同軸コネクタ ガイド

同軸コネクタの基本

取材協力:ユウエツ精機株式会社

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今さら聞けない あんな質問・こんな質問にお答えします!

名前と顔の一致
~ 同軸コネクタの種類 ~

—— 似たような名称の同軸コネクタがありますが?

同軸コネクタ同軸ケーブル専用のコネクタです。主に高周波信号の伝送用ケーブルとして無線通信機器や放送機器、ネットワーク機器、電子計測器などに用いられる同軸ケーブルは用途によって多くの種類があります。接続に際しては各ケーブルに合致した同軸コネクタが必要となるため、ケーブルの種類に対応した数の同軸コネクタが存在することになります<図1>。言い換えると、同軸コネクタは、使用する同軸ケーブルに合致したものを使うことが前提です。


図1:同軸コネクタの種類

また、接続に際しては接続する側とされる側で2種類の同軸コネクタが要りますし、ケーブルどうしを接続する場合と、ケーブルを機器のパネルやプリント基板に接続する場合とでは使用する同軸コネクタも異なります。製品としてはさらにケーブルをはんだ付けするのか圧着するのかといった部分にも違いがありますので品種も多いわけです。

同軸コネクタにはBNCSMAといった系列(シリーズ)があります。各名称は例えばNはPaul Neill(個人名)、BNCはBayonet Neill Concelman、SMAはSubminiature type Aなどそれぞれが誕生した背景で異なり統一されていません(異説もある)。

とはいえ、同軸コネクタの主な電気的機械的仕様はIECやMILなどの公的機関で規格として定められており、接続特性が保証されているので安心して使うことができます。

 主な同軸コネクタ

BNCコネクタ

 同軸コネクタとして、最も一般的。
 バヨネット式で脱着が容易。嵌合後にケーブルの軸回転が可能で扱い易い。

【結合方式】
【特性インピーダンス】
【使用周波数範囲】
【定格電圧】

 バヨネットロック(接続リング外径:約14.5mm)
 50Ω、75Ω
 4GHz以下
 500V(実効値)以下

TNCコネクタ

 BNCコネクタのねじ嵌合タイプ。
 容易に外れては困る用途(アンテナなど)に向く。

【結合方式】
【特性インピーダンス】
【使用周波数範囲】
【定格電圧】

 ねじ 7/16-28UNEF-2(接続リング外径:約14.5mm)
 50Ω
 4GHz 以下
 500V(実効値)以下

Nコネクタ

 ねじ嵌合部が大きく、機械的強度があるため太い同軸ケーブルが使用可能。
 帯域が広く、ある程度の電力用途にも使える。

【結合方式】
【特性インピーダンス】
【使用周波数範囲】
【定格電圧】

 ねじ 5/8-24NEF-2(接続リング外径:約20.5mm)
 50Ω、75Ω
 10GHz以下(50Ω)
 500V(実効値)以下

SMAコネクタ

 形状が小さく、ケーブルとの段差が少ないので広帯域まで対応する。
 マイクロ波機器にも広く採用されている。

【結合方式】
【特性インピーダンス】
【使用周波数範囲】
【定格電圧】

 ねじ 1/4-36UNS-2(接続リング外径:約8mm)
 50Ω
 12.4GHz以下
 335~500V(実効値)以下

SMBコネクタ

 SMAコネクタより小型。スナップロック式で脱着が容易。
 ケーブルの軸回転が可能。

【結合方式】
【特性インピーダンス】
【使用周波数範囲】
【定格電圧】

 スナップロック(接続リング外径:約 6mm)
 50Ω
 2GHz以下(JIS 500MHz以下)
 500V(実効値)以下

SMCコネクタ

 SMBコネクタのねじ嵌合タイプ。耐振動性や気密性に優れる。
 締結後のケーブルの軸回転はできない。

【結合方式】
【特性インピーダンス】
【使用周波数範囲】
【定格電圧】

 ねじ #10-32UNF-2(接続リング外径:約6mm)
 50Ω
 4GHz以下
 500V(実効値)以下

周波数、電力、対環境性
~ 基本的な同軸コネクタの選択 ~

—— ケーブルが決まれば、使用する同軸コネクタも決まりますか?

同軸ケーブルと同軸コネクタは1対1に対応しているわけではありませんが、同軸コネクタは、使用するケーブルに合致したものを使うというのが前提ですから、基本的にはケーブルが決まれば、後は接続方法等で使用する同軸コネクタも決まることになります。

では、使用する同軸ケーブルは何で決まるかというと、伝送する信号の周波数と電力(耐電圧)が第一の要素でしょう。これに伝送距離に伴う伝送損失や配線形態(フレシキブル or リジット)などを勘案してケーブルが決まり、使用できる同軸コネクタも絞り込まれます。

仕様上の最高周波数は理想的な接続状態で使う場合の値ですので、実際の使用に当たっては十分な余裕を見込んでください。また一見同じ同軸コネクタに見えても、使用できる最高周波数が異なる製品もありますのでよく確認してください。

ギュッと締まる・カチッとはまる
~ 同軸コネクタの接続方式 ~

—— ねじ締めのものとそうでない同軸コネクタの違いは何ですか?

