동축 케이블 엔지니어링
동축 케이블 임피던스: 50옴과 75옴이 불일치를 거의 허용하지 않는 이유
특성 임피던스는 가격이 아닌 기하학적 구조와 유전체에서 비롯됩니다. 다음은 50옴 및 75옴 시스템의 작동 방식, 불일치로 인한 실제 비용, 구매 사양에 포함되는 숫자입니다.
부품 서랍이 창고보다 더 가까이 있기 때문에 CCTV 설치자는 50ohm BNC 어댑터를 사용하여 75ohm RG6 드롭을 종료합니다. 첫날 사진은 깨끗합니다. 3주 후 고객은 희미한 수평 줄무늬를 보고했으며 카메라가 먼저, 레코더가 두 번째, 케이블이 마지막이라고 비난했습니다.
세부 사항 이전의 짧은 버전: 케이블, 커넥터 및 장비 포트를 포함하여 체인의 모든 요소는 임피던스가 일치해야 합니다. 그렇지 않은 경우 신호의 일부가 수신기에 도달하는 대신 라인 아래로 반사되어 주파수가 상승하고 길이가 길어질수록 이러한 반사가 더욱 손상됩니다.
다음 내용에서는 실제 특성 임피던스가 무엇인지, 업계가 50옴과 75옴으로 결정한 이유, 테스트 장비와 화면에 불일치가 어떻게 나타나는지, 문제가 현장에 도달하지 않도록 사양에 무엇을 기록해야 하는지에 대해 다룹니다.
동축 케이블 임피던스가 실제로 측정하는 것
특성 임피던스는 저항이 아닙니다. 선을 따라 진행하는 파동의 전압과 전류의 비율로, 맨 끝에 아무것도 연결되지 않은 경우에도 존재합니다. 에서 동축 케이블의 물리적 구조 이는 세 가지 요소에 의해 설정됩니다: 중심 도체의 직경(d), 실드 또는 공간을 채우는 유전체의 내부 직경(D), 해당 재료의 유전 상수.
동축 선로의 경우 일반적인 작업 공식은 Z0 = 138을 유전 상수의 제곱근으로 나눈 값에 D의 기본 10 로그를 d로 나눈 값을 곱한 것입니다. 도체와 실드를 더 멀리 이동시키거나 유전 상수를 낮추면 임피던스가 상승합니다.
상업적으로 중요한 두 가지 결과는 다음과 같습니다.
- 임피던스는 길이에 따라 변하지 않습니다. 동일한 RG6의 5m와 500m 조각은 모두 약 75ohm에 있습니다.
- 임피던스는 멀티미터로 읽을 수 없습니다. 이를 확인하려면 시간 도메인 반사계, 네트워크 분석기 또는 알려진 부하에 대한 스윕 테스트가 필요합니다.
DC 저항은 별도의 사양이며 여전히 중요합니다. 장기적으로 LNB 전력을 높이는 위성 수신기는 루프 저항을 극복해야 하며, 임피던스는 아무 의미가 없습니다.
특성 임피던스는 진행파를 설명하므로 케이블의 한 지점이 아닌 전체 케이블을 따라 적용됩니다. 케이블은 소스, 라인 및 부하가 모두 동일한 임피던스를 공유하는 경우에만 일치됩니다.
50옴과 75옴이 표준이 된 이유
어느 숫자도 임의적이지 않습니다. 공기 유전체 동축에서 감쇠는 77Ω 근처에서 가장 낮고 전력 처리는 30Ω 근처에서 최고조에 이릅니다. 마이크로파 엔지니어는 낮은 손실과 사용 가능한 전력이 모두 필요했기 때문에 50ohm이 작업 절충안이 되었고 군사 및 이후 상용 관행으로 강화되었습니다. 방송 엔지니어들은 장시간 저전력 비디오 실행 시 낮은 손실을 고려했기 때문에 최소 감쇠에 가까운 75옴이 비디오 및 케이블 TV 표준이 되었습니다.
50옴은 전력과 손실 사이의 절충안입니다. 75Ω은 손실 쪽으로 기울어집니다. 둘 다 품질 등급이 아닌 엔지니어링 선택입니다.
