予備実験

4.2.1 VNA 測定用コネクタ（接栓）の製作

今回使用した

VNA

にて用いる測定用の同軸ケーブルは

N

型コネクタである．そ のため，

N

型コネクタ同軸ケーブル以外のコネクタを測定する際は，

VNA

と被測 定物とを接続する測定用コネクタ（接栓）が必要となる．

N

型コネクタを加工す ることで測定用コネクタを製作したが，加工部の影響により多くのノイズが発生 し，正確な測定が不可能であった．そのため，同軸ケーブル付きのコネクタを使 用し，繊細なケーブルの先端と被測定物を接続することで測定を行い，加工部の ノイズ低減を図った．

同軸ケーブル付きのコネクタ様々な種類があるが，

N

型コネクタ同軸ケーブル は芯線が太く，本研究にて用いる被測定物（接合部と繋がるケーブル）との接続 には適さない．そこで，N型コネクタをその他の規格のコネクタに変換する．

ͲϭϬ Ͳϵ Ͳϴ Ͳϳ Ͳϲ Ͳϱ Ͳϰ Ͳϯ ͲϮ Ͳϭ Ϭ

Ϭ ϭ Ϯ ϯ ϰ ϱ ϲ ϳ ϴ

/Ŷ ƐĞ ƌƚ >Ž ƐƐ ΀Ě

΁

&ƌĞƋƵĞŶĐLJ΀',nj΁

E ^D &

図

4.5: BNC，SMA，F

型コネクタ同軸ケーブルの周波数特性

今回使用した

VNA

は最大

8GHz

までの周波数範囲にて測定が可能である．

一般的に高周波に対応した

BNC

型コネクタは

4GHz

まで対応している．ただし，

製造メーカー各社が更なる高周波対応の

BNC

型コネクタを開発しており，

Inmet

社の製品は

8GHz

まで，

Maury

社のものは

10GHz

まで，さらに

Weinschel

社のも

のは

12.4GHz

まで対応している．しかし，BNC型コネクタは高周波数に使うと漏

洩の可能性があることから，一般的には

2GHz

までの周波数での測定に用いる．ま た，

SMA

型コネクタは一般的に

26.5GHz

までのマクロ波の測定に用いる．

F

型コ ネクタは一般的に家電向けであり，TVアンテナ線等に用いられている．図

(4.5)

に

BNS

，

SMA

，

F

型コネクタ同軸ケーブルの周波数特性の測定結果を示す．一般 的に被測定物の伝送損失

(Insert Loss)

が

0dB

から

-3dB

である範囲に対応した周 波数範囲において，被測定物は使用可能である．これによると，被測定物が使用 可能な周波数範囲は

BNC

型コネクタ同軸ケーブルでは

0Hz

から約

5.5GHz

まで

, F

型コネクタ同軸ケーブルでは

0Hz

から約

3.1GHz

までであるが，

SMA

型コネク タ同軸ケーブルは，今回用いた

VNA

の測定限界である

8GHz

であっても，使用可 能であった．なお，全ての同軸ケーブルのリターンロスは

-10dB

以下であった．詳 細データは付録

(B)

に添付する．

そのため，本研究での実験ではより高周波特性に優れた

SMA

型コネクタを採用 し，測定用コネクタ（接栓）として用いる．このケーブルに圧着端子を取り付け ることで，ローゼットを介し同軸ケーブル以外のケーブルの測定を行った．

今回用いた，

N

型

-SMA

型変換コネクタの周波数特性の測定結果を図

(4.6)

に示 す．図

(4.6)

より，約

6.2GHz

までの周波数範囲での伝送損失は

-0.5dB

以内である ことが分かる．リターンロスは-10dB以下であった．詳細データは付録

(B)

に添付 する．実際の測定時の様子を図

(4.7)