コネクタの接続方式も、同軸コネクタを決める際の一要素です。接続方式には振動等がある環境でも確実な接続が得られる「ねじ接続」、バネの働きにより押し込むとカチッとはまる「スナップオン」、抜き差しが簡単な「スライドオン」、押して少し回転させることで抜き差しする「バイヨネット」などがあります。

例えば測定器の入出力端子など抜き差しの機会が多い機器にはバイヨネット方式のBNCが向いていますが、同じケーブルに対しても通信機器のように抜き差しの機会が少ない代わりに確実な接続を必要とする用途にねじ接続のTNCが適しているというわけです。

ちなみに、ねじ接続は手で回すタイプ(Nコネクタ等)とスパナで回すタイプ(SMAコネクタ等)があります。接続時にスパナを回すスペースの確保などは意外と見落としやすいものです。

反射に逆らわない接続
~損失とインピーダンス整合 ~

—— 同軸ケーブルには必ず同軸コネクタを使わないとダメですか?

高周波信号の接続や伝送に同軸ケーブルを使うのは、送り側と受け側、それに伝送路のインピーダンスを整合させることで反射による伝送ロスを無くすことが主要な目的です。したがって、インピーダンス整合が保たれるのであれば、はんだ付けなどで同軸ケーブルを接続してもかまわないと考えることはできます。しかしながら、例えば二本の同軸の整合を保ちながらはんだ付けで接続するのは現実的には困難です。

<図2>はインピーダンスの不整合によるVSWR(電圧定在波比)と不整合減衰量、つまり反射によって生じるロス(Return loss)の関係を示したグラフです。


図2:VSWRと不整合減衰量

ラフな接続ではVSWRが3を超えることも珍しくありませんが、VSWR=3の時の不整合減衰量は6dBで、送り出した電力の25%もがロスになることを示しています。これに対して同軸コネクタを使えばVSWRを1.2程度以下に抑えることができ、1%以下の損失で済みます。

また、機器間をケーブルで接続する場合などには、取り付け易さと共に取り外し易すいことも必要です。同軸コネクタはインピーダンス整合が保たれるうえ脱着が容易ですから、いずれの要求も満たします。

50と75の不思議
~ 構造とインピーダンス ~

—— 同じコネクタで50Ωと75Ωがあるのは何故ですか?

同軸円筒状をした構造体の特性インピーダンスは両導体の内外径比と両者間に介在する絶縁物質の誘電率で決まります。同軸コネクタは同軸ケーブルのインピーダンスに合致するように作られているので、同じ形状をしたコネクタでもインピーダンスが50Ωと75Ωのものとでは絶縁体の材料もしくは形状が違うはずです。

<図3>にBNCについて50Ω品と75Ω品比較を示しました。中心導体を囲む絶縁体の形状が異なっているのが分かります。BNCの場合、両者は機械的には相互接続できてしまうので、ウッカリして間違わないように注意してください。

なお、N型にも50Ωのものと75Ωのものがありますが、両者は機械的にかみ合いません。


図3:75Ω(写真上)と50Ω(写真下)のBNC


謎の男女関係
~ 間違いやすい呼称 “オス-メス” の表記 ~

—— PとかJとか色々あってよく分かりません。

同軸コネクタは凹と凸の中心導体をかみ合わせることで同軸構造を保ったまま確実な接続を実現しています。したがってコネクタが凹と凸のどちら側であるかを明示する必要があり、そのための表記としてPやJなどの記号が用いられます。

呼び習わし方としてオスとメス、プラグとジャックなどがありますが、他のコネクタ類でも呼び方は同じですので統一して憶えておくと良いでしょう。<図4>に呼び方を整理しておきました。


図4:オス-メスの表記
中心導体の形状:凸 中心導体の形状:凹
オス(雄) メス(雌)
M:(Male) F:(Female)
プラグ ジャック
P:(Plug) J:(Jack)

<図5 A,B>はBNCのジャックとプラグを示しています。図からは分かりにくいのですが、Aが中心導体が尖ったプラグ(P,M,オス)で、Bは中心導体が凹状になったジャック(J,F,メス)です。一方、同図のCは同じBNCのメスですが、機器のパネル面などに取り付けるためのもので、この場合はレセプタクル(Receptacle 記号:R)と呼ばれます。同図はストレートタイプの前側ねじ止め式のレセプタクルですが、他にも取り付け面がフランジ(ねじ穴の空いた四角いツバ状)になったものやプリント基板に直付けするもの、直角方向に取り付けるものなど様々なタイプがあります。

