KR100334888B1 - Ｕｔｐ 케이블 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 UTP 케이블에 있어서, 특히 200㎒ 주파수 이내에서의 전기적 특성을 만족시키기 위한 케이블 구조의 개량에 관한 것으로,

재질이 구리이며, 일개의 케이블 어셈블리에 2개 그룹으로 분할된 크기로 제공되어 지름의 편차에 따라 전기적 특성을 변화시키는 도체와; 재질이 폴리에틸렌류이며 상기 도체를 보호하고, 제품의 원형유지 역할을 하며, 일개의 케이블 어셈블리에 내장하되, 외경이 다원화된 절연코어로 이루어지는 절연체와; 일개의 케이블 어셈블리 내부에 상기 절연된 제품을 2코어 이상으로 그룹화 시켜 코어 배열을 구분시키되, 외경이 상이한 4페어로 구성하여 전송 특성을 만족시키기 위한 대연부와; 재질이 폴리에틸렌류이며 대연 작업시 페어간의 배열이 이탈되거나 틀어지는 현상을 구조적으로 안정화 시키는 필러와; 상기에서 절연된 제품과 대연된 제품을 코어 단위나 페어 단위 이상으로 그룹화 시키는 집합부와; 재질이 PVC류이고, 절연체를 보호하며, 제품의 원형 유지와 외부로부터 가해지는 기계적 화학적 충격을 완충시켜 절연체와 도체를 보호하는 시스체를 포함하여 이루어짐이 특징이다.

Description

ＵＴＰ 케이블 구조{Design for Cat.6 UTP Type Cable}

본 발명은 UTP 케이블에 관한 것으로, 특히 200㎒ 주파수 이내에서의 전기적 특성을 만족시키기 위한 케이블 구조의 개량에 관한 것이다.

일반적으로, 데이터 전송용 케이블에는 다양한 종류가 있으나, 그 중 UTP 케이블은 LAN, IBS의 대용량 데이터 전송의 신속성 및 고신뢰성이 요구되는 시스템에 사용되는 케이블이고, 주로 LAN, IBS 및 인터넷 등 PC 통신, 주거용 건물 내 통신용 케이블 및 멀티-미디어 서비스(대용량 데이터 전송)용으로 사용된다.

UTP 케이블의 분류로는 주파수 기준에 따라 Cat(Category).3(16㎒),Cat.4(20㎒), Cat.5(100㎒), Cat.6(200㎒)로 구분하고, 차폐여부 기준에 따라 UTP(Unshiled Twisted Pair), FTP(Foiled Twisted Pair), STP(Shiled Twisted Pair)로 구분한다.

추가로 Pair 수 및 난연특성 기준에 따라 구분하는 경우도 있다.

상기 UTP 케이블의 구조적 분류는 주로 3타입으로 구분되며, UTP 타입과 FTP 타입, STP 타입으로 나누어진다.

1) UTP 타입: UTP 타입은 크게 3가지 타입중 가장 범용적이고 일반화되어 있는 타입으로, 기본적으로 신선, 절연, 대연, 집합, 쉬스 공정을 구성하고 있으면 언제든지 유사제품을 생산할 수 있는 타입이다.

구조적인 특징은 두개의 절연된 도체가 하나의 쌍(Pair)으로 꼬여진(Twisted)형태로 4쌍이 트위스트(Twist)되어, 절연코어가 총 8코어로 구성되어 있다.

이 타입은 기존의 동축 케이블이나 광케이블에 비해 가격이 저렴하고, 구조가 간단하며 직경이 작아 접속 및 탈피가 용이하여, 포설 및 철수, 이동 및 변경이 용이한 장점이 있다.

(2) FTP 타입:

FTP 타입은 상기 UTP 타입에다 포설 환경 조건을 고려한 케이블이다.

즉, 주위에 노이즈 소스인 고전압선 등과 같이 포설될 경우, 그에 유기되는 노이즈 및 유기신호를 접지시켜 전송특성 품질을 한층 더 강화한 타입이다.

구조상으로는 UTP 구조에다가 4 Pair 전체를 감싸는 차폐층(금속타입)이 추가된 타입이며, 이 차폐층은 또 하나의 유기신호를 발생시켜 전송특성중에, 특히 중요한 감쇄량 특성에 영향을 주어 전송 품질을 떨어뜨리는 단점이 있다.

(3) STP 타입:

일반 UTP 타입으로는 최대 200 - 350㎒(or Mbps) 주파수 대역상에서 전송이 가능하나, 그 이상의 주파수 대역에서는 누화 특성과 감쇄량 특성과의 차이(ACR이라고 하며, 최소 10dB 이상 되어야 전송 가능함)때문에 불가능하다.

