同軸ケーブルの特性インピーダンスを測ってみる

同軸ケーブルの特性インピーダンス測定方法
測定
1. RG-58C/U、10m
2. RG-58A/U、3m
タイムドメイン測定
参考資料

同軸ケーブルの特性インピーダンス測定方法

「そういえば、同軸ケーブルの特性インピーダンスってどうやって測るんだろう？」と思い、ちょっと調べてみたら案外簡単だった。測定対象の同軸ケーブルの開放時と短絡時のインピーダンス（ZoとZs）を測定し、両者の積の平方根を取ればOK。

$$Z=\sqrt{Zo Zs}=\sqrt{Zo}\times\sqrt{Zs}$$

情報元は日置電機のFAQ。

www.hioki.co.jp

同軸ケーブルの特性インピーダンスの測定方法 | サポート情報 - Hioki

https://www.hioki.co.jp/jp/support/faq/detail/?dbid=1946

これなら、アンテナアナライザで調べられる。

測定

RG-58C/U、10m

対象のケーブルは秋月のRG-58C/U、10mもの。ちなみに、RG-58C/Uは、RG-58A/Uの軍事規格品で、その特性はRG-58A/Uと同一。

測定器はFA-VA5。複数の測定値を一覧表示させられて便利なので。

まずは、開放時。

赤がZの絶対値。黒はZの虚部（参考として）。

続いて、短絡時。

二つの測定結果から特性インピーダンスZを計算する。

周波数	Zo	Zs	Z
5	4.85	588.05	53.40
10	370.98	8.42	55.89
15	10.45	251.72	51.29
20	219.81	14.31	56.08
30	146.00	18.77	52.35
50	97.96	28.60	52.93
85	40.80	90.26	60.68
145	104.65	24.98	51.13
435	33.85	125.01	65.05

周波数: MHz
Zo, Zs, Z: Ω

50Ωピッタリとはいかなかったけど、まぁ、それなりの値。こんなものなのかな？

数値は、グラフ上に表示されたものを読み取って写した。数値を引っ張ってくる方法もありそうな気がするが、すぐにはわからなかったので、とりあえずここは手動で。

この測定では、同軸ケーブルは上の写真のように束ねていた。ひょっとしたら、それが影響しているのかと思い、同軸ケーブルを伸ばして再度測定。以下、上と同様に、開放時、短絡時の測定結果と、計算したZの一覧。

周波数	Zo	Zs	Z
5	4.99	503.77	50.14
10	352.21	9.35	57.39
15	10.91	224.48	49.49
20	204.85	15.50	56.35
30	137.63	20.47	53.08
50	95.07	31.96	55.12
85	44.02	68.32	54.84
145	127.99	23.55	54.90
435	23.46	68.53	40.10

だいたい似たような結果だけど、435MHzだけは目立って違っている。巻いた状態で65Ω、伸ばした状態で40Ω

RG-58A/U、3m

試しに、もう一つ測ってみる。今度は、RG-58A/Uでロケットで購入した3mもの（FUJIKURA製）。一方にBNCコネクタを付けた。反対側はそのまま（下の写真は短絡した状態（ちょっと剥いてねじってショート））。

上の結果から、ケーブルは巻いていても伸ばしてもあまり変らないようなので、今回は巻いた状態だけ。

周波数	Zo	Zs	Z
5	97.26	26.03	50.32
10	35.60	69.98	49.91
15	7.45	349.24	51.01
20	16.27	158.99	50.86
30	149.76	14.91	47.25
50	3.12	1017.79	56.35
85	8.62	327.77	53.15
145	26.38	95.97	50.32
435	215.74	8.05	41.67

RG-58C/Uの10mの場合と同じようなものと見ていいかな？

参考として、OSA103 Miniでも同様に測定してみる。なお、こちらはカーソルを動かして値を読み取るしかないので、30MHzと85MHzだけ（測定上限が100MHz）。

周波数	Zo	Zs	Z
30	152	15.4	48.38
85	6.11	375	47.87

こっちだと、少し低く測定される傾向なのかな？

なお、この測定に際しては、OSA103 MiniのSOLキャリブレーションにFA-VA5のキャリブレーションキットを使用した（なので、同じ結果になって欲しかったのだけど…）。

タイムドメイン測定

コメントで、タイムドメイン測定でケーブルインピーダンスが測れることを教えていただいた。早速、見様見真似でやってみた。被測定ケーブルはRG-58C/U（10m、束ねた状態）、開放端。

赤がケーブルインピーダンス。多少凸凹しているが、概ね50Ω。凸凹が大きく見えるのがケーブル先端付近で、47.95～51.62Ω。インピーダンスが一気に上るポイントがケーブルの端、つまり、ケーブルの長さで、10mと計測された。

青は対周波数の減衰カーブ。ケーブル先端で折り返したものを測定することになるので、減衰量は二倍で観測される（頂いたコメントの記事の受け売り）。RG-58C/Uの減衰量の規格は、30MHzにおいて81dB/km。したがって、10mだと0.81dB。測定値は-1.58dB。二倍で観測されているので、1/2にすると-0.79dB。規格値とほぼ一致（規格値の範囲に収まっていると言うべきか）。同様に、435MHzでは測定値の-6.92dBの1/2で-3.46dB。435MHzで使用するにはロスが無視できないけど、50MHz位までならあまり気にせずに使えるかな。

なお、速度係数（短縮率）は0.66とした。