 
図5:表記の例      
 

ちなみに、<図5>のDとEはBNCのT型分岐コネクタとNからBNCへの変換コネクタです。それぞれ各端子のオスとメスの関係を含めて示すと、図のT分岐はジャック-プラグ-ジャックになっているので[BNC J-P-J]、変換コネクタの方は Nのオス(Mail)とBNCのメス(Female)が付いているので[N-M BNC-F]ということになります。

オス-メスの関係で注意したいのは、SMBのコネクタです。SMBは<図6>に示したとおりプラグ(オス)の中心導体が凹状(メスコンタクト)となっていて他のコネクタとは逆だからです。<図7>にはSMAの場合を示しておきましたので較べてみてください。


図6:SMBの中心導体
左の二つがプラグ(メスコンタクト)
右の二つがジャック(オスコンタクト)
          
 
図7:SMAの中心導体



 
左がプラグ(オスコンタクト)
右がジャック(メスコンタクト)
 

細かな気配り
~ ケーブルアセンブリ ~

——ケーブルとの接続は自分でやってもかまいませんか?

仕組みの上から言うと同軸ケーブルとコネクタは直接的かつシンプルに接続されるようになっていますので、難しいものではありません。ただし、同軸線路としてインピーダンスを乱してはなりませんので、自分でアセンブリする場合は慎重な作業が求められます。

<図8>は、BNCのプラグをアセンブリする際の手順例です。各部品をケーブルに通す順序を間違わないことはもちろん、ケーブルの外皮、編組、絶縁体、中心導体各部のカット寸法(剥きしろ)はメーカーの指示書に従って正確にカットし、編組は十分に“ほぐす”といったことも厳守してください。

    
図8:BNCのケーブルアセンブリ手順 
       ケーブルを指定された寸法でカット後、締付金具・座金・ガスケット・クランプの順で通す。



編組線をときほぐしてクランプ上に折り返し、クランプのつばよりはみ出た編組線はカットする。カット後、中心コンタクトをはんだ付けする。


コネクタ本体に差し込み、締付金具で固定する。

 

さらに、コネクタの中心導体をはんだ付けする際は“はんだ”の熱で絶縁体を変形させることの無いよう手早い作業を心がけてください。熱が逃げやすいように中心導体をメスのコネクタに差し込んで作業するのもひとつの方法です。

同軸ケーブルの編組処理は意外とやっかいで、作業のバラツキがでやすい、数が多い場合は圧着タイプのコネクタを使用することも多くなっています。その場合は、指定した圧着器を使い、圧着強度の管理も忘れないようにしてください。また、アンテナ設備など屋外で使用することもあると思います。その場合、多くのコネクタは自身に防水機能は備えていませんので、接続後は自己融着テープを巻くなどのシール処理を施してください。

不安定要素を取り払う
~ ケーブルアセンブリ ~

——加工に自信が持てません。

ポータブル機器の内部や通信機のボード間接続などではSMKやMMCXといった極小のコネクタと極細のケーブルを組み合わせることも多くなってきました。また、通過する信号の周波数もGHz~数十GHzと高くなってきています。

場合によってはリジット(Rigid:硬質)やセミリジットのケーブルも使われます。これらのケーブルアセンブリには精密さが要求されるほか専用の工具が必要だったりしますので、アセンブリ済みのケーブルを購入するかアセンブリ作業をコネクタメーカに委ねることで不安定要素を取り払うのが妥当です。


 図9:ケーブルアセンブリの製品例 

さらに、コネクタの中心導体をはんだ付けする際は“はんだ”の熱で絶縁体を変形させることの無いよう手早い作業を心がけてください。熱が逃げやすいように中心導体をメスのコネクタに差し込んで作業するのもひとつの方法です。

同軸ケーブルの編組処理は意外とやっかいで、作業のバラツキがでやすい、数が多い場合は圧着タイプのコネクタを使用することも多くなっています。その場合は、指定した圧着器を使い、圧着強度の管理も忘れないようにしてください。また、アンテナ設備など屋外で使用することもあると思います。その場合、多くのコネクタは自身に防水機能は備えていませんので、接続後は自己融着テープを巻くなどのシール処理を施してください。

