KR100461263B1 - 동축고주파케이블및이의유전물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부 전도체(1), 상기 내부 전도체(1) 둘레에 형성된 유전 물질(3), 및 상기 유전 물질(3) 둘레에 형성된 외부 전도체(4)를 포함하는 동축 고주파 케이블에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 상기 유전 물질(3)은 상이한 밀도의 두 α-올레핀 중합체로부터 합성된 발포된 중합체 배합물로부터 제조되며, 고밀도의 중합체는 중합체 배합물의 매트릭스를 형성한다.

Description

동축 고주파 케이블 및 이의 유전 물질 {COAXIAL HIGH-FREQUENCY CABLE AND DIELECTRIC MATERIAL THEREOF}
본 발명은 내부 전도체, 상기 내부 전도체 둘레에 형성된 유전 물질 및 상기 유전 물질 둘레에 형성된 외부 전도체를 포함하는 동축 고주파 케이블에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 케이블에 사용하기 위한 발포 가능한 중합체 물질로부터 제조된 케이블 유전 물질에 관한 것이다.
본 발명은 디지털이던지 아날로그이던지, 신호 전달 시스템이 전송 경로전체에 걸쳐 낮은 감쇠를 필요로 할 경우, 무선 주파수 신호의 전달에 사용될 수 있다. 통상적으로, 이는 무선 송신기의 전력 증폭단으로부터 적당한 방출 안테나 엘리먼트로, 수신 안테나의 접속부로부터 무선 수신기의 입력 스테이지로, 또는 유사한 신호 경로의 조합으로 고전력 전송에 적용된다. 이러한 적용의 실례는 셀방식 폰의 기지국에서 발견된다. 또한, 터널, 지하실 등과 같이 상기 셀방식 폰 시스템의 무선-쉐도우 영역에 적용되며, 이곳에서 이러한 형태의 케이블은 관통된 누설 외부 전도체가 제공될때, 방출 엘리먼트로서 이용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 케이블은 전송된 신호가 아날로그 및 디지털 둘 모두의 텔레비젼 화면에 전달되는 케이블-TV 네트워크에서 뿐만 아니라, 광대역 정보의 전송에서 전송 매체로서 동축 케이블이 사용되는 현대 전화기 시스템(액세스 네트워크)의 가입자 라인에서 유용하다. 또한, 본 발명은 광대역 데이터 네트워크의 대칭적인 케이블링에 유용하다. 본 발명의 장점은 요구되는 송신 대역폭이 통상적으로, 수 메가헤르츠에서 수 기가헤르츠의 범위로 더 높고 더 넓다는 점이다.
고주파 전송에 적합한 동축 케이블 및 대칭 구조 둘 모두의 케이블 구성체는 적합한 특성의 폴리올레핀 중합체가 1940년대에 시중에 나타나자마자 중합체 유전 물질로 공지된 기술에 의해 제조되었다. 낮은 유전율(εr) 및 방열 계수(탄젠트 δ)를 달성하기 위해서, 무수한 중합체-공기 유전 물질의 조합물이 케이블의 기계적 처리 특성을 포함하지 않고 케이블의 감쇠 계수를 최소화할 목적으로 유전 물질에서 공기 부분을 최대화 하기 위해 여러 시간에 걸쳐 시험되어 왔다. 어림 잡아, 고형 유전 물질의 부피가 감소되고 기체 매체로 대체될 경우, 기계적 내굽힘성, 내압축성 및 다른 내구성에 관련된 특성이 저하되어, 케이블의 감쇠 및 방열 계수가 감소된다. 우수한 절충물은 발포된 중합체 유전 물질, 통상적으로, 폴리에틸렌에서 발견되어 왔으며, 이는 케이블 절연 공정 동안 압출기에서 초기의 고형 중합체 유전 물질로부터 발포되어 형성된다.