아래 비교에서 알 수 있듯이 눈에 띄는 차이점은 주로 전력 처리 및 커넥터 제품군에 있습니다.
| 특징 | 50옴 | 75옴 |
|---|---|---|
| 일반적인 애플리케이션 | 무선 및 RF 링크, 안테나 피더, LTE, 테스트 장비 | CATV, MATV, 위성 IF, CCTV, 베이스밴드 비디오 |
| 공통 커넥터 제품군 | BNC 50옴, N, SMA, TNC | F, BNC 75Ω, 비디오 RCA |
| 파워 핸들링 | 더 높음 | 낮은 |
| 비슷한 형상에서의 감쇠 | 약간 높음 | 약간 낮음 |
| 77ohm 근처의 최소 손실로부터의 거리 | 더 나아가 | 더 가까이 |
| 일반적인 케이블 예 | RG58, RG174, RG213, LMR400 | RG6, RG59, RG11, S5CFB |
| 공개된 임피던스 허용 오차 | 종종 약 2옴 | 종종 약 3옴 |
75Ω 배전 작업의 경우 차폐 구조는 일반적으로 임피던스 다음으로 결정됩니다. 표준 쉴드는 짧은 가입자 실행에 적합하고, 삼중 쉴드는 소음이 많은 환경을 위해 포일과 브레이드를 추가하며, 수신 및 반사 손실 마진이 엄격한 경우 쿼드 쉴드를 선택합니다.
숫자의 불일치: 반사 손실, VSWR 및 눈에 보이는 증상
반사는 예측 가능합니다. 50Ω 소스에서 75Ω 부하를 공급하고 반사 계수는 0.2입니다. 이는 VSWR이 약 1.5~1이고 반사 손실이 14dB에 가까우며 입사 전력의 약 4%가 반사됩니다. 4%는 무해한 것처럼 들리며 짧은 패치 리드에서는 일반적으로 무해합니다. 300m 트렁크나 밀도가 높은 채널 라인업에서는 반사파가 늦게 도착하여 직접 신호에 더하거나 빼기 때문에 그렇지 않습니다.
임피던스 오류는 다음과 같은 몇 가지 인식 가능한 방식으로 나타나는 경향이 있습니다.
- 아날로그 비디오의 희미한 잔상, 울림 또는 두 번째 가장자리
- 디지털 CATV 및 IPTV 채널에서 밴딩, 스파클 또는 간헐적인 끊김 현상
- 증폭기 조정 없이 해결되는 헤드엔드의 오류율 상승
- 더미 부하로 청소를 테스트하는 송신기의 VSWR 경보
- 한 번만 통과하고 다른 장치가 체인에 합류하면 실패하는 링크
동일한 제품군의 50옴 및 75옴 커넥터는 결합된 것처럼 보이더라도 서로 바꿔 사용할 수 없습니다. 75옴 BNC는 50옴 BNC보다 중앙 핀이 더 얇습니다. 잘못된 플러그를 강제로 연결하면 소켓 접점이 퍼지거나 조인트가 헐거워져 전기적 결함 위에 기계적 결함이 쌓이게 됩니다.
설치에 대한 매칭 임피던스
대부분의 임피던스 오류는 케이블 내부가 아닌 핸드오버 지점에서 발생합니다. 먼저 애플리케이션의 요구사항을 설정하세요.
- 위성 IF 및 DTH: LNB에서 수신기까지 75Ω, F 커넥터 포함. LNB의 DC 전원은 동일한 중앙 도체에서 이동하므로 루프 저항과 임피던스가 모두 사양에 속합니다.
- CATV, MATV 및 IPTV 배포: 전체적으로 75옴. 공중 낙하 및 긴 트렁크용 RG11, 일반적인 가입자 실행용 RG6, 장비 뒤의 짧은 패치용 RG59.
- CCTV: 동축 케이블과 함께 DC 전원을 전달하는 샴 구조를 포함하여 비디오 쌍 전체에서 75옴.
