KR100447874B1 - 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹캐패시터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 제조방법에 관한 것으로, 바륨타이타네이트(BaTiO3) 80∼96wt.％, 칼슘지르코네이트(CaZrO3) 1∼10wt.％, 산화주석(SnO2) 1∼10wt.％ 및 폴리비닐알콜(PVA) 1∼10wt.％로 소체(11)를 제조하는 단계와, 소체(11)의 양단에 각각 소정의 두께로 제1전극(12)과 제2전극(13)을 형성한 후 제1전극(12)에 고전압단자(14)를 접합함과 아울러 제2전극(13)에 소정의 간격으로 이격된 상태에서 접지단자(15)와 통신단자(16)를 접합하는 단계와, 소체(11)를 하우징(21)의 내측에 삽입한 상태에서 코일(18)을 설치한 후 제1덮개(22)와 제2덮개(23)로 덮어 밀폐시키는 단계로 구성하여, 기존에 설치된 전력선을 통해 통신시스템에서 홈네트워크로 통신신호를 커플링하여 고속으로 통신신호를 각 가정에서 설치된 전기콘센트를 통해 송신할 수 있도록 함에 있다.
Description
본 발명은 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 제조방법에 관한 것으로, 특히 전력선통신에서 전력선을 통해 송신되는 통신신호를 통신시스템에서 홈네트워크까지 커플링(coupling)시키기는 유전체 세라믹 캐패시터(ceramic capacitor)의 제조방법에 관한 것이다.
전력선통신은 전력공급용으로 설치된 전력선을 이용해 문자, 음성 및 화상 등과 같은 통신신호를 송수신 한다. 전력선을 이용한 통신신호를 송수신함으로써 별도의 통신선로 구축이 요구되지 않아 통신 네트워크(network)를 구축시 비용을 절감할 수 있다. 이로 인해 최근 세계 각국에서는 전력선을 이용해 고속통신망을 구축하기 위한 노력이 진행되고 있다.
초기의 전력선통신은 필름(film) 캐패시터를 사용하였다. 필름 캐패시터는 공진주파수 값이 1MHz 미만의 저주파수 대역에서 존재하고 있어 필름 캐패시터를 이용해 통신신호를 홈네트워크(home network)에 커플링하는 경우에 통신신호는 각각의 홈으로 저속 및 저용량으로 전송된다. 이로 인해 최근의 인터넷 환경에서의 고속 및 대용량의 통신신호를 전송하기 어렵다. 이를 해결하기 위해 필름 캐패시터의 공진주파수 값을 높이기 위해서는 필름 캐패시터의 부피가 커지며 제조원가가 증가되는 문제점이 있다.
필름 캐패시터의 공진주파수 값을 증가시키기 위해 제조되는 경우에 제조원가 및 부피의 커짐과 아울러 필름 캐패시터의 고온특성의 저하로 인해 필름 캐패시터를 옥외에 설치하는 경우에 주위 온도에 따라 주파수 특성이 저하되어 고속통신에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 AC 13.2kV나 DC 20kV 이상의 고전압을 전송하는 전력선을 이용해 통신신호를 전송하는 통신시스템에서 통신신호를 홈네트워크까지 커플링시키는 유전체 세라믹 캐패시터를 제조하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전력선통신에서 통신신호를 홈네트워크까지 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 내충격성, 내온도성 및 절연성을 개선시켜 옥내나 옥외에 설치할 수 있도록 함에 있다.