초기 시도에서, 발포 단계는 중합체 유전 물질에서 원하는 크기의 폐쇄 전지를 취입 성형할 수 있는 특정한 화학적 발포제와 중합체 원료를 컴파운딩(compounding)함으로써 수행되었다. 이러한 방법의 문제점은 중합체 유전 물질이 주파수 범위의 상단부에서 방열 계수 및 감쇠를 저하시키는 발포제의 잔류물을 가둔다는 점이다. 이러한 단점을 부분적으로 극복하기 위하여, 물리적 발포 방법은 압출 공정에 일부 불활성 기체, 즉, 처음에는 탄화불소 기체, 나중에는 질소 또는 이산화탄소를 주입시켜, 기체 충전된 발포된 전지를 압출 성형하는 것을 기본으로 하여 발달되어 왔다. 그러나, 실질적인 실험은 이러한 종전의 발포 방법 둘 모두가 초과할 수 없는 감쇠 및 방열 계수의 특정한 최종 한계에 도달하는 것으로 나타나는데, 그 이유는, 발포 비율이 기계적 특성의 악화로 인해 더 이상 변화되지 않으며, 달성 가능한 전기 특성을 결정하는 유용한 중합체 그레이드의 기본 특성이 이미 최고로 활용되었기 때문이다.
도 1은 본 발명에 따른 고주파 케이블의 투시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 대안적인 케이블 구조의 실례가 도시되어 있다.
도 3은 종래의 케이블의 감쇠와 비교되는 본 발명에 따른 케이블의 감쇠에 대한 플롯을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 케이블과 종래의 케이블의 전기적 특성의 플롯을 도시한 것이다.
본 발명의 목적은 상기 설명된 기술적인 결점을 극복하는데 있으며, 전적으로 신규한 형태의 동축 고주파 케이블 및 이의 유전 물질을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 상이한 밀도의 두 α-올레핀 중합체의 중합체 배합물로 구성된 물질로부터 동축 케이블의 유전 물질을 제조함으로써 달성된다.
이러한 유전 물질은 미국 특허 제 4,202,086 호에 이미 공지되어 있으며, 여기에서, 유전 물질은 일부 폴리올레핀 배합물, 유리하게는, HDPE 함량이 20 내지 80%인 HDPE/LDPE 배합물을 포함할 수 있다.
공지된 용액의 단점은 다른 것들 중 특히, 낮은 발포도(약 70%), 비교적 높은 손실 계수 및 생성물의 수축 경향이며, 이는 빈약한 발포 구조 때문이다.
본 발명에서, 놀랍게도, 상이한 밀도의 두 폴리올레핀, 즉, 저밀도 폴리에틸렌과 중밀도 폴리에틸렌의 배합이 물리적 발포에 의한 높은 발포도를 달성하여, 작은 방열 계수 및 비교적 낮은 유전율을 갖는 유전 물질이 수득됨이 발견되었다.
유리하게는, 높은 발포도(75% 초과, 바람직하게는, 약 77 내지 85%)가 우수한 용융 강도를 갖는 배합 조성물을 이용함으로써 달성된다.
특히, 본 발명에 따른 케이블은 청구 범위중 제 1 항 및 제 12 항의 특징부에 언급된 사항을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유전 물질은 청구 범위중 제 13 항에 언급된 특징부를 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 있어서, 중밀도 폴리에틸렌(MDPE)과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 함유하며, MDPE의 양이 중합체 배합물 중량의 반 이상을 차지하는 유전 물질이 사용된다. 따라서, MDPE는 중합체 배합물의 매트릭스를 형성한다. 작은 방열 계수 및 상대 유전율은 가능한한 순수한 폴리에틸렌을 전제로 하기 때문에, 이러한 중합체 배합물은 중밀도 폴리에틸린과 저밀도 폴리에틸렌 이외에 기껏해야 플라스틱 안정화제와 같은 단지 소량의 혼합물을 함유한다. 촉매 잔류물은 배제되어야 한다.
본 발명과 관련하여, 저밀도 폴리에틸렌과 중밀도 폴리에틸렌을 배합함으로써, 본 발명에 요구되는 높은 용융 강도를 갖는 물질이 수득되며, 그 후, 상기 물질은 높은 발포도를 갖기 위해 발포된다는 것이 밝혀졌다.
바람직한 유전 물질의 한 예로서, 1 내지 50 중량%의 LD 폴리에틸렌 및 50 내지 99 중량%의 중밀도 폴리에틸렌을 함유하는 발포된 중합체 배합물이 제시될 수 있으며, 상기 배합물의 밀도는 0.931 내지 0.939이며, 용융 속도(MFR)는 약 1.5 내지 4.5이며, 손실 계수(발포되지 않을 경우)는 1 GHz에서 0.0002 라드 이하이다.
