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RF性能：信号完全性、インピーダンス、周波数対応

減衰、リターンロス、VSWR—RF同軸ケーブルの信号完全性のための主要指標

RF同軸ケーブルにおいて信号の整合性を良好に保つには、実際上、エンジニアが注目する主な要因が3つあります。すなわち減衰、リターンロス、およびVSWR（電圧定在波比）です。まず減衰について見ていきましょう。これは信号がケーブル沿いに伝送される際にどれだけの信号強度が失われるかを示すものです。例えば1メートルあたり0.5dBという値は紙の上ではさほど悪くないように思えるかもしれませんが、長距離での設置では実際に大きな差を生むため、この点は非常に重要です。次に、デシベルで測定されるリターンロスがあります。この数値は、信号のうちどれだけがシステム内を正常に通過せず、逆方向に反射して戻ってしまうかを示しています。多くの専門家は15dBを超える値であれば十分に良いと考えており、これはほとんどの信号が反射されることなく通過できていることを意味します。受信機器の精密な動作を損なわないようにするには、電圧定在波比（VSWR）を約1.5対1以下に維持する必要があります。業界の統計データによると、インピーダンスが5％以上ずれ始めると、出力電力の約30％を失う可能性があるとされています。このような数字が、近年メーカー各社がケーブル設計の最適化に多くの時間を費やす理由を説明しています。

50オーム対75オームのインピーダンス：反射を最小限に抑えるためのシステム要件との整合

信号の破壊的な反射を防ぐためには、インピーダンスマッチングが不可欠です。

• 50-ohm cables 最適な電力処理能力と低VSWRが極めて重要となる、携帯電話ネットワークやレーダーなどの無線通信システムでは標準的です。
• 75オームのケーブル 高周波信号の忠実度を維持できるよう、より低い静電容量を持つことから、放送およびビデオ用途で好まれます。
  75オームのケーブルを50オームの機器に接続するなど、インピーダンスの不一致となる機器を接続すると、入射電力の最大36%が反射され、信号を歪ませる定在波が発生する可能性があります。したがって、信頼性の高いシステム性能を確保するには、エンドツーエンドでのインピーダンスの一貫性を保つことが絶対条件です。

周波数範囲の能力と、それが減衰および位相安定性に与える直接的な影響

動作周波数は、ケーブルの性能および選定に直接影響します。

EMI保護：シールド構造とその有効性

編組、箔、ハイブリッドシールド — カバレッジ、柔軟性、RF同軸ケーブルのEMI遮蔽性能におけるトレードオフ

電磁干渉から保護するためには、シールドの設計方法が非常に重要です。編組シールド（ブレイデッドシールド）は銅線を編み込んで構成されており、70～95％のカバレッジを提供し、機械的強度に優れています。これは振動の多い環境では良好に機能しますが、極めて高周波の範囲では性能が落ちます。一方、フオイルシールドはアルミニウムまたは銅の薄い層を使用するため、ほぼ100％のカバレッジを実現します。GHz帯域の用途には最適ですが、繰り返し曲げられると破損しやすくなります。そのため、多くのエンジニアは両方の手法を組み合わせたハイブリッド方式を採用しています。これにより、90dB以上の減衰性能でノイズを効果的に遮断しつつ、十分な柔軟性を保って破損しにくくなっています。このバランスの良さから、航空宇宙機器や医療機器など、不要な電気的ノイズを許容できないような高感度分野では、ハイブリッドシールドが標準的な選択肢となっています。

遮蔽性能（SE）評価および多層構造がノイズ耐性を向上させる仕組み

ケーブルの遮蔽性能（SE）はデシベル（dB）で測定され、基本的に電磁妨害をどの程度効果的に遮断できるかを示します。一般的な商用ケーブルの多くは約40 dBを出発点としていますが、軍用グレードの製品になると、その数値は125 dBを超えるまで大幅に向上します。メーカーがフォイルと編組を組み合わせるような多層構造を採用することで、干渉に対する2つの防御ラインが形成されます。フォイル部分は厄介な高周波信号を反射するのに非常に有効であり、一方で編組部分は低周波数の信号をより効果的に処理できます。これらを組み合わせることで、単層のシールドに比べて電磁漏れをかなり大幅に、おそらく85％ほど低減できます。360度全周にわたって適切に端末処理を行い、また接地を区間ごとに確実に行うことが、この性能をさらに高める上で非常に重要です。このような取り組みは、最新の5G基地局や航空機システムなど、電磁的活動が非常に多い環境で扱う場合に極めて重要となり、信号の明瞭さが成功と失敗を分けることになります。

