同軸ケーブル

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同軸ケーブル(どうじくケーブル、Coaxial cable)とは、不平衡な電気信号を伝送するための被覆電線の一種であり、1880年に伝送線路の表皮効果に関する研究を行っていたイギリスの物理学者であるオリヴァー・ヘヴィサイドによって発明された。 テレビ受像機無線機アンテナとをつなぐ給電線用、計測機器の信号や音声信号映像信号の伝送用、旧規格のLAN(MAP、10BASE210BASE5)など構内回線網の接続用、高周波信号の伝送を中心とした機器内部の配線用などと幅広く用いられている。

外部への電磁波の漏れが少ないこと、ある程度の柔軟性があることなどが特徴である。直流からミリ波まで幅広い周波数範囲の伝送ができる。

また直流を伝送可能なこと、電磁波の漏れが少ないことを利用して、ベースバンドパルスの伝送を行うこともできる。

同軸ケーブルのコネクタには、使用する周波数帯やインピーダンス特性により、BNC型・N型・M型・F型などいくつかのタイプがある(コネクタ#同軸コネクタを参照)。オーディオ機器など低周波用にはRCAプラグ・ジャックも用いられる。

構造[編集]

同軸ケーブル RG-213 (50±2Ω。一般用)
1 : 内部導体(銅線)
2 : 誘導体(ポリエチレン)
3 : 外部導体(網組み銅線)
4 : 保護被覆(ビニル)
同軸ケーブルの構造
同軸ケーブルの構造。Dは外部導体の内径、dは内部導体の直径、\epsilonは絶縁体の比誘電率。これらの値から特性インピーダンスを計算できる。

円形をした内部導体(写真の1)を絶縁体(同2)、その周囲を外部導体(同3)、そして最後にシース(保護被覆、同4)で覆っている。ケーブルを切断した断面が、軸を同じくした円筒を入れ子にしたような形状に見えることから「同軸ケーブル」という名称がついた。誘導体にはポリエチレンを用いたものが最も一般的である。外部導体は、編組線へんそせんと呼ばれる細い銅線を編んだものが多い。精密測定や極超短波以上の周波数で減衰を少なくしたい場合には、外部導体に金属箔を用いたケーブルを使用する場合もある。

外部導体は基本的に0ボルト電位の基準(グラウンド、GNDと表記される)となり一般的には上記に挙げられているコネクタの外部金属部分を通して、接続される回路ないし筐体アースに接続される仕組みとなっている。

特性インピーダンス[編集]

外部導体の内径をD[mm]、内部導体の直径をd[mm]、絶縁体の比誘電率\epsilonとすると、同軸ケーブルの特性インピーダンスZ_0[Ω]は次式で求められる。

  • Z_0 \approx \frac{138}{\sqrt{\epsilon}}\log_{10}{\frac{D}{d}}

特性インピーダンスは、50Ω(主に無線機等の電力の伝送用)と75Ω(主にテレビ受像機等の信号伝送用)が一般的である。

同軸ケーブルの絶縁体には当初空気が用いられた。この場合、最適な(損失が少ない)導体径比(外部導体内径/内部導体外径)にすると特性インピーダンスが約75Ωとなる。近年では絶縁体にポリエチレンが主に用いられるが、この場合に導体径比を最適にすると約50Ωとなる。このことから、一般的なインピーダンスが75Ωおよび50Ωが主流となったと言われている(諸説あり、実際のところは不明である)。

特殊な構造の同軸ケーブル[編集]

漏洩同軸ケーブル[編集]

漏洩ろうえい同軸ケーブル (LCX (Leaky Coaxial cable)) は、外部導体に使用周波数帯に応じた形状の穴を開けたもので、電気信号を伝送するとともに、送受信アンテナとしても働く[1][2][3]

通常のアンテナの利用では電波が伝わりにくいような鉄道線路・トンネル・地下街等に沿って敷設し、列車無線などの業務無線FM放送携帯電話無線LANなどを利用できるようにするために用いられる[1][2][3]

セミリジッドケーブル[編集]