유리하게는, 유전 물질에 함유된 중합체 또는 플라스틱 배합물의 밀도는 약 0.931 내지 0.939이며, 이의 용융 속도(MFR)는 약 1.5 내지 4.5이고, 이의 산화방지제 함량은 800ppm 미만이다. 유리하게는, 중합체 배합물은 약 20 내지 40 중량%의 LD 폴리에틸렌, 약 80 내지 60 중량%의 MD 폴리에틸렌 및 약 10 내지 800ppm의 안정화제를 함유한다(주요 성분의 중량을 기준으로 함). 이러한 형태의 조성물은 우수한 유전 특성을 갖는다: 발포되지 않은 경우, 이의 방열 계수는 100 내지 3000 MHz의 주파수 범위내에서 0.0002 미만이다.
더욱 유리하게는, 유전 물질은 소량(1000ppm 미만)의 핵생성체를 함유하며, 가능한 이들은 폴리올레핀 성분, 예를 들어, 고밀도의 폴리에틸렌에 함유되어, 중합체 배합물내로 균질하게 폴리에틸렌 성분을 분산시킨다. 이러한 폴리올레핀 성분의 양은 통상적으로, 배합물중 20 중량% 미만이다.
상이한 밀도의 두 폴리올레핀 그레이드로부터 배합된 동축 고주파 케이블의 유전 물질과 상기 케이블의 전도체 사이에 부착 및 보호를 개선하기 위해 제공된 두 개의 추가적인 층이 있도록 되어 있으며, 이들 각각의 층의 두께는 1 내지 500㎛, 유리하게는, 10 내지 100㎛이다. 가장 적합하게는, 유전 물질과 내부 전도체 사이에 유전 물질에 사용된 바와 동일한 중합체 배합물로부터 형성된 부착 증진 층이 있도록 되어 있다. 그러나, 부착층은 비발포된 중합체 배합물로부터 제조된다. 두 개의 추가적인 층은 케이블 제조 공정 동안 유전 물질을 보호한다. 발포층의 상단에서 동시압출된 균질의 폴리올레핀층은 기계적 스트레인 및 수분으로부터 발포된 구조물을 보호한다.
본 발명은 현저한 이점을 제공한다.
본 발명에 따른 발포된 유전 물질은 동축 케이블에서 두 개의 중요한 이점을 갖는다:
1. 중합체 유전 물질에서의 낮은 손실(이는 케이블의 더 작은 길이방향으로의 감쇠를 의미함).
2. 높은 발포 비(이는 케이블의 더 높은 특성 임피던스 및 더 낮은 감쇠를 의미함).
본 발명에 따른 발포된 유전 물질은 약 80%의 발포도에서 약 55 x 10-6 라드의 중합체 유전 방열 계수를 갖는다. 초기에 공지된 중합체 배합물은 약 80 x 10-6 라드의 방열 계수를 가졌다. 이러한 손실 감소는 예를 들어, 1800 MHz에서 약 0.5dB(15%) 더 낮은 케이블 감쇠를 의미한다.
개선된 용융 강도로 인해서, 75% 미만의 통상적인 수준으로부터 약 82% 이상으로 발포도를 증가시키는 것이 가능하다.
케이블의 감쇠에서 새로운 특성의 효과는 하기에 설명될 실시예로부터 명백해질 것이며, 이 실시예에서, 주파수의 작용으로서의 본 발명에 따른 유전 물질의 케이블 감쇠 특성은 종래의 물질에 의해 달성된 것과 비교된다.
하기에서, 본 발명은 첨부된 도면에 설명된 좋은 예가 되는 구체예로 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1에 있어서, 고주파 케이블은 유전 매체(3)에 의해 둘러쌓인 내부 전도체(1)를 포함한다. 통상적으로, 유전 물질은 이의 전기적 특성을 개선시키는 전지(2)를 함유한다. 유전 매체(3)는 외장(5)에 의해 추가로 덮여지는 외부 전도체(4)에 의해 밀폐된다.
일반적으로, 내부 전도체(1)는 평활한 구리 와이어이다. 만약, 특히 높은 가요성의 케이블이 요구된다면, 내부 전도체(1)는 나선형의 다중 와이어 전도체로부터 제조된다. 만약 케이블 치수가 충분히 크고, 전송 주파수가 충분히 높다면, 내부의 고형 구리 전도체를 알루미늄과 같은 더 저렴한 물질로 대체하거나, 관형 구리 전도체를 사용함으로써 재료 비용을 절감할 수 있다. 이러한 선택은 높은 주파수에서, 소위, 표피 효과가 전류를 매우 얕은 깊이의 전도체 외면을 따라 흐르게 한다는 사실에 의해 이루어진다. 만약, 가능한 가장 작은 감쇠가 요구된다면, 내부 전도체의 전도성은 은 도금된 전도체에 의해 추가로 개선될 수 있다.
