75 オーム編組ケーブルがビデオ信号伝送に最適な理由は何ですか?

75 オーム編組ケーブルとは何ですか?

75 オーム編組ケーブルは、全長にわたって 75 オームの特性インピーダンスを維持するように設計された同軸ケーブルで、誘電体と中心導体を編組金属シールドで囲みます。 75 オームのインピーダンス値は、ビデオ信号伝送、放送インフラストラクチャ、ケーブル テレビ配信、および衛星システムの業界標準です。編組シールドは、錫メッキ銅、裸銅、またはアルミニウムを織り交ぜたより線で構成されており、外部干渉による信号の破損を防ぎ、ケーブルが周囲の機器にエネルギーを放射するのを防ぐ電磁シールドを提供します。

75 オーム編組同軸ケーブルが確実に動作する理由を理解するには、インピーダンス仕様とシールド構造の両方を一緒に検討する必要があります。インピーダンスは、ケーブルが反射損失なしに信号エネルギーをソースから負荷にどれだけ効率的に転送するかを決定します。編組は、ケーブルが周囲の電磁環境から信号をどれだけ効果的に保護するかを決定します。専門的な設置では両方の要素が重要であり、どちらかに誤った仕様を選択すると、実際のシステムでは目に見えるほどの信号劣化が発生します。

75 オームを選択する理由: 標準の背後にある物理学

75 オームのインピーダンス標準は任意ではありません。これは、同軸ケーブルの形状と信号伝送特性の間の物理的な関係に由来します。同軸ケーブルの特性インピーダンスは、外部導体の内径と内部導体の外径の比と、それらの間の絶縁体の誘電率によって決まります。同軸伝送線路の数学的分析によると、75 オームは固体ポリエチレン誘電体ケーブルが最小の信号減衰を達成するインピーダンスを表しており、これは特定のケーブル直径における単位長さあたりの損失が最小であることを意味します。

この最小損失特性により、75 Ω ケーブルは、放送施設、CATV 幹線、および建物の配信システムで一般的な長いケーブル配線でビデオ信号を配信する場合に最適な選択肢となります。電源インピーダンス、ケーブル インピーダンス、負荷インピーダンスがすべて 75 オームで一致すると、信号反射がなくなり、最大の電力伝送が行われます。信号経路内のインピーダンスの不一致は、アナログ ビデオのゴーストやデジタル伝送のパケット エラーとして見える反射を引き起こします。そのため、設置全体を通じてコネクタ間で 75 Ω の整合を維持することが基本的な設置要件となります。

75 オーム編組同軸ケーブルの構造

75 オームの編組同軸ケーブルは同心円状の層に組み込まれており、それぞれが特定の電気的または機械的機能を果たします。中心から外側に向かって以下のような階層になっています。

中心導体

中心導体は信号を運びます。これは通常、単線またはより線の銅線で、表皮効果によって導体表面に電流が集中する高周波での抵抗損失を減らすために銀メッキが施される場合もあります。固体導体は抵抗が低く、固定設置では標準です。撚り線導体により、パッチ ケーブルやカメラ ケーブル アセンブリなど、繰り返しの動きや狭い曲げ半径を伴うアプリケーションの柔軟性が向上します。

誘電絶縁体

中心導体の周囲は誘電体です。これは、インピーダンスを決定する電気的条件を確立しながら、内部導体と外部導体を物理的に分離する絶縁材料です。固体ポリエチレン (PE) と発泡ポリエチレンは、75 オーム ケーブルで最も一般的な誘電体材料です。発泡 PE は固体 PE よりも誘電率が低いため、信号速度の低下が軽減され、高周波での減衰が低減されるため、発泡誘電体ケーブルは 1 GHz を超える高周波ビデオおよび RF アプリケーションの標準的な選択肢となっています。