UHF帯やSHF帯を利用する機器内の接続には、外部導体を小径のパイプとし、絶縁体をフッ素樹脂とした「セミリジッドケーブル」と呼ばれる同軸線が使われる場合がある。自由に曲げることはできないが、遮蔽特性、インピーダンス特性、挿入損失、耐振動安定性が優れている。

同軸管[編集]

高電力の通信用・放送送信機の出力用には、外部導体を銅パイプやアルミパイプとし、絶縁体を空気とした同軸管(直径数十~150mm)を使用する。

日本で一般的な同軸ケーブルの型番付与規則[編集]

5C-2Vの例

5 C - 2 V
外部導体の
概略内径
(mm)
特性インピーダンスが
C : 75Ω
D : 50Ω
- 絶縁体が
2 : ポリエチレン
F : 発泡ポリエチレン
外部導体が
B : アルミ箔付きプラスチックテープと導体編組
V : 一重導体編組
W : 二重導体編組

代表的な同軸ケーブル[編集]

  • インピーダンス50Ω (D)
    • 3D-2V、5D-2V、8D-2V : 無線機のアンテナ給電線に使われる。(JIS C 3501準拠)
    • 5D-FB、8D-FB、10D-FB : 無線機のアンテナ給電線に使われる。アマチュア無線で使われることが多い。絶縁体に発泡ポリエチレンを用い外部導体はアルミ箔と編組線を重ねたものが使われており、低損失である。
  • インピーダンス75Ω (C)
    • 3C-2V、5C-2V : テレビ受像機のアンテナ給電線に使われる。(JIS C 3501準拠)
    • 3C-FV、5C-FV : テレビ受像機のアンテナ給電線及び、テレビ局やプロダクションのベースバンドに使われる最もオーソドックスなケーブル(主にBB、VBS、S-Bus信号に使用する)。
    • 3C-FB、S-4C-FB、5C-FB、S5C-HFB : テレビ受像機のアンテナ給電線に使われる。低損失タイプ。絶縁体に発泡ポリエチレンを用い、外部導体はアルミ箔と編組線を重ねたものが使われている。発泡ポリエチレンは軟らかいためタイラップ等で締めてしまうと変形しやすく、その場合、インピーダンスが変化し損失が多くなる。また外部導体に損傷を受けやすい欠点もあり、頻繁に屈曲や引っ張ったりする仮設移動用の結線には適していない(主にHDSDI、D1SDI、AES/EBU、RF信号に使われる)。S5C-HFBの「H」は高発泡ポリエチレンという意味である。

その他の同軸ケーブル[編集]

  • 3C-2VS、5C-2VS、1.5C-2VS : 2Vケーブルとほぼ同じものだが芯線が単線ではなく多数の銅線のスクエア構造になっている。柔軟性が高く、屈曲の多い箇所の使用に使われる。移動仮設用(テレビ中継、イベント映像など)のケーブルとして優れている。
  • 2.8C-HD、3C-HD、4C-HD、5CHD、6C-HD、7C-HD、8C-HD : 3G/HD-SDI伝送用ケーブル。7CではFBケーブルの1.3倍の伝送距離になる。絶縁体が3層構造となっている。価格はかなり高価である。
  • 3C-FWS、4C-FWS、5C-FWS : FBケーブルでは仮設で使用する場合、外部のアルペットテープにダメージが発生し、減衰特性の劣化が発生する。それを改善したタイプケーブル。編組シールドが二重化してあるため、ケーブルストリッパーは使用不可。また、中心導体は可動用途に適した撚線導体を使うのが一般的。

メーカー[編集]

以下は、同軸ケーブルの主要な製造および販売会社である。記載されている販売会社の一部は他社からのOEM供給を受けている。

脚注[編集]

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  1. ^ a b 移動体通信・防災無線システム用漏洩同軸ケーブル”. 昭和電線. 2014年1月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年1月30日閲覧。
  2. ^ a b 地下街・地下鉄・ビル地下防災無線システム”. 三菱電線工業 (2004年11月23日). 2013年3月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年1月30日閲覧。
  3. ^ a b 松下尚弘; 杉山智則; 柳沼 順 (2003年11月18日). “漏洩同軸ケーブル方式無線 LAN”. 東芝. 2014年1月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年1月30日閲覧。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]