一貫したRF同軸ケーブル性能のための材料および構造の品質

誘電体材料（フォームPE、PTFE）および中心導体の純度――伝播速度および損失におけるその役割

ケーブルの性能において、中心導体とシールドの間に何があるかが大きな違いを生みます。発泡ポリエチレンやPTFE素材は、誘電率が1.3から2.1と非常に低いため、通常の固体誘電体と比較して信号損失を約40％削減できます。その結果、信号はこれらの素材中をより高速に伝播し、6GHzを超える周波数でも安定した伝送が可能です。中心導体自体については、最近では無酸素銅（OFC）が人気の選択肢となっています。IACS基準での導電率は100％以上を実現しており、アルミニウム導体と比べて抵抗が約25％低減されます。また、OFCは非常に高純度であるため、温度変化に伴う表皮効果による歪みが少なく、動作中の加熱・冷却のいずれの状況でも信号品質が維持されます。これにより、装置がどのような環境条件でも安定した性能を発揮できます。

環境適合性と機械的耐久性のためのジャケット化合物（LSZH、TPE、フッ素ポリマー）

ケーブルジャケットは、環境による損傷や物理的な摩耗から保護する第一線の防御として機能します。LSZHと表記された材料は、火災時に有害な煙の発生を抑えるように特別に配合されており、垂直トレイ設置における重要なUL 1685試験にも合格しています。このため、人が集まる場所や密接に作業を行う場所に特に適しています。TPE材料は、マイナス55度程度の極めて低温な環境でも顕著な柔軟性を維持する点で優れています。また、ケーブルが実使用条件下で頻繁に受ける曲げや摩擦にも強く耐えます。過酷な環境では、FEPなどのフッ素系ポリマー被覆が、日光による劣化、最大150度 Celsiusまでの熱、工業環境に存在する腐食性物質から卓越した保護を提供します。最も重要なのは、こうした現代のジャケット材は屋外で10年以上にわたりその完全性を保ち、通常の膨張・収縮サイクルを引き起こす温度変化があっても信号品質を安定させ続けることです。

過酷な環境での展開に耐える機械的および環境的信頼性

高性能向けに設計されたRF同軸ケーブルは、非常に過酷な環境にも耐えることができます。これらのケーブルは500ニュートンを超える圧縮力に耐え、約10,000回の曲げに耐え、-55℃から+125℃の温度変化の中でも信頼性高く動作します。外装のジャケットは日光による紫外線の損傷に強く、特殊な層が湿気の侵入を防ぐため、湿気の多い環境でも良好な信号品質を維持できます。化学的に不活性な材料で製造されているため、燃料やさまざまな溶剤、塩分を含んだ空気に対しても耐性があり、飛行機や船舶、工場などの用途に最適です。振動が激しい環境では、内部の導体が動かないような設計になっており、継続的な機械的ストレスの中でも明瞭な信号を維持できます。IP67規格のコネクタはほこりや水の侵入を防ぐため、砂漠のような粉塵の多い場所や海上の湿潤なプラットフォームでも使用可能です。これらのケーブルは軍用規格の熱衝撃試験や加速老化試験など、厳しい試験を経ており、結果として低PIMレベルを実現し、遅延が安定しており、信号を途切れることなく伝送できるため、信頼性が求められる場所で確実に性能を発揮します。

よくある質問

RF同軸ケーブルの信号完全性に影響を与える要因は何ですか？

重要な要因には、減衰、リターンロス、およびVSWRがあり、これらは信号強度の維持、反射の最小化、および効果的な伝送の確保に不可欠です。

インピーダンス整合はRF同軸ケーブルの性能にどのように影響しますか？

インピーダンス整合は、信号の反射や電力損失を防ぎ、信頼性が高く一貫性のあるシステム性能を確保するために極めて重要です。

RF同軸ケーブルのジャケットに適した材料は何ですか？

LSZH、TPE、およびフッ素ポリマーで作られたジャケットは、環境保護性と機械的耐性を提供し、さまざまな条件下でも信号品質を維持します。