編組シールド

編組シールドは、通常直径 0.1 mm ～ 0.2 mm の細いワイヤストランドを誘電体上に直接織り込み、らせん状のかみ合いパターンで配置します。編組の密度 (光学範囲の割合として表されます) は、重要なシールド パラメーターです。光学カバー率が 85% の編組では、ストランド間に目に見える隙間が残り、低周波干渉が侵入する可能性があります。 95% 以上のカバー率を持つ編組はプロ用ビデオ ケーブルの標準であり、低 MHz 周波数から UHF 帯域まで効果的なシールドを提供します。一部の高性能 75 オーム ケーブルでは、編組単独では効果が低くなる高周波でほぼ 100% のカバレッジを達成するために、編組の下に箔層を使用しています。

アウタージャケット

外側のジャケットは、内部構造を機械的損傷、湿気、化学物質から保護します。 PVC は屋内用途の標準であり、十分な柔軟性と難燃性を備えています。低煙ゼロハロゲン (LSZH) ジャケットは、多くの管轄区域のプレナムスペースや公共の建物で必要とされています。ポリエチレンジャケットは、直接埋設および屋外空中用途に優れた耐紫外線性と耐湿性を提供します。ジャケットの色は、簡単な識別インジケータとしてよく使用されます。屋外または一般的な用途には黒、住宅の壁内には白、特定の放送用途にはオレンジです。

一般的な 75 オーム編組ケーブルのタイプとその用途

75 オーム編組ケーブル ファミリには、特定の周波数範囲、設置環境、信号形式に最適化された標準化されたタイプがいくつか含まれています。以下の表は、最も広く使用されているタイプの概要を示しています。

編組被覆率とシールド効果の説明

シールド仕様として最もよく引用されるのは編組被覆率ですが、これは全体像の一部にすぎません。光学的被覆率 (編組によって視覚的に覆われている下層の誘電体表面の割合) は比較的簡単に測定でき、100 MHz 未満の低周波シールド効果とよく相関します。これらの周波数では、編組のギャップは干渉の波長に比べて小さいため、95% をカバーする編組は、建築環境で遭遇するほとんどの干渉源に対して適切な保護を提供します。

500 MHz を超え GHz の範囲までのより高い周波数では、カバレッジの高い編組であっても、潜在的な干渉の波長に比べてギャップが大きくなります。ここで、編組とフォイルの組み合わせ (民生用ケーブルでは「クワッド シールド」、プロフェッショナル グレードでは「フォイル編組」と呼ばれることもあります) が大幅に優れたパフォーマンスを提供します。フォイルは高周波で連続 100% のカバレッジを提供し、編組はフォイルだけでは維持できない機械的耐久性と低抵抗のアース接続を提供します。 3G-SDI および 12G-SDI ブロードキャスト ケーブルの場合、SMPTE 規格で要求されるリターン ロスとシールド仕様を満たすために、フォイルプラス編組構造が事実上必須です。

シールド効果は、ケーブルに出入りしようとする干渉に適用される減衰のデシベルで定量化されます。フォイルプラス編組シールドを備えた適切に構成された 75 オーム編組ケーブルは、広い周波数範囲にわたって 85 dB 以上のシールド効果を達成します。これは、EMC 規制の放送および通信環境の要件を満たすのに十分です。シールド効果が 60 ～ 70 dB しか評価されていないケーブルは、一般に、隣接するケーブル、電源配線、RF 機器によって永続的な干渉フィールドが生成されるプロ仕様のビデオ設置には適していません。

信号の減衰と最大ランレングス

減衰 (信号がケーブルに沿って伝わるときの信号レベルの損失) は、周波数とケーブルの長さに応じて増加します。すべての 75 オーム ケーブルには、特定の周波数で 100 メートルあたりの dB 単位で測定される減衰仕様があります。この仕様は、特定の信号フォーマットの実用的な最大ケーブル長を直接決定します。減衰バジェットを超えると、デジタル システムでは信号エラー、タイミング ジッターが発生し、ビデオ アプリケーションでは視覚的なアーティファクトや同期障害が発生します。