도 1은 본 발명의 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 부분절개 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 유전체 세라믹 캐패시터의 등가회로도,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제1실시예에 따른 유전체 세라믹 캐패시터의 제조과정을 나타낸 도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1실시예에 따른 유전체 세라믹 캐패시터의 제조과정을 나타낸 도,
도 5는 본 발명의 유전체 세라믹 캐패시터의 순방향 출력전압의 특성을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
11: 소체 12: 제1전극
13: 제2전극 14: 고전압단자
15: 접지단자 16: 통신단자
21: 하우징
본 발명의 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 제조방법은 바륨타이타네이트(BaTiO3) 80∼96wt.％, 칼슘지르코네이트(CaZrO3) 1∼10wt.％, 산화주석(SnO2) 1∼10wt.％ 및 폴리비닐알콜 1∼10wt.％로 배합한 후 구립상을 제조하고 제조된 구립상을 소정의 압력으로 성형체를 성형한 후 소정의 온도에서 소성하여 소체를 제조하는 단계와, 소체의 양단에 각각 소정의 두께로 제1전극과 제2전극을 형성한 후 제1전극에 고전압단자를 접합함과 아울러 제2전극에 소정의 간격으로 이격된 상태에서 접지단자와 통신단자를 접합하는 단계와, 소체에서 고전압단자와 접지단자와 통신단자가 접합되면 소체를 하우징의 내측에 삽입한상태에서 하우징의 내측에 절연재를 채운 후 접지단자에 코일의 일단을 연결하고 일단이 접지단자에 연결된 코일의 타단을 리드단자에 연결한 후 고전압단자와 리드단자와 통신단자의 각각의 일단이 외부로 노츨된 상태로 하우징이 밀폐되도록 제1덮개와 제2덮개로 덮어 밀폐시키는 단계로 구비됨을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 부분절개 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 유전체 세라믹 캐패시터는 바륨타이타네이트(BaTiO3) 80∼96wt.％, 칼슘지르코네이트(CaZrO3) 1∼10wt.％, 산화주석(SnO2) 1∼10wt.％ 및 폴리비닐알콜(PVA) 1∼10wt.％로 배합한 후 구립상을 제조하고 제조된 구립상을 소정의 압력으로 성형체를 성형한 후 소정의 온도에서 소성하여 소체(11)를 제조하는 단계와, 소체(11)의 양단에 각각 소정의 두께로 제1전극(12)과 제2전극(13)을 형성한 후 제1전극(12)에 고전압단자(14)를 접합함과 아울러 제2전극(13)에 소정의 간격으로 이격된 상태에서 접지단자(15)와 통신단자(16)를 접합하는 단계와, 소체(11)에서 고전압단자(14)와 접지단자(15)와 통신단자(16)가 접합되면 소체(11)를 하우징(21)의 내측에 삽입한 상태에서 하우징(21)의 내측에 절연재(17)를 채운 후 접지단자(15)에 코일(18)의 일단을 연결하고 일단이 접지단자(15)에 연결된 코일(18)의 타단을 리드단자(19)에 연결한 후 고전압단자(14)와 리드단자(20)와 통신단자(16)의 각각의 일단이 외부로 노출된 상태로 하우징(21)이 밀폐되도록 제1덮개(22)와 제2덮개(23)로 덮어 밀폐시키는 단계로 구성된다.
본 발명의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 전력선통신에서 통신시스템과 홈네트워크까지 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터는 도 1에서와 같이 크게 소체(11), 코일(18) 및 하우징(21)으로 구성된다. 소체(11)와 코일(18)은 각각 도 2에 도시된 캐패시터(C)와 코일(L)에 해당되며 캐패시터(C)는 고전압에 포함된 통신신호를 통신시스템(도시 않음)에서 홈네트워크(도시 않음)로 커플링하며, 코일(L)은 캐패시터(C)와 병렬로 연결되어 고전압에 포함된 저주파나 임펄스성 노이즈를 제거한다. 여기서, 통신시스템은 전력선을 통해 고전압에 통신신호를 포함하여 홈네트워크로 전송하며, 홈네트워크는 각 가정으로 통신신호를 전송하는 통신선로망을 나타낸다.