이를 해결하기 위해 STP 타입이 도입 되었는데, 구조적인 해결책으로 개개 Pair를 금속 타입으로 각각 차폐를 하여, 누화 특성을 향상시키고, 대연 피치를 상대적으로 길게 하여 감쇄량 값을 향상하여, ACR값을 10dB 이상 되게 하는 구조이다.

기존의 Cat.5 UTP 구조는 도면 1과 같다.

즉, 도면에서 1은 도체(10)로써, 재질은 구리를 사용하고, 규격은 24AWG를 주로 적용하며, 구리의 재질과 수준과 도체경의 편차에 따라 전기적 특성을 변화시킬 수 있는 부분이다.

그리고 2는 절연체(20)로써, 재질은 폴리에틸렌(Polyethylene)류를 사용하며, 도체를 보호하고, 제품의 원형유지의 연결을 하며, 특히 절연체 재질은 물성 특성과 전기적 특성, 난연 비난연의 사양 만족 여부를 결정하는 중요한 부분이고, 구조적으로는 8코어 모두 동일 수준의 재질과 동일 수준의 외경으로 규칙화 되어 있다.

그리고 3은 대연부(30)로써, 절연된 제품을 2코어 이상으로 그룹화 시킨 것으로, 이런 그룹 형태는 코어 배열의 구분 및 케이블의 형상을 나타내기 위한 부분이다.

그리고 4는 집합부(40)로써, 절연된 제품이나 대연된 제품을 코어 단위나 페어 단위 이상으로 그룹화시킨 것으로, 대연 작업과 같은 기능인 코어 배열의 구분 및 케이블의 형상을 나타내기 위한 부분이다.

그리고 5는 시스체(50)로써, 재질은 PVC류를 사용하며, 절연체를 보호하고, 제품의 원형 유지와 외부로 부터 기계적이나 화학적 충격을 완충시켜 절연체의 도체를 보호하는 역할을 하며, 특히 쉬스체의 물성 특성과 난연 특성은 화재방재 역할을 대행하는 부분이다.

그러나 전기적인 특징에서는, 일반화된 제품(Cat.3. 4. 5)Spec 으로 제조 생산된 제품을 100m 이내의 길이 요구 Spec으로, 100㎒(or Mbps) 이내의 주파수 대역에서 전기특성을 검사시, 전기적 요구 Spec. 을 만족시킬 수 있으나, 100㎒(or Mbps) 이상의 주파수 대역에서는 생산기술이 부가된 제품 스펙을 만족시키지 못하면 전기적인 요구 스펙을 만족시킬 수 없는 한계점을 가지고 있다.

상기와 같은 생산기술 조건하에서 Cat.6 UTP 타입에 대한 본 발명은 기존의 Cat.5의 제품구조를 개선 시킴으로써, 기존에 구현하였던 100㎒(or Mbps)의 주파수 대역을 200㎒(or Mbps)의 주파수 대역으로 향상시킴과 동시에 전기적 특성도 만족토록 하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명의 구조에서는 중심에 필러를 삽입하여 구조적으로 안정성을 확보하였고, 페어간의 상이한 구조에서 발생할 수 있는 외형구조의 굴곡이나 틀어짐 현상을 최소화 했으며, 절연 외경의 다원화(2원화)와 대연피치의 다원화로 전기적 특성이 우수한 특징을 제공한다.

또한, 이렇게 개선된 구조는 200㎒(or Mbps)의 주파수 대역을 기준했을 때 감쇄량과 누화특성, 기타 전기적 특성도 Spec에 만족하는 결과를 얻었다.

도 1은 종래의 Cat.5 UTP 케이블 구조도.

도 2는 본 발명의 Cat.6 UTP 케이블 구조도.도 3은 본 발명 Cat.6 UTP 케이블의 감쇄량과 누화 및 잡음비율에 대한 측정치 및 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 도체 20: 절연체

30: 대연부 40: 집합부

50: 시스체 60: 필러

이하에서 도면을 참조로 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

종래의 기술에 의한 Cat.5 × 4P UTP 타입과 본 발명에 의한 Cat.6 × UTP 타입과의 구성을 비교하여 보면, 전체적으로 구성과 구조, 모양 및 외형은 유사하다.

차이가 나는 부분은 상이한 절연코어와 페어간 상이한 외경, 필러의 삽입여부, 대연피치의 다원화이다.

일반적으로 전선업체에서는 Cat.6 UTP 타입의 핵심기술을 다음과 같이 자체 Spec. 화하여 각종 기술자료에 홍보함으로써 시장의 차별화와 제품의 고급화를 꾀하고 있다.

그런 사항을 살펴보면 다음과 같다.

