屋外用同軸ケーブルの耐候性ガイド

日本語フォーラム 電子部品技術の深層
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APDahlen Applications Engineer

信頼性の高い機器運用には、適切な施工技術が不可欠です。これは、電子機器が風雨にさらされる場合に特に当てはまります。この技術概要では、屋外ケーブルを保護する簡単な方法を紹介します。この一般原則は、ケーブル接続を含むあらゆる屋外接続に適用することも、またはジャンクション ボックスを通過するワイヤの追加保護として適用することもできます。デモンストレーションでは、図1に示すように、短いLMR-400同軸ケーブルと部品（テープ）を使用します。

個人的な話ですが、私はこの技術を陸上や海上での無線周波数、ビデオカメラ、および多芯制御ケーブルに使用してきました。この技術はシンプルで、塩水しぶきや時折デッキに押し寄せるグリーンウォーターの波など、風雨に対して優れた保護を提供します。

Figure 1: Picture of the LMR-400 cable with TNC connectors along with supplies used in the article.
Figure 1: Picture of the LMR-400 cable with TNC connectors along with supplies used in the article.975×731 72.1 KB

図1： TNCコネクタ付きLMR-400ケーブルと、記事で使用した部品の写真

技術的なヒント： 無線周波数の作業には、さまざまな同軸ケーブルが利用できます。一般的な例としては、RG-58、RG-8、およびLMR-400があります。各ケーブルには、所定の電力処理能力と減衰量があります。LMR-400は、配線延長時に優れたパフォーマンスを発揮します。

このデモで使用した部品

今回のデモでは、以下のコンポーネントを使用しました。

  • MおよびF TNCコネクタ付き3.3フィートのLMR-400延長ケーブル。LMR-400ケーブルは、便利なジャストサイズのデモを提供します。

  • シリコーン自己融着テープ。この自己融着テープは、風雨に対する優れたシールドを提供します。しかし、比較的デリケートです。後述のように、切れやすく、種類によっては紫外線に弱いこともあります。このテープを選んだ理由は、その望ましい物理的特性と、見やすい青い線による視覚的インパクトにあります。より安価な代替品はこちらをご覧ください。

  • 黒い絶縁テープは、デリケートな自己融着テープのシールドになります。摩耗、穴あき、および太陽光の紫外線から保護します。

ケーブルの耐候性を高める手順

ケーブルの耐候性を高めるには、いくつかの簡単なステップがあります。

ステップ0：検査

まず、清潔で乾いたケーブルで作業を始めます。特に、風雨にさらされていたケーブルは、必ず点検してください。

技術的なヒント： 私の経験では、腐食はケーブルの両端の開いているところから進行します。緑色の銅は、特に同軸ケーブルの編組に異常があることを示す最初の兆候です。腐食が見つかった場合は、ケーブルの端から1フィートを切断し、端を再接続することを検討してください。楽しい作業ではありませんが、寒い雨の夜にシステムがダウンしたときよりも、自分の都合の良いときに行う方が楽です。

ステップ1：自己融着テープ

図2と図3に示すように、自己融着テープでコネクタを巻きます。自己融着テープが適切に機能するためには、十分なオーバーラップを設けることが重要です。図2を見ると、そのテープは中央に青いガイドがあります。連続したラップが青線を覆えば、作業は成功です。

図3では、自己融着テープがコネクタを超えて巻かれているのがわかります。この例では、TNCコネクタの熱収縮チューブ部より1インチ長く巻かれています。

Figure 2: Picture of the partially wrapped TNC connection. The proper overlap is ensured when each consecutive wrap covers the blue line. The clear plastic covering prevents the tape from self-bonding while in storage.
Figure 2: Picture of the partially wrapped TNC connection. The proper overlap is ensured when each consecutive wrap covers the blue line. The clear plastic covering prevents the tape from self-bonding while in storage.975×589 47.4 KB

図2： 一部が巻かれたTNC接続の写真。適切な重なりを確保するために、青線を覆うように連続して巻いていきます。透明なプラスチックのシートが、保管中のテープの自己融着を防ぎます。

技術的なヒント： 自己融着テープは、わずかな張力をかけて巻いてください。図2では張力はかかっていませんが、完成したラップは元のテープ幅よりも細いため、幅が狭くなる歪みが見られます。

