50옴 시스템에서 75옴 동축 케이블을 사용하면 어느 정도의 신호 손실이 예상됩니까?

임피던스 불일치가 처음에 발생하는 이유

모든 동축 케이블은 내부 도체 직경과 차폐 내부 직경의 비율과 케이블 사이의 유전 물질에 의해 결정되는 특정 특성 임피던스를 나타내도록 설계되었습니다. 이는 동축 케이블 사양의 기본 요소 중 하나이며 단순히 다른 커넥터나 어댑터를 사용하여 변경할 수 있는 것이 아닙니다. 75옴 등급의 케이블과 50옴 등급의 케이블은 외부에서 거의 동일해 보일 수 있지만 내부 구조는 목표 임피던스 값에 도달하기 위해 의도적으로 다릅니다.

숫자 뒤에 숨은 물리학

50옴 시스템을 통해 이동하는 신호가 갑자기 75옴 섹션을 만나면 에너지의 일부가 앞으로 계속 진행되지 않고 소스를 향해 다시 반사됩니다. 이 반사된 에너지는 정재파를 생성하고 VSWR을 높이며 위에서 설명한 작은 불일치 손실을 생성합니다. 불일치는 신호를 "차단"하지 않습니다. 단지 신호의 일부가 부하에 효율적으로 전달되지 않고 반송되는 원인일 뿐입니다.

75~50Ω 접합에 대한 반사 계수는 약 0.2로 계산됩니다. 이는 RF 엔지니어링 표준에 따른 적당한 불일치로 눈에 띄지만 재앙과는 거리가 멀습니다.

수치 분석: VSWR, 반사 손실, 불일치 손실

이 세 가지 지표는 모두 서로 다른 각도에서 동일한 기본 현상을 설명하며 이를 이해하면 "얼마나 많은 손실이 있는지"에 대한 질문을 적절한 맥락으로 이해하는 데 도움이 됩니다.

1.5:1의 VSWR은 자동 전력 폴드백 없이 대부분의 증폭기와 트랜시버가 허용하는 범위 내에 있습니다. 비교를 위해 많은 제조업체에서는 2:1 미만의 비율을 연속 작동에 적합하다고 간주하므로 일치하지 않는 단일 커넥터로 인해 하드웨어가 위험에 빠지는 경우는 거의 없습니다.

케이블 감쇠로 인해 두 번째 손실 계층이 추가됩니다.

위에 설명된 불일치 손실은 그림의 일부일 뿐입니다. 케이블 자체에는 임피던스 불일치와 별개로 고유한 감쇠가 있으며 케이블 구조와 관련 동축 케이블 크기에 따라 크게 달라집니다. 저손실 유전체 재료를 사용한 두꺼운 케이블은 정격이 50옴인지 75옴인지에 관계없이 더 얇고 저렴한 케이블보다 피트당 신호를 더 적게 감쇠합니다.

75옴 동축 케이블

빈도가 실질적인 차이를 만듭니다

감쇠는 스펙트럼 전체에 걸쳐 일정하지 않으며 주파수에 따라 증가합니다. 이것이 바로 HF 주파수에서 적절하게 작동하는 동일한 케이블이 VHF 또는 UHF에서 훨씬 더 많은 손실을 나타낼 수 있는 이유입니다. 불일치 손실과 결합되어 전체 신호 저하가 주파수가 높아질수록 더욱 눈에 띄게 됩니다.

케이블 TV 동축 케이블과 50Ω 급전선 비교

일반적인 실제 시나리오에는 남은 케이블 TV 동축 케이블(일반적으로 75옴, 종종 가정 설치에서 인식할 수 있는 공통 명칭으로 라벨이 붙음)을 아마추어 라디오 안테나 또는 스캐너 급전선과 같은 50옴 응용 분야에 재사용하는 것이 포함됩니다. 이는 기술적으로 가능하며 대부분의 수신기를 손상시키지 않지만 적절한 정격의 50옴 케이블과 동일하게 작동하지는 않습니다.