- 무선 및 RF 링크: 전체적으로 50옴. 짧은 점퍼의 경우 RG58, 더 긴 피더 실행이 링크 예산을 소모하는 RG213 또는 LMR400입니다.
75Ω 안테나 시스템을 구동하는 50Ω 라디오와 같이 시스템이 실제로 도메인 간을 교차해야 하는 경우 어댑터보다는 일치하는 패드나 변압기를 사용하고 희망하십시오. 임피던스 공차도 이 단계에서 고정할 가치가 있습니다. 왜냐하면 공칭에서 수 옴을 표류하는 케이블은 전체 연결부에서 작은 불일치처럼 동작하기 때문입니다.
CCTV 및 소형 시스템: 75옴 오류가 숨어 있는 곳
감시 작업에서는 저비용 어댑터와 혼합 카메라 브랜드가 동일한 캐비닛에서 만나기 때문에 임피던스 규율을 가장 엄격하게 테스트합니다. 복합 CCTV 실행은 카메라 출력에서 동축을 통해 레코더 입력까지 75Ω이며 느슨한 BNC 또는 잘못된 50Ω 어댑터는 긴 케이블보다 짧은 케이블에 영향을 미칩니다.
전원이 포함된 KX6, 전원이 포함된 RG59 또는 전원이 포함된 RG6과 같은 샴 구성은 18 또는 20AWG 전원 쌍 옆에 75Ω 비디오 쌍을 배치합니다. 이는 별도의 전원 공급을 제거하지만 규칙은 변경되지 않습니다. 동축 케이블을 양쪽 끝에서 75ohm으로 종단하고 75ohm BNC 또는 F 커넥터를 사용하고 그 사이에 50ohm 부품을 사용하지 마십시오.
카메라 출력, 케이블, 커넥터, 패치 패널 및 레코더 입력 등 비디오 경로를 75ohm으로 유지하십시오. 해당 체인에 삽입된 모든 50Ω 어댑터는 레코더가 취소할 수 없는 반사를 추가합니다.
구매 전 확인해야 할 사항
임피던스는 데이터시트에서 검증하기 가장 쉬운 라인이자 가장 자주 신뢰받는 라인입니다. 생산 주문을 하기 전에 공급업체에 6가지 항목을 문의하십시오.
- 공칭 임피던스 및 허용 오차. 플러스 또는 마이너스 3옴으로 표시되는 75옴 비디오 케이블은 정상입니다. 플러스 또는 마이너스 5Ω보다 넓은 것은 질문할 가치가 있습니다.
- 스윕 또는 구조적 반사 손실 데이터 단일 주파수 포인트가 아니라 실제로 사용할 대역 전체에 걸쳐 있습니다.
- 전파 속도, 일반적으로 유전체가 고체인지 발포형인지에 따라 0.66~0.87이며, 이는 타이밍과 길이 계산을 결정합니다.
- 커넥터 인터페이스. 필요에 따라 75ohm F 또는 75ohm BNC를 확인하고 비디오 시스템용 혼합 50ohm 하드웨어를 거부합니다.
- 표준 및 규정 준수 증거, CATV 케이블용 EN 50117 또는 JIS 및 MIL 등가물과 프로젝트에서 요구하는 UL, ETL, CE, CPR, RoHS 또는 REACH 등이 있습니다.
- 드럼을 따라 일관성이 유지됩니다. 임피던스를 설정하는 유전체 직경은 전체 길이에 걸쳐 안정적으로 유지되어야 하므로 배송 양쪽 끝에서 샘플 테스트를 수행하는 것이 합리적입니다.
임피던스는 체인처럼 동작합니다. 즉, 모든 관절에서 50Ω 또는 75Ω이거나 모든 관절에서 반사됩니다. 비디오, CATV, 위성 및 CCTV에는 75Ω을 사용하고 RF, 무선 및 테스트 작업에는 50Ω을 사용하여 애플리케이션에 숫자를 일치시킨 다음 케이블, 커넥터, 어댑터 및 장비 포트가 모두 일치하는지 확인하십시오. 다른 모든 설명에서 신호 문제가 지속되면 다른 카메라를 교체하기 전에 시간 영역 반사계로 측정하십시오.