구성	설계/제조 Factor	핵심제조기술
도체	-동재질, 도체경	-도전율: 100% 이상-도체경 편차: ±0.02
절연체	-재질, 절연외경	-HDPE(유전율 2.33이하)-외경편차: ±0.01-CMB량: 5%이내-절연체 편심: 95%이상
대연	-Pitch 배열-Back Tension	-등비급수(An=A0 * R)에 의한 피치 선정-피치 편차: ±1%이내-Back Twist 작업조건-Pair간 Air Gap 최소화-편연방지
집합	-기하학적 구조 유지-집합 피치	-정방형의 기하구조 유지-실효 피치 개념 도입
시스	-집합 배열 구조 유지	-권취 방법의 변경: 다발 →Bo. 권취

따라서, 제품 구조는 다르지만 사용상 전혀 지장이 없는 제품을 고안 및 개발하게 되었으며, 또한 그에 적합한 작업방법과 조건을 개발하여, 동등 수준의 전기적 특성을 낼 수 있는 Cat.6 UTP 타입 제품을 개발하게 되었고, Cat.6 UTP 타입의 제품을 생산 할 수 있는 제조 기술을 축적 하였다.

본 발명에서 개발된 Cat.6 UTP 케이블의 요구 품질특성중 가장 중요한 전기적 특성을 설명하기 전에 Cat.5와 Cat.6의 전기적 특성 규제 항목과 특성치를 살펴보면 다음과 같다.

UTP 타입	Cat.5	Cat.6
사용 주파수 대역	Max.100㎒	Max. 200㎒
전기적 특성 항목	Spec.	Spec.
Zo	100±15(평균치)	100±15(개개치)
ATT(dB/100m)	100㎒200㎒	22이하---	20.2이하29.8이하
SRL(dB)	100㎒200㎒	16이상---	23.0이상19.0이상
NEXT(dB/100m)	100㎒200㎒	32이상---	44.3이상38.4이상
P.D(ns/100m)	100㎒200㎒	538이하---	538.0이하537.0이하
NEXT P/sumRLELFEXTELFEXT P/sACRPS ACRPD SkewLCLVP	미규제	규제함

상기 내용으로부터 Cat.5 타입에 비해 Cat.6 타입의 전기적 특성은 규제 항목이 2배 이상으로 많을 뿐만 아니라, 항목별 특정 수치도 더 우수한 수치를 요구한다는 것을 알 수 있을 것이다.

결과적으로 200㎒ 주파수 대역에서 Cat.5 타입으로는 요구특성 품질을 만족시킬 수 없다는 결론하에 Cat.6타입을 발명하게 되었다.

즉, 본 발명은 재질이 구리이며, 일개의 케이블 어셈블리에 2개 그룹으로 분할된 크기로 제공되어 지름의 편차에 따라 전기적 특성을 변화시키는 도체(10)와;

재질이 폴리에틸렌류이며 상기 도체를 보호하고, 제품의 원형유지 역할을 하며, 일개의 케이블 어셈블리에 내장하되, 외경이 다원화된 절연코어로 이루어지는 절연체(20)와;

일개의 케이블 어셈블리 내부에 상기 절연된 제품을 2코어 이상으로 그룹화 시켜 코어 배열을 구분시키되, 외경이 상이한 4페어로 구성하여 전송 특성을 만족시키기 위한 대연부(30)와;

재질이 폴리에틸렌류이며 대연 작업시 페어간의 배열이 이탈되거나 틀어지는 현상을 구조적으로 안정화 시키는 필러(60)와;

상기에서 절연된 제품과 대연된 제품을 코어 단위나 페어 단위 이상으로 그룹화 시키는 집합부(40)와;

재질이 PVC류이고, 절연체를 보호하며, 제품의 원형 유지와 외부로부터 가해지는 기계적 화학적 충격을 완충시켜 절연체와 도체를 보호하는 시스체(50)를 포함하여 구성한다.

본 발명에서 개발한 Cat.6 타입은 앞에서 이미 언급을 한 바와같이, 구조와 전기적 특성과의 관계가 필요, 충분 조건이므로, 구조의 개발과 구조를 개발하기 위한 생산설비 및 제조기술을 개선시킴으로써, 다음과 같은 품질 특성 수준을 도달하게 되었다.

Cat.6 UTP 케이블의 전기적 특성 중, 데이터의 전송 품질에 가장 크게 영향을 미치는 항목은 감쇄량과 누화특성 항목으로 본 발명으로 개발된 Cat.6 UTP 케이블의 측정결과치는 도 3에 도시한 바와 같다.

