50 オームの同軸ケーブルは、50 オームの特性インピーダンスを持つ伝送線であり、低信号損失と適切な電力処理能力のバランスが取れているため、ほとんどの RF システムでデフォルトの選択となっています。 「50 オーム」定格は、マルチメーターで測定できる DC 抵抗を指すものではありません。これは、電圧と電流が無線周波数でケーブルに沿ってどのように伝わるかを説明します。この記事では、50 オームのインピーダンスの実際の意味、業界でそれが採用された理由、他のインピーダンスとの比較、購入前に確認すべき点について説明します。完全な段階的な選択方法が必要な場合は、「 RF同軸コネクタガイド .
同軸ケーブルにおける 50 オームとは何を意味しますか?
ケーブルの特性インピーダンスは、ケーブルに沿って伝わる波の電圧と電流の比であり、ケーブルの形状と誘電体材料によって決まります。同軸ケーブルの場合、インピーダンスはおよそ Z0 = (138 / sqrt(εr)) × log10(D/d) です。ここで、D は外側シールドの内径、d は内側導体の外径、εr は誘電体の比誘電率です。
このインピーダンスはケーブルの長さには依存しません。同じ 50 オーム ケーブルの長さ 10 m と 100 m は、ネットワーク アナライザで測定すると、どちらもほぼ同じ特性インピーダンスを示します。 DC 抵抗計は低い直列抵抗のみを読み取ります。多くの場合、短い部品では 0 オーム近く、長時間の場合は数オームに近くなります。そのため、50 オームの定格を確認するために使用することはできません。
- 特性インピーダンスは長さではなく構造によって設定されます。
- インピーダンス値は、信号波長がケーブル長と同等かそれより短い周波数でのみ意味を持ちます。
- 不一致により反射が発生し、挿入損失と信号の歪みが増加します。
50 オームが RF 標準になった理由
50 オーム標準は、空気誘電体ケーブルの低減衰と高電力処理の間の実用的な最良の妥協策であるために登場しました。空気誘電体を含む同軸線の場合、最大電力処理ピークは 30 オーム付近で、最小減衰は 77 オーム付近です。これら 2 つの値の幾何平均は約 48 オームで、これは自然に丸められて現在使用されている 50 オームになります。
固体ポリエチレンやその他の低損失誘電体が標準になると、最適値はわずかに変化しましたが、50 オームは依然として十分近い値であり、すでに電気通信および試験装置のエンジニアによって広く使用されていました。レーダー、無線トランシーバー、実験器具、そしてその後の携帯機器や無線機器はすべて 50 オームで標準化されました。
50オーム対75オーム対その他のインピーダンス
汎用 RF 作業の場合は、50 オームのケーブルを選択します。 75 オーム ケーブルは、電力処理がそれほど重要ではない放送ビデオやテレビなどの低損失受信アプリケーションにのみ選択してください。表では主な違いを比較しています。
| インピーダンス | 一般的な使用方法 | 信号損失 | パワーハンドリング | コネクタの種類 |
|---|---|---|---|---|
| 50オーム | 無線、試験装置、無線、アンテナフィーダ、IoT | 低い | 中程度から高程度 | BNC、N、SMA、TNC、UHF |
| 75オーム | ブロードキャストビデオ、CCTV、ケーブルテレビ、電話 | 低いer than 50 ohm for the same outer size | 低いer | BNC、F、RCA |
| 93オーム | レガシーデータ伝送、初期の LAN | 特定の低速データでは非常に低い | 非常に低い | BNC（レア） |
50 オームのシステムで 75 オームのケーブルを使用すると、信号の一部を反射する不整合が生じます。低周波数や短い長さでは影響は無視できるかもしれませんが、数百メガヘルツを超える場合や長いケーブル配線の場合は、追加のリップルと損失により通常は許容できなくなります。
50 オーム同軸ケーブルの選び方
まず、動作周波数での最大許容損失を設定し、次に電力処理、機械的柔軟性、シールド、およびインピーダンス許容差を検証します。最もよくある間違いは、対象となる実際の周波数での減衰を確認せずに、最も安価な RG-58 の類似品を購入することです。
- 送信する最高周波数を決定します。損失は周波数とともに増加するため、100 MHz で動作するケーブルは 6 GHz では使用できない場合があります。
- 1 メートルあたりのケーブルの減衰から総損失を計算します。多くの場合、1 GHz で 100 m あたりの dB で指定されます。ランレングスを乗算し、コネクタ損失を追加します。
- 外部導体の構造を確認してください。三つ編みは柔軟性がありますが、漏れます。フォイルと編組によりシールドが向上します。半硬質銅と波形銅は、固定設置に最小限の損失と最高のシールドを提供します。
- インピーダンス許容差を確認してください。良好な 50 オームのフレキシブル ケーブルは通常、特性インピーダンスを ±2 オーム以内に保ちます。品質の悪いケーブルを使用すると、ドリフトが大きくなり、VSWR が高くなる可能性があります。
- コネクタ ファミリと嵌合インターフェイスを確認します。 50 オーム SMA コネクタは機械的または電気的に 50 オーム N コネクタと同じではないため、どちらも 75 オーム BNC ポートに強制的に接続すべきではありません。
一般的な汎用 50 オーム ケーブル ファミリには、短いフレキシブル パッチ リード用の RG-58/U、高出力基地局運用用の RG-213/U、および長いフィーダ用の低損失発泡誘電体ケーブルが含まれます。実際の性能は構造の品質に依存するため、注文する前に必ずデータシートの減衰曲線を比較してください。
50 オーム ケーブルに適合するコネクタ
