 オームの用途に再利用することが含まれます。これは技術的には可能であり、ほとんどの受信機に損傷を与えることはありませんが、適切に定格された 50 オームのケーブルと同等の性能は得られません。

良いニュースは、ケーブル TV 同軸ケーブルは、長距離にわたって高周波テレビ信号を確実に伝送する必要があるため、多くの場合、優れたシールドと 1 フィート当たりの減衰が低い、厳しい同軸ケーブル規格に基づいて製造されていることです。場合によっては、その生の減衰性能は、実際に安価な 50 オームの代替品に匹敵するか、それを上回る可能性があります。トレードオフは純粋にインピーダンスの不一致であり、必ずしも全体的なケーブル品質ではありません。

ケーブル寸法が全体像に与える影響

同軸ケーブルの寸法は、実際の信号損失において、ほとんどのユーザーが予想するよりも大きな役割を果たします。一般に、中心導体が大きくなりケーブル全体の直径が大きくなると、抵抗損失が減少します。そのため、インピーダンス定格に関係なく、同じ周波数では太いケーブルが細いケーブルよりも優れた性能を発揮する傾向があります。

1. 細くて柔軟なパッチ ケーブル - 便利ですが、1 フィートあたりの損失が大きいため、ミスマッチの影響が総損失の一部になります
2. 中型の汎用ケーブル - 損失と柔軟性のバランスが取れており、家庭や趣味での設置に最も一般的です
3. より大型の低損失ケーブル - 距離に応じた減衰が最小限に抑えられるため、総損失バジェットに比例してインピーダンスの不整合が大きくなります。

これは、高品質の低損失ケーブルでは、ベースライン減衰がすでに非常に低いため、0.18 dB の不一致ペナルティが総システム損失の大きな割合を占める可能性があることを意味します。

実際に損失が問題となる場合

ショートジャンパとパッチケーブル

受信機をアンテナに接続する数フィートの短いジャンパの場合、通常の使用では 0.18 dB の不整合損失は本質的に知覚できません。ほとんどのユーザーは、信号強度や音質の実質的な違いに気づきません。

長時間の送信実行

長期にわたって (たとえば、送信アンテナに 100 フィート以上給電する場合)、ミスマッチ損失とケーブル減衰の増加の複合効果は、回避する価値のあるデシベルの何分の一にもなる可能性があります。すでに電力または予算の制限に近いところで運用している場合は特にそうです。

ハイパワー送信機

より高い電力レベルでは、不整合からの反射エネルギーが送信機の最終増幅段に向かって戻っていきます。 1.5:1 の VSWR は一般に安全ですが、強力な SWR 保護回路を備えた一部のソリッドステート アンプでは、予防措置として出力電力がわずかに低下する場合があり、これがハードウェア障害と誤って読み取られる可能性があります。

ミスマッチ損失の削減または排除

アプリケーションが 0.18 dB でも問題になるほど敏感である場合、それに対処する実用的な方法があります。

• 使用する周波数範囲に合わせて定格されたインピーダンス整合トランスを使用すると、リターンロスを大幅に下げることができます。
• 配線が長い場合、またはアプリケーションが送信負荷が高い場合は、不一致のセクションを適切な定格のケーブルと交換します。
• 反射自体はケーブルの長さに影響するものではなく、1 回限りの固定ペナルティであるため、不一致セクションはできるだけ短くしてください。
• コネクタの品質とケーブルの状態も実際の結果に影響を与えるため、計算された推定値のみに依存するのではなく、VSWR メーターまたはアンテナ アナライザーを使用して実際のパフォーマンスを検証してください。