또한, Cat.5 타입과 Cat.6 타입의 전기적 특성 항목 중, 연관성을 가장 잘 비교할 수 있는 항목인 감쇄량(Attenuation, dB Loss)과 근단누화(Near End Crosstalk, dB), ACR(Attenuation Crosstalk Ratio)의 Spec. 을 주파수 별로 비교해 보면, 아래 도표와 같은 수준 차이를 볼 수 있다.

[dB/100m]

주파수(㎒)	감쇄량	NEXT	ACR
	Cat.5	Cat.6	+/-	Cat.5	Cat.6	+/-	Cat.5	Cat.6	+/-
1	2	2	0	62	74.3	12.3	60	72.3	12.3
8	5.8	5.4	-0.4	48	60.8	12.8	42.2	42.6	0.4
10	6.5	6	-0.5	47	59.3	12.3	40.5	53.5	13
20	9.3	8.6	-0.7	42	54.3	12.3	32.7	46.2	13.5
25	10.4	9.6	-0.8	41	53.3	12.3	30.6	43.7	13.1
31.3	11.7	10.8	-0.9	39	51.9	12.9	27.3	41	23.2
62.5	17	15.7	-1.3	35	47.4	12.4	18	31.7	13.7
100	22	20.2	-1.8	32	44.3	12.3	10	24.1	14.1
200	-	29.8	-	-	39.8	-	-	10	-

앞에서 설명한 전기적 특성 Spec.을 기준으로, 본 발명에서 개발한 Cat.6UTP 케이블의 전기적 특성을 측정해 본 결과, 아래와 같이 Spec.에 만족하는 좋은 결과를 얻었다.

[dB/100m]

주파수(㎒)	감쇄량	NEXT	ACR
	Spec	LGC	Margin	Spec	LGC	Margin	Spec	LGC	Margin
1	2	1.8	0.2	74.3	84.2	9.9	72.3	82.4	10.1
8	5.4	5	0.4	60.8	73	12.2	55.4	68	12.6
10	6	5.7	0.3	59.3	65	5.7	53.5	59.3	6
20	8.6	8.1	0.5	54.3	62	7.7	45.7	53.9	8.2
25	9.6	9.1	0.5	53.3	62	8.7	43.7	52.9	9.2
31.3	10.8	10.3	0.5	51.9	60	8.1	41.1	49.7	8.6
62.5	15.7	14.8	0.9	47.4	50	2.6	31.7	35.2	3.5
100	20.2	19	1.2	44.3	46	1.7	24.1	27	2.9
200	29.8	27	2.8	39.8	42	4.8	10	15	5

* 상기 데이터는 DCM 장비로 측정된 것임(모델 No. CMS-2XLD)

상술한 바와같이 이루어지는 본 발명은 다음과 같은 우수한 특성이 있다.

- 본 발명은 현재 범용으로 사용하고 있는 Cat.5 시스템과 유사(Connector, Channel 형태)하여 취급이 용이하다.

- Cable 구성이 Cat.3, Cat.5와 동일하여 포설이 용이하다.

- 쌍방향, 전 Pair(4 Pair) 전송이 가능하다.

- Power Sum 기준의 전기적 Spec. 특성을 만족한다.

-최대 200㎒(or Mbps)의 주파수 대역 에서도 전송 특성을 구현한다.

-많은 필드에서 이미 검증된 이더넷(Ethernet), 패스트 이더넷(Fast Ethernet)에서 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)으로의 확장시 완벽한 해답 제공이 가능하다.

Claims (1)

1. 재질이 구리이며, 일개의 케이블 어셈블리에 2개 그룹으로 분할된 크기로 제공되어 지름의 편차에 따라 전기적 특성을 변화시키는 도체(10)와;

   재질이 폴리에틸렌류이며 상기 도체를 보호하고, 제품의 원형유지 역할을 하며, 일개의 케이블 어셈블리에 내장하되, 외경이 다원화된 절연코어로 이루어지는 절연체(20)와;

   일개의 케이블 어셈블리 내부에 상기 절연된 제품을 2코어 이상으로 그룹화 시켜 코어 배열을 구분시키되, 외경이 상이한 4페어로 구성하여 전송 특성을 만족시키기 위한 대연부(30)와;

   재질이 폴리에틸렌류이며 대연 작업시 페어간의 배열이 이탈되거나 틀어지는 현상을 구조적으로 안정화 시키는 필러(60)와;

   상기에서 절연된 제품과 대연된 제품을 코어 단위나 페어 단위 이상으로 그룹화 시키는 집합부(40)와;

   재질이 PVC류이고, 절연체를 보호하며, 제품의 원형 유지와 외부로부터 가해지는 기계적 화학적 충격을 완충시켜 절연체와 도체를 보호하는 시스체(50)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 UTP 케이블 구조.