높은 주파수에서, 동축 케이블의 감쇠는 하기와 같이 계산될 수 있다:
상기 식에서,
α = 감쇠 [dB/m]
f = 주파수 [Hz]
εr = 상대 유전율
a = 내부 전도체 반지름 [m]
b = 외부 전도체 반지름 [m]
σa = 내부 전도체 전도율 [S/m]
σb = 외부 전도체 전도율 [S/m]
tan δ = 방열 계수이다.
상기 제공된 식의 케이블 감쇠로부터 알수 있는 바와 같이, 케이블의 내부 및 외부 전도체의 직경 비 이외에도, 케이블의 감쇠를 결정하는 요소로는 케이블 전도체의 전도율, 주파수, 상대 유전율 및 유전 물질의 방열 계수가 있다. 여기에서, 지배적인 변수는 치수가 클수록 더 낮은 감쇠를 제공하는 케이블의 횡단면 치수, 및 낮은 손실의 케이블을 수득하기 위해 가능한한 낮아야 하는 유전 구조물의 유효 유전율 및 방열 계수이다.
케이블의 실질적인 처리 특성을 유지하기 위해, 케이블의 치수는 일반적으로 사용되는 케이블에서 거의 증가되지 않아야 한다; 동작 주파수가 수 GHz 만큼 높게 도달하면, TEM 모드로 인한 케이블의 상위 주파수 한계에 곧 직면하게 된다.
은이 구리보다 우세한 전도 특성을 갖는 금속인 반면, 이의 가격 및 처리 능력은 이를 사용하는데 있어서 사실상의 방해 요소이다.
결과적으로, 동시 작동 케이블에서 감쇠를 감소시키기 위해 실행 가능한 바람직한 해결책은 유전 물질 및 이들의 구조를 개선시키는 것이다.
도 2는 공기 발포된 중합체 유전 구조물의 몇 가지 예를 도시하고 있다. 오늘날, 이들 중 가장 일반적인 것은 기계적 특성을 개선시키기 위해 고형 중합체의 외층으로 보완된 경우, 발포된 폴리에틸렌에 의해 형성된 유전 물질을 갖는 E 형태의 구조물이다.
가장 일반적인 외부 전도체(4)는 예를 들어, 구리 또는 알루미늄으로 제조된 금속 튜브이다. 금속 튜브(4)는 용접에 의해 밀폐되어 제조되거나, 세로로 길게 뻗은 원형의 금속 스트립 또는 중첩되어 비스듬하게 감겨진 금속 박으로부터 형성될 수 있다. 특히 가요성이 높은 구조물이 필요할 경우, 외부 전도체는 얇게 꼬아지거나 짜여진 구리 와이어로 제조된다. CATV 또는 데이터 전송에 사용할 케이블은 이러한 꼬아지거나 짜여진 구리 와이어와 결합된 중합체 피복된 금속박 랩을 빈번히 사용한다.
외부 전도체가 용접된 금속 튜브로 제조된다면, 케이블의 가요성을 개선시키기 위해 주름 잡힐 수 있다. 큰 치수의 케이블에서, 내부 전도체는 주름 잡힐 수 있다.
작동 환경의 요건에 따라 UV 안정화된 폴리에틸렌 또는 PVC로부터 통상적으로 제조되는 외부 외장(5)이 동축 구조물의 외부 전도체(4) 위로 압출 성형된다. 오늘날, 실내 장치용의 특정 케이블 형태로는 불꽃 저지 및 낮은 연기 방출을 특징으로 하는 할로겐을 함유하지 않은 중합체가 제공된다.
중합체 유전 배합물의 분야에서 연구 개발의 주요한 목적은 우수한 용융 강도를 갖는 낮은 전기 방열 계수를 갖는 발포 가능한 중합체 배합물을 수득하는데 있다. 낮은 방열 계수의 목표는 사실상, 중합체 제조에 사용되는 방법과 관련있다. 유일한 적합한 반응기 형태 및 적당한 촉매 기법은 전기적 사용을 위해 충분히 불순물이 제거된 중합체 품질을 보장한다.
본 발명의 발포 가능한 중합체 배합물의 성분 둘 모두는 저압 반응기에서 제조된다.