に，製作したケーブル付きの

N

型

-SMA

型変

Ͳϰ͘ϱ Ͳϰ Ͳϯ͘ϱ Ͳϯ ͲϮ͘ϱ ͲϮ Ͳϭ͘ϱ Ͳϭ ͲϬ͘ϱ Ϭ

Ϭ ϭ Ϯ ϯ ϰ ϱ ϲ ϳ ϴ

/Ŷ ƐĞ ƌƚ >Ž ƐƐ ΀Ě

΁

&ƌĞƋƵĞŶĐLJ΀',nj΁

図

4.6: N

型

-SMA

型変換コネクタの周波数特性

換コネクタを図

(4.8)

にそれぞれ示す．また，その変換コネクタと圧着端子，ケー ブル付きコネクタ，ローゼットの型番を以下にまとめる．

SMA

変換アダプター   

Superbat

社

インピーダンス

50 [ Ω ]

 金メッキ

N

オス

- SMA

オス 材質：真鍮

(

ニッケルメッキ

)

圧着端子

裸端子 ニチフ

(

株

)

 

1.25Y-3.5

電線サイズ

0.25

〜

1.65 mm ²

ケーブル付きコネクタ 

SMA - f

型

ローゼット

テレホンコンセント 

ELPA

社 

TEA-020

６極

2

芯用

4.2.2 本研究における伝送損失の許容範囲

本研究ではモノ間の接合方式を測定する．その際にローゼットの使用が必要と なる．測定時に使用するローゼットとケーブル付きの

N

型

-SMA

型変換コネクタ

図

4.7: N

型

-SMA

型変換コネクタの測定

図

4.8:

製作したケーブル付きの

N

型

-SMA

型変換コネクタ

図

4.9:

ローゼットを用いたケーブル付きの

N

型

-SMA

型変換コネクタの測定 を組み合わせた場合を図

(4.9)

に，周波特性の測定結果を図

(4.10)

にそれぞれ示す．

図

(4.10)

によると，約

1.2GHz

までの周波数範囲にて

-1.5dB

以内の伝送損失があ ることが分かる．リターンロスは

-10dB

以下であった．詳細データは付録

(B)

に添 付する．

ケーブル付きの

N

型

-SMA

型変換コネクタの持つ減衰量とローゼットの持つ減 衰量とを考慮することで，一般的に伝送損失が

-3dB

以内である範囲に対応した周 波数範囲において，被測定物は使用可能であるとするが，本研究では-4.5dB以内 の伝送損失を許容範囲とする．

4.2.3 通信及び給電を同時に可能な規格を持つケーブルの評価

ここでは，通信及び給電を同時に可能な規格を持つケーブルの評価を行う．本 研究では，昔の

PLC

，最近の

PLC

，カテゴリ

5e UDP

のイーサネットケーブル，

SPE(IEEE802.3cg)

，同軸ケーブルについてを評価する．

周波数特性の評価

本研究では

-4.5dB

以内の伝送損失を許容範囲とする．図

(4.11)

によると，昔の

PLC

は約

25MHz

まで，

PLC

の周波数範囲は約

200MHz

まで，カテゴリ

5e UDP

の イーサネットケーブル中の

3

番

4

番の撚り対線は約

250MHz

まで，

SPE(IEEE802.3cg)

は約

1.1GHz

まで，同軸ケーブルは

3.3GHz

までが許容範囲である．リターンロス

Ͳϰ͘ϱ Ͳϰ Ͳϯ͘ϱ Ͳϯ ͲϮ͘ϱ ͲϮ Ͳϭ͘ϱ Ͳϭ ͲϬ͘ϱ Ϭ

Ϭ Ϭ͘ϱ ϭ ϭ͘ϱ Ϯ

/Ŷ ƐĞ ƌƚ >Ž ƐƐ ΀Ě

΁

&ƌĞƋƵĞŶĐLJ΀',nj΁

図

4.10:

ローゼットを用いたケーブル付きの

N

型

-SMA

型変換コネクタの周波数 特性

は

-10dB

以下であった．詳細データは付録

(B)

に添付する．

図

(4.12)

