同軸ケーブルの構造と動作原理

ご存知のとおり、同軸ケーブルは低損失で高絶縁性の広帯域伝送線です。同軸ケーブルは、誘電体ガスケットで分離された 2 本の同心の円筒形導体で構成されています。同軸線路に沿って分布するキャパシタンスとインダクタンスは、構造全体に分布インピーダンス、つまり特性インピーダンスを生成します。

同軸ケーブルに沿った抵抗損失により、ケーブルに沿った損失と動作が予測可能になります。これらの要因の複合効果により、電磁 (EM) エネルギーを送信する際の同軸ケーブルの損失は、自由空間のアンテナの損失よりもはるかに少なく、干渉も少なくなります。

（1） 構造

同軸ケーブル製品には外部に導電性シールド層が付いています。同軸ケーブルの外側で他の材料層を使用して、環境保護性能、電磁波シールド能力、および柔軟性を向上させることができます。同軸ケーブルは、編組導体撚り線で作られ、巧妙に層状に重ねられているため、ケーブルは柔軟性が高く、再構成可能で、軽量で耐久性が高くなります。同軸ケーブルの円筒導体が同心性を保っている限り、曲げやたわみはケーブルの性能にほとんど影響を与えません。したがって、同軸ケーブルは通常、ネジ式機構を使用して同軸コネクタに接続されます。締め付け具合を調整するにはトルクレンチを使用してください。

2） 動作原理

同軸線路には、アプリケーションの潜在的な表皮深さとカットオフ周波数を定義する重要な周波数関連特性がいくつかあります。表皮深さは、同軸線に沿って伝播する高周波信号の現象を表します。周波数が高くなるほど、より多くの電子が同軸線の導体表面に向かって移動する傾向があります。表皮効果により減衰と誘電加熱が増加し、同軸線に沿った抵抗損失が大きくなります。表皮効果による損失を減らすために、より太い同軸ケーブルを使用することができます。

明らかに、同軸ケーブルの性能を向上させることは、より魅力的な解決策ですが、同軸ケーブルのサイズを大きくすると、同軸ケーブルが送信できる最大周波数が低下します。EM エネルギーの波長が横電磁 (TEM) モードを超え、同軸線に沿って横電気 11 モード (TE11) に「跳ね返り」始めると、同軸ケーブルのカットオフ周波数が発生します。この新しい周波数モードはいくつかの問題を引き起こします。新しい周波数モードは TEM モードとは異なる速度で伝播するため、同軸ケーブルを介して伝送される TEM モード信号を反射し、干渉します。

この問題を解決するには、同軸ケーブルのサイズを小さくし、カットオフ周波数を高くする必要があります。ミリ波周波数に到達できる同軸ケーブルと同軸コネクタ (1.85 mm および 1 mm 同軸コネクタ) があります。高周波に適応するために物理的なサイズを小さくすると、同軸ケーブルの損失が増加し、電力処理能力が低下することに注意してください。これらの非常に小さなコンポーネントを製造する際のもう 1 つの課題は、機械的公差を厳密に管理して、ラインに沿った重大な電気的欠陥やインピーダンスの変化を軽減することです。感度が比較的高いケーブルの場合、これを実現するにはより多くのコストがかかります。