実際の参考として、発泡誘電体を備えた標準の RG-6 ケーブルの減衰は、200 MHz で 100 メートルあたり約 11 dB です。 1.485 Gbps の HD-SDI は通常、受信機のケーブル イコライザーが補償限界に達する前に最大約 20 dB のケーブル減衰を許容し、高品質の RG-6 では実用的な最大伝送距離は約 150 ～ 180 メートルになります。 2.97 Gbps の 3G-SDI の場合、信号の高周波成分により、同じケーブルで使用可能なランレングスは約 80 ～ 100 メートルに減少します。標準的な RG-6 同等の 12G-SDI は、ケーブルの構造と受信機のイコライザー回路の品質に応じて、30 ～ 50 メートルに制限される場合があります。

アプリケーションに適した 75 オーム編組ケーブルの選択

正しい 75 オーム編組ケーブルを選択するには、ケーブルの周波数性能、物理的構造、および環境定格を設置の特定の要件に適合させる必要があります。次の考慮事項は、ほとんどの専門的および商用プロジェクトに当てはまります。

• 信号フォーマットと周波数: 信号の最高周波数成分を特定します。アナログ コンポジット ビデオのピークは 6 MHz 付近です。 HD-SDI コンテンツは 750 MHz まで拡張されます。 3G-SDI ～ 1.5 GHz。 12G-SDI ～ 6 GHz。ケーブルの定格周波数範囲は、信号の最高周波数成分を余裕を持って超える必要があります。
• ランレングス: 信号パス内のパッチ ベイ、コネクタ、パッシブ スプリッターを含むケーブルの合計長を計算します。各コネクタと受動デバイスは挿入損失を追加します。ケーブルの理論上の最大距離より少なくとも 20% 低い安全マージンを組み込みます。
• シールド要件: 放送およびプロフェッショナル AV 環境の場合は、フォイルプラス編組シールドと最小シールド効果が 85 dB のケーブルを指定してください。住宅用 CATV または CCTV の場合、ほとんどの場合、標準の単編組 RG-6 で十分です。
• 設置環境： 標準的な屋内稼働には PVC ジャケットを、プレナムおよび公共スペースには LSZH、屋外および地下設置には PE または直接埋設定格ジャケットを指定してください。コスト削減に関係なく、屋外またはプレナム環境では屋内定格ケーブルを決して置き換えないでください。
• 柔軟性の要件: 固定された常設設備では、減衰を最小限に抑えるために中実導体ケーブルを使用します。カメラの落下、パッチベイ、および頻繁に障害を受けるケーブルには、時間の経過による加工硬化や中心導体の破損を防ぐために、より線または屈曲定格の中心導体が必要です。
• コネクタの互換性: ケーブルの外径と誘電体の寸法が、圧着またははんだ付けするコネクタと互換性があることを確認してください。 RG-6 と RG-59 は外径が異なり、必要なコネクタ本体サイズも異なります。間違ったコネクタを使用すると、接続部での機械的終端の信頼性が低くなり、インピーダンスが不連続になります。

75 オーム編組ケーブルの取り付けのベスト プラクティス

正しく指定されたケーブルであっても、正しく取り付けられないと性能が低下します。設置プロセスを通じてケーブルのインピーダンスとシールドの完全性を維持するには、曲げ半径、終端品質、配線方法に注意を払う必要があります。ほとんどの場合の最小曲げ半径 75Ω同軸ケーブル はケーブルの外径の約 10 倍です。7 mm RG-6 ケーブルの場合、これは、曲げが半径 70 mm を超えてはいけないことを意味します。最小半径よりも強く曲げると、誘電体が変形し、中心導体が外部導体の幾何学的中心からずれて、曲げ点の局所インピーダンスが恒久的に変化し、設置後に修正できない反射が信号経路に発生します。

終端品質も同様に重要です。コネクタの取り付けが不十分である（編組の準備が不十分、中心導体が完全に装着されていない、誘電体が間違った長さにトリミングされている）と、ケーブル アセンブリの最も重要な点でインピーダンスの不連続とシールド ギャップが生じます。ブロードキャスト SDI アプリケーションの場合、設置後にすべてのコネクタをタイムドメイン反射率計 (TDR) で検証し、リターン ロスが各終端点でシステム仕様を満たしていることを確認する必要があります。 CATV および住宅用システムの場合、システムを試運転する前に、信号レベル メーターのスイープにより、設置された損失が計算された予算と一致するかどうかが確認されます。