Figure 3: Image of the completed wrap. Note that the self-fusing tape extends beyond the TNC connectors by about an inch.
Figure 3: Image of the completed wrap. Note that the self-fusing tape extends beyond the TNC connectors by about an inch.964×255 62.8 KB

図3： 完成したラップの写真。自己融着テープがTNCコネクタの部分より約1インチ長くなっていることに注意してください。

ステップ2：保護オーバーラップ

自己融着テープは耐候性に優れています。しかし、切れやすく、摩耗しやすく、紫外線で劣化するテープもあります。簡単な解決策は、図4に示すように、黒い絶縁テープの保護層を追加することです。選択した3M Super 33+テープは極端な温度にも耐えられます。

図5に示すように、絶縁テープを自己融着テープに対し約1インチ長く巻いてください。

Figure 4: The self-fusing tape is protected by a coving of black electrical tape.
Figure 4: The self-fusing tape is protected by a coving of black electrical tape.975×731 85.6 KB

図4： 自己融着テープは黒い絶縁テープで覆われて保護されています。

技術的なヒント： わずかに張力をかけると、ラップの完全性が向上します。ただし、作業が完了したら、必ず張力をゼロにしてラップを追加してください。これにより、端が浮き上がるのを防ぐことができます。これは特に絶縁テープの場合に当てはまります。端が風でバタバタするのは望ましくないからです。

Figure 5: The black electrical tape extends about an inch beyond the self-fusing tape.
Figure 5: The black electrical tape extends about an inch beyond the self-fusing tape.994×232 63.9 KB

図5： 黒い絶縁テープは、自己融着テープに対し約1インチ長く巻かれています。

技術的なヒント： この技術は、図6に示すSparkfunのTOP106アンテナのようなケーブル貫通部にも使用できます。このアンテナはRTK Express GNSSレシーバキットに含まれています。

Figure 6: The self-fusing tape may be used to weatherproof cable penetrations such as this Sparkfun “UFO” antenna. The black electrical tape should be added to protect the self-fusing tape.
Figure 6: The self-fusing tape may be used to weatherproof cable penetrations such as this Sparkfun “UFO” antenna. The black electrical tape should be added to protect the self-fusing tape.975×731 40 KB

図6： 自己融着テープは、このSparkfunの「UFO」アンテナのようなケーブル貫通部の耐候性に使用できます。自己融着テープを保護するために、黒い絶縁テープを追加します。

ステップ3：定期点検と取り外し

ケーブルの接続は定期的に点検する必要があります。そのタイミングは、システムの重要性と現地の天候に依存します。毎年実施すべき検査もあれば、数年待ってもよい検査もあります。技術的なヒントで提案したように、寒くて雨の日に腐食と戦うよりも、自分で選んだ天気の良い日に検査を実施するのがベストです。

ケーブルラップは、図7に示すように、鋭利なナイフで簡単に取り除くことができます。自己融着テープに一定の内部張力がかかっていることを確認してください。テープが裂けて傷口が広がり、下地のケーブルが露出する可能性があります。この特性に対する保護が、絶縁テープを追加する理由の1つです。

自己融着テープは粘着性がないことを確認してください。黒い絶縁テープのように粘着跡は残らず、金属部やケーブルがきれいなままなので非常に望ましいことです。唯一粘着性が残るのは、黒い絶縁テープが自己融着テープを超えて伸びていた接続部分から数インチ離れたところです。

Figure 7: The self-fusing tape is easily removed with a sharp knife. Observe that the connection is clean as the self-fusing tape does not stick to the cable or metal components.
Figure 7: The self-fusing tape is easily removed with a sharp knife. Observe that the connection is clean as the self-fusing tape does not stick to the cable or metal components.975×731 79.7 KB

図7： 自己融着テープは鋭利なナイフで簡単に剥がせます。自己融着テープはケーブルや金属部品に付着しないため、接続部がきれいであることを確認してください。

まとめ

長年にわたり、私は粗悪な屋外用ケーブルの設置に何度か遭遇してきました。特に腐食がケーブルの奥深くまで及んでいる場合は、楽しいことではありません。たるみがある場合、ケーブルを短くすることで問題が解決する場合があります。また、余分な時間と費用を費やして、丸1日かけて新しいケーブルを引っ張らないといけないこともあります。