저주파수나 임펄스성 노이즈 성분을 제거하여 고전압에 포함된 통신신호를 커플링하기 위한 본 발명의 유전체 세라믹 캐패시터의 제조방법을 첨부된 도 3a 내지 도 3d를 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a에서와 같이 먼저 바륨타이타네이트(BaTiO3) 80∼96wt.％, 칼슘지르코네이트(CaZrO3) 1∼10wt.％, 산화주석(SnO2) 1∼10wt.％ 및 폴리비닐알콜(PVA) 1∼10wt.％로 배합한 후 구립상을 제조하고 제조된 구립상을 소정의 압력으로 성형체를 성형한 후 소정의 온도에서 소성하여 소체(11)를 제조하는 단계를 실시한다.
소체(11)를 제조하기 위한 구립상은 바륨타이타네이트(BaTiO3) 80∼96wt.％, 칼슘지르코네이트(CaZrO3) 1∼10wt.％ 및 산화주석(SnO2) 1∼10wt.％을 볼밀링(ballmilling)방법으로 배합한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 1∼10wt.％과 같은 유기 바인더(binder)를 첨가해서 고온 및 고압의 스프레이(spray) 방법을 이용하여 건식타입(dry type)으로 제조한다. 구립상의 제조가 완료되면 구립상을 소정의 압력을 인가할 수 있는 프레스(press)를 이용하여 40 내지100톤(ton)의 압력을 이용하여 소정의 모양으로 성형한다. 성형이 완료되면 1280 내지1350℃에서 소성하여 소체(11)를 제조한다.
소체(11)의 제조가 완료되면 도 3b 및 도 3c에서와 같이 소체(11)의 양단에 각각 소정의 두께로 제1전극(12)과 제2전극(13)을 형성한 후 제1전극(12)에 고전압단자(14)를 접합함과 아울러 제2전극(13)에 소정의 간격으로 이격된 상태에서 접지단자(15)와 통신단자(16)를 접합하는 단계를 실시한다.
소체(11)의 양단에 형성되는 제1전극(12)과 제2전극(13)은 각각 은(Ag)으로 형성되며, 제1전극(12)과 제2전극(13)에 각각 접합되는 고전압단자(14)와 통신단자(16)의 일단에는 각각 나사(14a,16a)가 형성되며, 제2전극(13)에 접합되는 접지단자(15)는 스테인레스강으로 형성되며 통신단자(16)의 일단에는 BNC 코넥터(16b)가 연결되어 사용된다. 여기서, 접지단자(15)에는 도 1에서와 같이 코일(L)의 일단이 연결되고 코일(18)의 타단에는 리드단자(19)가 연결된다.
일단에 나사가 형성된 고전압단자(14)는 통신신호가 포함된 고전압을 수신받으며, 고전압단자(14)를 통해 수신된 고전압은 소체(11), 제1전극(12) 및 제2전극(13)으로 구성된 유전체 세라믹 캐패시터를 거치게 되고 통신신호는 BNC 코넥터(16b)가 연결된 통신단자(16)를 통해 홈네트워크로 전송된다. 통신신호를 홈네트워크로 전송시 1MHz 대역 미만의 저주파에서 발생되는 전력노이즈는 리드단자(19)를 통해 접지시키기 위해 접지단자(15)에 코일(18)을 설치하여 모듈화시킨다. 코일(18)은 또한, 전력노이즈를 제거함과 아울러 매우 높은 고전압 즉, 임펄스성 노이즈가 홈네트워크를 통해 각 가정으로 돌입되면서 고전압으로 인해 각 가정에 피해가 발생되는 것을 방지하기 위해 설치된다.
소체(11)의 양단에 각각 제1전극(12)과 제2전극(13)을 형성하고 각각의 제1전극(12)과 제2전극(13)에 고전압단자(14), 접지단자(15) 및 통신단자(16)의 접합이 완료되면 도 3d에서와 같이 소체(11)를 하우징(21)의 내측에 삽입한 상태에서 하우징(21)의 내측에 절연재(17)를 채운 후 접지단자(15)에 코일(18)의 일단을 연결하고 코일(18)의 타단을 리드단자(19)에 연결한 후 고전압단자(14)와 리드단자(20)와 통신단자(16)의 각각의 일단이 외부로 노출된 상태로 하우징(21)이 밀폐되도록 제1덮개(22)와 제2덮개(23)로 덮어 밀폐시키는 단계를 실시한다.