すべての 50 Ω ケーブルには、ケーブルの直径とターゲット ポートに一致する 50 Ω コネクタが必要です。コネクタのインピーダンスが一致しないと反射が発生し、インターフェイスが損傷する可能性があります。たとえば、75 オームの BNC コネクタは 50 オームの BNC コネクタと嵌合できますが、接合部のインピーダンス ステップにより VSWR が増加し、センター ピンの寸法互換性が必ずしも一致するとは限りません。 N タイプおよび SMA コネクタは 50 オーム システムでの安定性がはるかに高く、TNC は BNC のねじ付き耐候性バージョンを提供します。
SMAコネクタ
SMA は、最大 18 GHz の周波数および無線機、アンテナ、テスト フィクスチャなどのコンパクト モジュールの最初の選択肢です。フレキシブル、セミリジッド、マイクロストリップなど、ケーブルのタイプに一致する SMA コネクタを選択してください。
ブロードバンドアプリケーション用のSMA RF同軸コネクタ セミリジッド ケーブルで DC ～ 18 GHz をサポートする、インピーダンス 50 オームの SMA コネクタをご覧ください。前文で述べた小型モジュールや高周波回路に適しています。 製品を見る→ Nコネクタ
N コネクタは、DC から 11 GHz 以上まで優れた再現性を備えた頑丈な 50 オーム コネクタです。これらは、基地局フィルター、RF アンプ、屋外アンテナ フィーダーで一般的です。
N ねじ結合付き RF 同軸コネクタ これらの頑丈な 50 オーム コネクタは、セミリジッド ケーブル上で最大 11 GHz で動作します。周囲の説明で述べたように、基地局フィルターや屋外フィーダーに最適です。 製品を見る→ BNCコネクタ
BNC コネクタは素早い接続に便利ですが、特定の BNC の定格が 50 オームで、使用する周波数範囲に対応していることを確認してください。同じシェルが 75 オームのビデオ回路にも使用されているため、嵌合する前にデータシートを確認してください。
バヨネットカップリング付き BNC RF 同軸コネクタ 素早い接続と切断が必要な場合は、これらの 50 または 75 オーム BNC コネクタを確認してください。コンテキストでは、嵌合前に周波数とインピーダンス定格を確認するよう警告しているため、このページは役に立ちます。 製品を見る→ ケーブルを組み立てるときは、コネクタがフレキシブル編組ケーブルやセミリジッド ケーブルなど、使用しているケーブル ファミリに合わせて指定されていることを確認してください。 2 つのポート インターフェイスが異なる場合は、低損失の 50 オームを使用してください。 RFアダプター 長いケーブルで適応するのではなく。
代表的なアプリケーションとインストールのチェック
50 オームの同軸ケーブルは、ワイヤレス インフラストラクチャ、テストと測定、航空電子工学、IoT デバイス、およびトランシーバーがアンテナを駆動するあらゆるシステムで使用されています。これらのアプリケーションでは、ケーブル インピーダンスは、PCB 上のコネクタからアンテナ給電点までの整合チェーンの一部です。
- ベンチ テスト リードとスペクトラム アナライザの接続には、短い 50 オームのパッチ ケーブルが使用されます。
- 基地局アンテナ フィーダは、N 型コネクタ付きの低損失 50 オーム ケーブルを使用します。
- ソフトウェア無線は、多くの場合、RF を 50 オームの SMA メス ポートにルーティングします。
- GPS 受信機、テレマティクス、および無線モジュールは、同じ 50 オームのインピーダンス規則を共有します。
屋外に設置する場合は、ケーブルに耐候性ジャケットが付いているかどうかを確認し、入口点の近くにサージプロテクターまたは雷保護コンポーネントを追加してください。 50 オーム動作用に設計されたプロテクターは、サージ パスを通じてシステムの特性インピーダンスを維持します。
よくある質問
これらは、エンジニアが 50 オーム ケーブルを選択する前によく尋ねる質問です。
50 Ω システムで 75 Ω ケーブルを使用できますか?
はい、ただし短期間の一時的なテストのみであり、高出力または高周波数では使用できません。インピーダンスの不整合により、約 (75-50)/(75 50)、つまり 0.2 の反射係数が生じます。これは、信号電力の約 4% が反射されることを意味します。リターンロスはわずか約 14 dB で、ベンチワークでは許容できるかもしれませんが、送信機では許容できることはほとんどありません。
50 オームのケーブルはマルチメーターで 50 オームを測定しますか?
いいえ。マルチメータは DC を印加し、中心導体とシールドの直列抵抗を測定します。通常、短いケーブルの場合、この抵抗は 10 オーム未満です。特性インピーダンスは AC 波の特性であり、ネットワーク アナライザなどの RF でのインピーダンス解析でのみ正しく測定できます。
50 オームと 75 オームの BNC コネクタの違いは何ですか?
基本的なシェルは同じですが、75 オーム BNC コネクタは中心導体のプロファイルが異なるため、インターフェイスを劣化させることなく 50 オーム タイプと互換性はありません。 50 オームのプラグは 75 オームのジャックと物理的に嵌合しますが、インピーダンスの変化と接触力の低下により、接続を繰り返すと VSWR が増加し、ジャックが損傷する可能性があります。
50 オームのアンテナ フィーダーにはどのケーブルを購入すればよいですか?
損失予算を超える、最も細いケーブルを選択してください。室内での短時間のランニングにはRG-58タイプが便利です。屋外での長時間の使用や 1 GHz を超える周波数の場合は、クローズドセル ジャケットと N 型コネクタを備えた低損失 50 オーム ケーブルを選択し、実際の周波数での減衰を確認してください。