この記事で紹介する技術により、かなりの時間と労力を節約できます。たしかに、材料にはお金がかかるし、ケーブルを検査し、接続部を適切に耐候処理するには時間がかかります。しかし、それはケーブルや部品の交換に比べれば大したことではありません。

このトピックについて、特に腐食に関する良いエピソードがあれば、以下のスペースでご意見をお聞かせください。また、このノートの最後にある問題と批判的思考を使う問題に答えて、自分の知識をテストしてください。

ご健闘をお祈りします。

APDahlen

著者について

Aaron Dahlen氏、LCDR USCG（退役）は、DigiKeyでアプリケーションエンジニアを務めています。彼は、技術者およびエンジニアとしての27年間の軍役を通じて構築されたユニークなエレクトロニクスおよびオートメーションのベースを持っており、これは12年間（一部、軍での経験を織り交ぜて）教鞭をとったことよってさらに強化されました。ミネソタ州立大学Mankato校でMSEEの学位を取得したDahlen氏は、ABET認定EEプログラムで教鞭をとり、EETプログラムのプログラムコーディネーターを務め、軍の電子技術者にコンポーネントレベルの修理を教えてきました。彼はミネソタ州北部の自宅に戻り、このような記事のリサーチやエレクトロニクスとオートメーションに関する教育記事の執筆を楽しんでいます。

注目すべき業績

Dahlen氏は軍事工学の経験を生かし、過酷な環境に適した堅牢で信頼性の高いエレクトロニクスソリューションに関する独自の見識を示しています。彼の記事には、米国沿岸警備隊時代に得た実践的で役立つ知識がしばしば反映されています。この記事を書いている時点で、彼は148以上のユニークな記事を作成し、さらに490のフォーラムへの投稿を提供しています。

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問題

以下の問題は、記事の内容を補強するのに役立ちます。

  1. 自己融着とはどういう意味ですか？

  2. 仮にUV耐性の自己融着テープを見つけたとしたら、それでも外側に絶縁テープを巻く必要がありますか？

  3. 検査すると、ケーブルコネクタに緑色の液体が付着していることがわかりました。適切な処置を説明してください。

  4. システムはどのくらいの頻度で検査する必要がありますか。満点を取るには、お住いの地域の気象条件に特化してお答えください。

  5. なぜ絶縁テープの前に自己融着テープを巻くのですか？

  6. Super 33+絶縁テープと比較して、摩耗特性が向上する適切なテープを選択してください。 ヒント：この3M Tapes to complete your toolkitドキュメントを確認してください。

  7. この記事では、TNCコネクタを使った接合を紹介しています。なぜこのようなケーブル中間の接続が望ましくないのでしょうか？ヒント：送信機で何が問題になるのでしょうか？また、技術者は設備の寿命期間中にどのように時間を費やすのでしょうか？

  8. マスチック（防水および充填用しっくい）がケーブルの耐候性にどのように応用できるかを調べ、説明してください。

  9. 自己融着テープは、ホットグルーの有無にかかわらず、マスチックやヒートスプリングチューブなどの代替品に比べてどのような利点がありますか？

批判的思考を使う問題

これらの批判的思考の問題は、記事の内容を発展させ、その素材と隣接するトピックとの関係を全体像として理解させます。多くの場合、自由回答であり、調査が必要であり、エッセー形式で答えるのが最適です。

  1. RG-58、RG-59、RG-6、RG-8、およびLMR-400の特性を示す表を作成してください。インピーダンス、取り扱い電力、中心導体のタイプ、100フィートあたりの減衰量、最大周波数などの要素を含めてください。

  2. この技術概要では、ケーブルの接合は屋外で行われると仮定しています。地下接続に適した製品を調査し、選択してください。満点を取るには、まずLMR-400が地中埋設に適しているかどうかを説明する必要があります。

  3. 同軸ケーブルに関して、TDRとは何ですか？今回使用のデバイスはどのようにメンテナンスされますか？

  4. 同軸ケーブルがPVCパイプの中に敷設されることがよくあります。これにより、溝掘りとは異なり、ケーブルを簡単に取り外すことができます。直径2インチのパイプに設置されたケーブルに作用する問題を特定してください。




オリジナル・ソース（English）