に通信及び給電を同時に可能な規格を持つケーブルの周波数特性評価

環境を示す．

Ͳϰ͘ϱ Ͳϰ Ͳϯ͘ϱ Ͳϯ ͲϮ͘ϱ ͲϮ Ͳϭ͘ϱ Ͳϭ ͲϬ͘ϱ Ϭ

Ϭ Ϭ͘ϱ ϭ ϭ͘ϱ Ϯ Ϯ͘ϱ ϯ ϯ͘ϱ ϰ

/Ŷ ƐĞ ƌƚ >Ž ƐƐ ΀Ě

΁

&ƌĞƋƵĞŶĐLJ΀',nj΁

KůĚW> W> >EϱĞϯͲϰ ^W ŽĂdž

図

4.11:

通信及び給電を同時に可能な規格を持つケーブルの周波数特性

ƚŚĞƌŶĞƚĂďůĞ Ăƚ͘ϱĞ hW

ĂďůĞŽĨW>

ĂďůĞŽĨ KůĚW>

ŽĂdž ^WĂďůĞ

図

4.12:

通信及び給電を同時に可能な規格を持つケーブルの周波数特性評価環境

データ品質の評価

図

(4.13)

に各規格のケーブルのデータ品質評価環境を，表

(4.1)

に各規格のモデ ムの情報を示す．図

(4.14)

から

(4.17)

において，緑色の

SPE(IEEE802.3cg)

ケー ブルを表す線は青色のイーサネットケーブルを表す線と重なっている．これらの 図より，SPE(IEEE802.3cg)はインターネット規格の一つであることが分かる．

一方，

PLC

は電力線を使用することから，電力線の通信性能は元々弱いため

SPE(IEEE802.3cg)

やイーサネットに比べ，速度が低下している．また，同軸ケー ブル通信はモデムの仕様により，最大

128Mbps

の通信速度であることが分かる．

しかし，このモデムは双方向通信のみ可能である．つまり，このモデムを

DQA

に て測定する場合，モデム経由で

1

回目のデータを送信した後，

DQA

から受信完了 の返信をモデムに送らなければ，モデムが送受信できないと勘違いを起こし，2回 目からの送受信を止める．そこで，今回は双方向通信を行ったため，同軸ケーブ ルの評価が非常に低下した．そのため，他のケーブルと比較しても参考にならな い．付録

(C)

にデータを添付する．

表

4.1:

データ品質を評価する際に用いた各モデムの情報

モデム メーカ 型番

Switch BUFFALO Lsw-TX-8EP(C1)

PLC Modem I-O DATA PLC-HD240E

old PLC Modem Panasonic BL-PA100KT

CoAx Modem

大井電気

(

株

) ODN-346-1

SPE Media Converter BCM954811 E.V.B（親機） NTT CPE

ボード（子機）

4.2.4 接合方式の提案の評価に用いるケーブル

ここまでの結果より，本研究の接合方式評価ではイーサネットの規格のひとつ である最新の

SPE

規格

(IEEE802.3cg)

に使用されるケーブルを用い，実験を行う ことを決定した．なぜならば，

SPE(IEEE802.3cg)

は第

2

章に記述した通り，低コ スト，同時に給電・通信が可能，イーサーネットより

10

倍長い距離の使用が可能 であることから，IoT向けであるためである．また，周波数特性とデータ品質とも に悪くないためである．

SPE(IEEE802.3cg)

ケーブルを模倣して接合方式の提案の評価に用いるケーブル を製作した．

本研究では

-4.5dB

以内の伝送損失を許容範囲とする．図

(4.18)

によると，

ADSL

向けの電話線

1

の周波数範囲は約

900MHz

まで，

ADSL

向けの電話線

2

の周波数 範囲は約

800MHz

まで，普通の電話線

3

の周波数範囲は約

250MHz

まで，普通の

ĂƚĂ YƵĂůŝƚLJ ŶĂůLJnjĞƌ

^ǁŝƚĐŚ

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ĂƚĂ YƵĂůŝƚLJ ŶĂůLJnjĞƌ

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ドキュメント内 JAIST Repository: 通信および給電を同時提供可能な接合方式に関する研究 (ページ 45-53)