過信は禁物
~ 応用製品の注意事項 ~

——コネクタに終端抵抗が付いているのとかもありますね。

同軸コネクタの応用製品として整合された抵抗器を取り付けた無反射終端器(Termination)や減衰量が定められた固定減衰器(Attenuator)、さらに分配器や合成器、サージプロテクタなどがあります。これらのうち無反射終端器と固定減衰器は内部に抵抗器が入っているため、それぞれについて使用できる最大電力が規定されています。最大電力を超えて使用すると内部の抵抗が焼損しますので注意してください。

なお、電子計測などでは先に<図5のD>で示したようなT型の分岐コネクタを使うことがよくあります。その場合、同軸線路としての形状から外れることになるので、インピーダンス等は保証されないことも頭に入れておくとよいでしょう。

      
 図10:無反射終端器の製品例 

同軸コネクタ Q&A

Q. 同軸コネクタのMMCXとMCXのインピーダンスは何Ωですか?

A. MMCX:50Ω MCX:50、75Ωの両方があります。

Q. PALコネクタ(PALシステム)とは?

Aカラーテレビの放送方式で使用するコネクタ(システム)です。
PAL:イギリス・イタリアなどヨーロッパやアジア、アフリカで主流
NTSC:日本・韓国・台湾、アメリカ大陸で主流
SECAM:フランスなどヨーロッパ一部、アフリカで主流

Q. SMAコネクタを選ぶ際、RG402とRG405とありますが何か違うのでしょうか?

A. RG402は、外径φ3.58mmのケーブルに、RG405は、外径φ2.19mmのケーブルに使用します。

Q. 同軸ケーブル接続方法に、クランプタイプとクリンプとありますが、何が違うのでしょうか?

A. クランプとは、特殊な工具(圧着工具など)を必要としない接続方法です。芯線は、はんだ付けするのが一般的です。クリンプとは、圧着工具など、特殊工具が必要な接続方法です。芯線は、圧着・はんだ付けの2タイプがあります。

Q. BNC基板実装レセプタクルにある、ロープロファイルとは何ですか?

A. 通常タイプよりも高さが低いという意味です。仕様は、通常品と同じです。

Q. コネクタとケーブルの組立ては対応していますか?

A. 対応しておりません。組立て品は、“ケーブルアセンブリ”として各種取り揃えています。

Q. BNCとSMAなどの変換プラグの取扱いはありますか?

A. 各種変換アダプタを取り揃えています。RSの検索画面にて、コネクタ規格を入力し、検索して下さい。

Q. 3重同軸ケーブルの表示が、1.5C、1.5D、2.5C、2.5Dとなっていますが、通常の2重同軸ケーブルの1.5Dと2.5Dの太さと同じですか。

A. 3重同軸ケーブルですが、芯線、シールド1、シールド2といった構造になっているので、通常の同軸よりも外径は太くなります。1.5Dはφ5、2.5Dはφです。2重同軸ケーブルの1.5Dと2.5Dより太くなります。

Q. SMCコネクタのL型のフタの取り付け方法を教えてください。

A. Pressです。いわゆる圧入になりますが専用工具は特に必要ありません。

Q. SMAとSMBのプラグとジャックとは何ですか?

A. SMA、SMBなどにプラグとジャックという名称はありません。コネクタ形状が特殊な為、中心コンタクトが出っ張っているほうがオス、穴が開いているほうがメスという解釈をしてください。変換コネクタなどを購入する際はデータシートにて形状を確認してください。

Q. SMAコネクタの拘束、非拘束とは何ですか? 

A. コネクタを回すとケーブルも一緒に回るタイプが拘束で、ケーブルが回らないタイプが非拘束です。

Q. 高周波同軸を探しています。片側がSMBのLプラグ、もう片側はSMAストレートプラグ、5mを探しています。変換アダプタがよいのか、それとも作成した方がよいですか?

A. 本件の場合は、変換アダプタ&変換アダプタ等で中継するより、SMAプラグとSMBのLプラグで作成したほうが、伝達ロスが無く良いと思われます。

Q. 一般的にジャックと呼ばれるコネクタはレセプタクル、いわゆるメス側でいいのですか?

A. ジャック=メス側を示します。レセプタクルはパネルなどに取り付けるジャック(メス)です。しかしあくまでも一般的に呼ばれている名称ですので、メーカーによって異なる場合もあります。

Q. BNCケーブルの50Ωと75Ωの商品の選定方法は?

A. 同軸ケーブルのインピーダンスです。インピーダンスを合わせないとインピーダンス整合が取れなくなるので同じimpedanceのものをお使いください。

Q. 同軸ケーブル、RG58/UとRG58A/Uの違いは何ですか? 

A.インピーダンス、静電容量、減衰特性などが違います。

RG58/URG58A/U
インピーダンス(Ω) 53.5 50
静電容量(nF/km) 94 102
減衰特性(dB/10MHz) 42 48

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