좋은 소식은 케이블 TV 동축 케이블이 고주파 TV 신호를 장거리에 걸쳐 안정적으로 전송해야 하기 때문에 차폐 성능이 뛰어나고 피트당 감쇠가 낮은 엄격한 동축 케이블 표준에 따라 제조되는 경우가 많다는 것입니다. 어떤 경우에는 원시 감쇠 성능이 실제로 더 저렴한 50ohm 대안과 비슷하거나 이를 초과할 수 있습니다. 균형은 순전히 임피던스 불일치이지 전체 케이블 품질이 반드시 필요한 것은 아닙니다.

케이블 치수가 전체 그림에 미치는 영향

동축 케이블 크기는 대부분의 사용자가 예상하는 것보다 실제 신호 손실에 더 큰 역할을 합니다. 더 큰 중앙 도체와 더 큰 전체 케이블 직경은 일반적으로 저항 손실을 감소시킵니다. 이는 임피던스 등급에 관계없이 더 큰 케이블이 동일한 주파수에서 더 얇은 케이블보다 성능이 뛰어난 경향이 있는 이유입니다.

1. 얇고 유연한 패치 케이블 - 편리하지만 피트당 손실이 높으므로 불일치 효과가 전체 손실에서 더 작은 부분이 됩니다.
2. 중형 범용 케이블 - 균형 잡힌 손실과 유연성, 가정 및 취미 설치에 가장 일반적
3. 더 큰 저손실 케이블 - 거리에 따른 감쇠가 최소화되어 총 손실 예산에서 임피던스 불일치가 비례적으로 더 중요해집니다.

이는 프리미엄 저손실 케이블의 경우 기준 감쇠가 이미 너무 낮기 때문에 0.18dB 불일치 패널티가 전체 시스템 손실에서 더 큰 부분을 차지할 수 있음을 의미합니다.

실제로 손실이 실제로 중요한 경우

짧은 점퍼 및 패치 케이블

수신기를 안테나에 연결하는 몇 피트의 짧은 점퍼의 경우 0.18dB 불일치 손실은 일반적인 사용에서 본질적으로 감지할 수 없습니다. 대부분의 사용자는 신호 강도나 오디오 품질에 실질적인 차이를 느끼지 못합니다.

긴 전송 실행

장기적으로(예: 송신 안테나에 100피트 이상 공급) 불일치 손실과 케이블 감쇠의 증가가 결합된 효과는 피해야 할 데시벨의 몇 분의 1까지 추가될 수 있습니다. 특히 이미 전력 또는 예산 한도에 근접하여 작동하고 있는 경우에는 더욱 그렇습니다.

고전력 송신기

더 높은 전력 레벨에서는 불일치로 인해 반사된 에너지가 송신기의 최종 증폭기 단계로 다시 이동합니다. 1.5:1의 VSWR은 일반적으로 안전하지만 공격적인 SWR 보호 회로가 있는 일부 솔리드 스테이트 앰프는 예방 조치로 출력 전력을 약간 줄일 수 있으며 이는 하드웨어 결함으로 오인될 수 있습니다.

불일치 손실 감소 또는 제거

애플리케이션이 0.18dB도 문제가 될 정도로 민감한 경우 이를 해결하는 실용적인 방법이 있습니다.

• 사용 중인 주파수 범위에 맞는 임피던스 정합 변압기를 사용하면 반사 손실을 크게 낮출 수 있습니다.
• 실행 시간이 길거나 응용 프로그램의 전송량이 많은 경우 일치하지 않는 섹션을 적절한 등급의 케이블로 교체하십시오.
• 반사 자체는 케이블 길이를 복잡하게 만드는 것이 아니라 고정된 일회성 페널티이므로 일치하지 않는 섹션을 가능한 한 짧게 유지하십시오.
• 커넥터 품질과 케이블 상태도 실제 결과에 영향을 미치므로 계산된 추정치에만 의존하기보다는 VSWR 미터 또는 안테나 분석기를 사용하여 실제 성능을 확인하십시오.