고전압단자(14), 접지단자(15) 및 통신단자(16)가 접합된 소체(11)를 옥내나 옥외에 설치하기 위해 본 발명의 유전체 세라믹 캐패시터의 하우징(21)은 세라믹이나 폴리머(polymer)가 사용된다. 세라믹이나 폴리머 재질로 형성된 하우징(21)을 채용함으로써 계절에 따른 기후의 변화 및 수분에 의한 절연파괴를 방지할 수 있어 옥내나 옥외에 설치할 수 있으며, 특히 폴리머 재질로 된 하우징(21)은 내충격성을 개선할 수 있도록 실리콘 러버(silicon rubber), EPDM 러버 및 폴리우레탄 중 어느 하나의 재질로 이루어진다.
폴리머 재질을 사용한 하우징(21)에 소체(11)를 설치시 내충격성과 절연성을개선하기 위해 도 4a 및 도 4b에서와 같이, 소체(11)의 외주면에 소정의 두께로 유기층(11a)과 유기-무기혼합층(11b)을 순차적으로 도포한 후 하우징(21)의 내측에 설치한 후, 소체(11)와 하우징(21) 사이의 접촉력을 향상시키기 위해 소정의 온도에서 유기층(11a)과 유기-무기혼합층(11b)이 폴리머 재질로 하우징(21)을 경화시켜 설치한다.
소체(11)와 하우징(21) 사이에서 소체(11)의 절연성과 물리적 충격을 흡수하여 내충격성을 개선시키기 위해 소체(11)의 외주면에 첫 번째로 도포되는 유기층(11a)은 분자량이 1000이상의 값을 지닌 폴리머화합물이며 유기-무기혼합층(11b)은 유기재료 65∼75wt.％와 무기재료 25∼35wt.％로 혼합된 재료로 이루어지며, 무기재료로는 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3) 중 어느 하나를 선택하여 사용된다.
전술한 과정을 통해 이루어진 본 발명의 유전체 세라믹 캐패시터의 용량의 변화는 소체(11)의 양단에 형성된 제1전극(12) 및 제2전극(13)의 면적과 소체(11)의 두께를 변화시켜 조절할 수 있으며, 통신신호를 커플링할 수 있는 주파수 대역은 소체(11)를 구성하고 있는 바륨타이타네이트(BaTiO3) 80∼96wt.％, 칼슘지르코네이트(CaZrO3) 1∼10wt.％ 및 산화주석(SnO2) 1∼10wt.％의 배합비율을 조절하여 조정한다.
본 발명의 유전체 세라믹 캐패시터의 특성을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 유전체 세라믹 캐패시터의 정전 용량값이 2500pF나 3000pF인 경우에 유전손실값은 LCR Meter(모델:HP 4278A, 제조원:휴랫패커드)를 이용하여 측정한 결과 0.4％ 이하의 값을 나타냈으며, 주파수 특성은 도 5에서와 같이 정전용량이 2500pF와 3000pF인 유전체 세라믹 캐패시터 모두 1 내지 43MHz 범위에서 감쇄율이 -3dB이하의 값을 나타내고 있어 10Mbps급의 통신에 요구되는 주파수 대역은 5 내지 15MHz 대역의 주파수 특성을 만족한다. 여기서, 주파수 특성은 Network Analyzer(모델: HP 8753CS, 제조원: 휴랫패커드)을 이용하여 순방향출력전압을 측정하였다.
유전체 세라믹 캐패시터의 내전압 강도는 Withstanding V Tester(모델: TH-10010 ARDMPS, 제조원: )를 이용하여 측정한 결과, 단자와 단자간에 요구되는 규격인 DC 40kV의 1.5배 이상의 값인 62.7 내지 91.9 kV DC를 10초간 인가하여도 절연파괴가 발생되지 않았다.
