同軸ケーブルについて教えて下さい。

質問

同軸ケーブルは高周波を伝送するために、一般的に用いられますが、
その使い方について質問させてください。

・同軸ケーブルが高周波成分を減衰させることなく信号を搬送出来るのはグラウンドとの寄生容量が小さいためであると思うのですが、高校の電磁気学では電極を近づけるほどその容量は大きくなると習いました。
同軸ケーブルのようにグラウンドを近接させてしまうと逆にローパスフィルタのようになってしまうと思うのですが、なぜそのようなことが起きないのでしょうか？

・50Ωの同軸ケーブルをテスターで測ってみると確かに50Ωと表示されますが、とすると電流を流すことは出来ないということなのでしょうか？
例えば、抵抗値1kΩのLEDに50Ωの同軸ケーブルを繋いでを点灯させることを考えると、ほとんどの電流はグラウンドに流れてしまい、かなりの電圧をかけないとLEDは光らないことになりますが、これは合っていますでしょうか？

・上記のことが正しいとするとLEDを100kHzで点滅させたいとき、同軸ケーブルを使うとうまく電流が流れないため、普通の導線を使う必要があると思うのですが、
となると一つ目の質問でもあるように、導線は高周波を搬送することが出来ないため、高周波電流を搬送することが出来なくなってしまうように思うのですが、どうなのでしょうか？

よろしくお願いいたします。

回答No.2

sinisorsa · ベストアンサー

いくつか誤解があるように思います。
＞５０Ωの同軸ケーブルをテスターで・・・
どのように測ったのでしょうか？　何キロメートルのケーブルですか。
　同軸ケーブルの５０Ωというのは、特性インピーダンスを言います。
中心導体と外側導体の間をテスターで測って、５０Ωにはならないと
思います。終端を解放して測ったら、ほとんど無限大。短絡して測った
らほとんど導線の直流抵抗（これは小さい）となります。
特性インピーダンスＺoは、ケーブルの単位長さ当たりのインダクタンスをＬ、
キャパシタンスをＣとすると、ほぼZo＝√（L/C)で与えられます。
これが５０Ωです。テスターでは測れません。
ふつうの同軸ケーブルでは導線の抵抗と誘電体の漏れ抵抗は小さい。
同軸ケーブルでは、通常の電気回路（集中定数回路）と違って、分布定数回路としての
取扱いが必要です。回路方程式は、偏微分方程式で与えられます。
要するに、ケーブルの端からの距離と時刻により電圧や電流が変化します。電磁波がケーブル内を伝播していると考えてよいわけです。
導線の電気抵抗と絶縁体の漏れ電流は小さいので、信号は減衰は小さく、遠方まで届きます。また、非常に広帯域です。
そのため、テレビのアンテナのケーブルとしても、海外通信のための海底ケーブルとしても使われているのです。
　ケーブルの終端はそのケーブルの特性インピーダンスと同じ抵抗を接続します。（インピーダンス整合といいます）そうすると、始端からみたケーブルのインピーダンスも５０Ω（抵抗）となります。したがって、ローパスフィルタにはなりません。
電気回路学の中の分布定数線路理論を勉強してください。

回答No.5

richardo

同軸ケーブルの先に１ｋオームを繋いで直流を与えたとしましょう。

　直流を加えた瞬間は同軸ケーブルのインピーダンス５０オームの抵抗を繋げたのと同じ動作をします。
　その瞬間という時間は、ケーブルの往復時間です。

　その後ケーブル内で反射を繰り返し最終的には１ｋオームを繋いだのと同じ電流に安定します。

　低周波を扱っているときは、安定状態になるまでの時間が問題にならないが、高周波では問題になります。
　そこで高周波理論が登場する訳です。

回答No.4

noname#101087

・同軸ケーブルの減衰特性
　並列容量(キャパシタンス)だけでなく、直列誘導(インダクタンス)があるので、特性インピーダンスで終端すれば全域通過特性になります。
　特性インピーダンスから外れた終端だと、フラットでなくなりますが…。
　実用上は、導体抵抗による減衰があります。表皮効果があるので、ルート f 特性です。

>・50Ωの同軸ケーブルをテスターで測ってみると確かに50Ωと表示されますが、とすると電流を流すことは出来ないということなのでしょうか？
>例えば、抵抗値1kΩのLEDに50Ωの同軸ケーブルを繋いでを点灯させることを考えると、ほとんどの電流はグラウンドに流れてしまい、かなりの電圧をかけないとLEDは光らないことになりますが、これは合っていますでしょうか？
>・上記のことが正しいとするとLEDを100kHzで点滅させたいとき、同軸ケーブルを使うとうまく電流が流れないため、普通の導線を使う必要があると思うのですが、となると一つ目の質問でもあるように、導線は高周波を搬送することが出来ないため、高周波電流を搬送することが出来なくなってしまうように思うのですが、どうなのでしょうか？

　これは、どれも信じられません。
　実験してみればわかることだと思います。

回答No.3

ymmasayan

直流回路、交流回路、高周波回路は全く別の理論です。
小学生、高校生、大学生くらいのレベル差が有ります。
交流理論をベースとして高周波回路を理解しようとしても歯が立ちません。

同軸ケーブルが理想的(抵抗ゼロ、漏れ抵抗無限大)とすると線のＬと線間のＣを適切に設計すると特性インピーダンスが７５オームのケーブルが作れます。
このケーブルの長さが無限長の時、一端にＶボルトの高周波電圧を掛けると線路にＩアンペアの電流が流れ込みます。
Ｖ／Ｉが特性インピーダンスです。
これは直流抵抗や交流インピーダンスとは全く異なる概念です。

ということで相当勉強しないと同軸ケーブルは理解できません。
ご健闘を祈ります。

お礼

ありがとうございます。

確かに特性インピーダンスはテスターで測っても測定出来るわけがないとは思うのですが、普通の反対側がオープンの同軸ケーブルのもう片側のグラウンドと伝送ラインをテスターで測ると49.9Ωくらいが表示されました。
後で、もう一度確認してみます。

それともしかしてこの50Ωというのは無限の長さをもつケーブルの両端の伝送ラインのインピーダンスなのでしょうか？それとも上記のようなグラウンド間のインピーダンスなのでしょうか？

それと、同軸ケーブルに電流を流すというのは、直流でも交流でも高周波でも問題なくうまくいくということなのでしょうか？

よろしくお願いいたします。

回答No.1

woodracket

・50Ωの同軸ケーブルをテスターで測ってみると確かに50Ωと表示されます。
これは疑問ですね。どんな計り方をしましたか。？例えば８Ωのスピーカーはテスターで計っても８Ωになりません。これは交流抵抗値を示しているからです。（スピーカーをテスターで計ると直流抵抗値は０Ωになる。）インピーダンス（交流抵抗）と直流抵抗は違います。
一般の方ならこの程度の知識でよいと思います。詳しくは交流理論を勉強しないと説明が付きません。

参考URL：

http://poem.kagebo-shi.com/denki/d09.html