ケーブルインピーダンス計算

急速に変化する信号を運ぶケーブルは、単純な導線ではなく伝送線路として振る舞います。導体は分布インダクタンスによって磁気エネルギーを、分布静電容量によって電気エネルギーを蓄えます。この二つの特性の比が特性インピーダンスを決めます。これは、無限長または完全に整合終端された線路を進む波の電圧と電流の関係です。単位はオームですが、ケーブルの両端で測る直流抵抗とは異なります。 理想的な無損失線路では、特性インピーダンスは単位長さあたりのインダクタンスを静電容量で割った値の平方根です。この計算機はマイクロヘンリー毎メートルとピコファラド毎メートルで入力を受け付け、必要な単位換算を行い、インピーダンスをオームで表示します。また、インダクタンスと静電容量の積の平方根から伝播遅延を計算します。この入力単位なら、その平方根がそのままナノ秒毎メートルになります。信号速度は十億をナノ秒毎メートルの遅延で割った値です。 一般的な 50 オーム線路では、インダクタンスが約 0.25 マイクロヘンリー毎メートル、静電容量が約 100 ピコファラド毎メートルの場合があります。この場合、遅延は一メートルあたり五ナノ秒、速度は毎秒約二億メートルで、真空中の光速のおよそ三分の二です。分布定数はケーブルの誘電体材料と形状によって決まります。同軸の直径比、ツイストペアの間隔、絶縁体の誘電率、シールド、近くの導体、製造公差などが影響します。 信号の立ち上がり時間や波長に対してケーブルの電気長が無視できなくなると、インピーダンス整合が重要になります。信号源、線路、負荷のインピーダンスが異なると、進行波の一部が反射します。反射はリンギング、オーバーシュート、伝送電力の低下、データエラー、定在波の原因になります。無線システムでは 50 オーム、放送映像では 75 オームがよく使われ、多くの差動デジタルインターフェースは管理された差動インピーダンスを使用します。コネクタが合うだけで、これらの規格を相互に置き換えることはできません。 無損失の式は設計上の概算に有用ですが、実際のケーブルには周波数で変化する直列抵抗と並列コンダクタンスもあります。表皮効果、誘電体損失、コネクタの不連続、曲げ、温度、設置条件も挙動を変えます。高周波や安全性が重要な用途では、メーカーのデータやネットワークアナライザの実測値を使ってください。この計算機は、分布定数の確認、ケーブル構造の比較、伝送線路の基礎学習、詳細な周波数依存解析に進む前の信号品質の初期評価に適しています。