이상에서와 같이 본 발명의 유전체 세라믹 캐패시터는 1Mbps급(6 내지 8MHz), 2Mbps급(2 내지 4MHz) 및 10Mbps급(5 내지 15MHz) 통신에 적용될 수 있어 전력선을 통해 통신시스템에서 홈네트워크로 통신신호를 커플링하여 고속으로 통신신호를 각 가정에 설치된 전기콘센트를 통해 송신할 수 있게 된다. 통신시스템과 홈네트워크 사이에 설치된 전력선을 이용하여 본 발명에 의한 유전체 세라믹 캐패시터를 이용하여 통신신호를 커플링하여 홈네트워크로 통신신호를 송신할 수 있게 됨으로써 음성이나 문자 및 화상정보 등을 고속으로 전송할 수 있는 통신선로의 설치가 필요 없게 되어 통신선로의 추가로 인한 비용을 절감할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 기존에 설치된 전력선을 통해 통신시스템에서 홈네트워크로 통신신호를 커플링하여 고속으로 통신신호를 각 가정에서 설치된 전기콘센트를 통해 송신할 수 있게 되어 전력선을 통해 음성이나 문자 및 화상정보 등을 고속으로 전송할 수 있게 되어 고속통신을 위한 통신선로의 추가비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
Claims (8)
- 전력선을 이용한 통신시스템에서 통신신호를 홈내트워크까지 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터를 제조하는 방법에 있어서,볼 밀링(ball milling)의 방법으로 배합되는 바륨타이타네이트(BaTiO3) 80~96wt.%, 칼슘지르코네이트(CaZrO3) 1~10wt.%, 산화주석(SnO2) 1~10wt.% 및 유기 바인더(binder)로 사용되는 폴리비닐알콜(PVA) 1~10wt.%로 배합한 후 소정의 온도 및 압력에서 스프레이방법으로 구립상을 제조하고 제조된 구립상을 프레스를 이용하여 40~100(ton) 압력으로 성형체를 형성한 후 1280~1350℃에서 소성하여 소체를 제조하는 단계;상기 소체의 양단에 각각 소정의 두께로 제1전극과 제2전극을 은(Ag)으로 형성한 후 제1전극에 고전압단자를 접합함과 아울러 제2전극에 소정의 간격으로 이격된 상태에서 스테인레스강으로 형성된 접지단자와 BNC 코넥터인 통신단자를 접합하는 단계; 및상기 소체에서 고전압단자와 접지단자와 통신단자가 접합되면 소체를 세라믹과 폴리머 중 어느 하나로 된 하우징의 내측에 삽입한 상태에서 하우징의 내측에 절연재를 채운 후 상기 접지단자에 코일의 일단을 연결하고 일단이 접지단자에 연결된 코일의 타단을 리드단자에 연결한 후 상기 고전압단자와 리드단자와 통신단자의 각각의 일단이 외부로 노출된 상태로 상기 하우징이 밀폐되도록 제1덮개와 제2덮개로 덮어 밀폐시키는 단계로 구비됨을 특징으로 하는 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 제조방법.
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- 제 1 항에 있어서,상기 폴리머는 실리콘러버, EPDM러버 및 폴리우레탄 중 어느 하나임을 특징으로 하는 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1덮개와 제2덮개로 상기 하우징을 밀폐시키는 단계에서 상기 고전압단자와 접지단자와 통신단자가 접합된 소체의 내충격성 및 측면절연 강화를 위해 소체의 외주면에 유기층과 유기-무기혼합층을 순차적으로 도포한 후 상기 하우징의 내측에 삽입한 상태에서 소정의 온도에서 경화시켜 설치함을 특징으로 하는 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 유기층은 분자량이 1000이상의 값을 지닌 폴리머화합물이며 유기-무기혼합층은 유기재료 65∼75wt.％와 무기재료 25∼35wt.％로 혼합된 재료임을 특징으로 하는 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 무기재료는 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3) 중 어느 하나임을 특징으로 하는 전력선통신에서의 통신신호를 커플링하는 유전체 세라믹 캐패시터의 제조방법.
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