중합체 유전 배합물로부터 요구된 또 다른 중요한 특성은 높은 용융 강도이다. 발포 공정에서, 중합체의 용융 강도는 전지의 형성 동안 중합체가 강한 강도로 늘어날 경우 요구되는 자가 강화 특성을 나타낸다. 이는 중합체 필름이 가장 큰 연장부에서 가장 큰 강도로 처리되는 것을 의미한다. 이러한 특성은 얇고 다각형의 전지 벽을 갖는 전지 구조를 생성시킬 수 있다. 벽의 구석 지점에서 평면 전지 벽 구조 및 작은 부피 노드는 높은 발포 비를 조장한다.
70% 이하의 발포도는 구형의 전지 구조에 의해 용이하게 달성된다. 본 발명의 중합체 유전 물질은 75%보다 높은, 바람직하게는, 82% 이하 또는 더 높은 발포도를 달성 하는 것을 가능하게 한다. 배합물의 우수한 용융 강도 품질은 낮은 방열 계수를 갖는 두 중합체 그레이드가 서로 적당한 비율로 혼합됨으로써 달성된다. 제조에 있어서, 중합체 배합물의 최적의 용융 강도의 압출 온도는 발포 압출기의 온도 조정 한계내에 포함되어야 한다. 본 발명의 중합체 배합물의 최적 용융 온도는 170±2℃이다. 이 온도는 통용되는 발포 압출 방법과 잘 양립할 수 있다.
본 발명에 따른 중합체 유전 배합물은 상이한 밀도의 두 α-올레핀 중합체의 배합물로 구성된 컴파운딩된 중합체 물질(중합체 배합물)이다. 폴리올레핀 둘 모두가 배합물에 동일한 양으로 포함될 수 있지만, 유리하게는, 더 높은 밀도의 중합체는 중합체 배합물의 매트릭스(연속 상)를 형성한다. 폴리올레핀은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 그룹으로부터 선택될 수 있다. 가장 유리하게는, 중합체 배합물은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 특히, 중밀도의 선형 폴리에틸렌으로부터 제조된다. 본 발명에 사용된 저밀도 폴리에틸렌의 밀도는 통상적으로, 약 0.910 내지 0.930, 유리하게는, 약 0.920 내지 0.928이며, 중밀도 폴리에틸렌은 약 0.930 내지 0.945, 유리하게는 약 0.937 내지 0.943의 밀도를 갖는다. 저밀도 폴리에틸렌과 배합됨으로써 배합물의 매트릭스를 형성하는 중밀도 폴리에틸렌의 기계학적 및 유동학적 특성의 변형을 통해, 케이블의 유전 물질로서 사용하는데 특히 적합한 우수한 용융 강도 및 유전 특성을 갖는 물질이 달성될 수 있다. LD 중합체의 예로서, 하기의 것들이 있다: DFDA 1253(유니온 카바이드(Union Carbide)), BPD 8063 및 BPD 2007(BP), LE 1169, LE 4004, LE 40227, LE 4510 및 LE 4524-D(보레알리스(Borealis)). 중밀도 중합체로는 다음과 같은 것이 있다: ME 1831, ME 1835, M1M 4034 및 ME 6032. 유리하게는, 일부(1 내지 20 중량%, 바람직하게는, 약 2 내지 15 중량%) 고밀도의 PE가 추가로 물질과 혼합될 수 있다. HDPE 생성물의 예로는 DGDA 6944(유니온 카바이드), HE 1102 및 HE 6930(보레알리스)가 있다.
본 발명에 따라, 바람직하게는, MFR이 약 3.0 내지 5.5인 LDPE 그레이드가 사용되며, MFR이 2.0 내지 5인 MDPE 그레이드가 사용된다. 발포되지 않은 경우, 100 내지 3000 MHz의 주파수 범위내에서, 폴리에틸렌 그레이드의 방열 계수는 바람직하게는, 0.00025 라드 미만이며, 대응적으로는, 0.0002 라드이다.
유리하게는, 약 1 내지 50 중량%의 LDPE, 약 50 내지 99 중량%의 MDPE, 및 최대 약 0.1 중량%(다른 성분의 중량과 비교하여 1000 ppm)의 플라스틱 첨가제 및 공지된 혼합물을 함유한다. 가장 적합하게는, 중합체 배합물은 약 10 내지 45 중량%, 유리하게는, 약 20 내지 40 중량%의 LDPE, 약 85 내지 55 중량%, 유리하게는, 약 80 내지 60 중량%의 MDPE 및 800 ppm(다른 성분의 중량과 비교하여) 미만의 안정화제(산화방지제)를 함유한다.
초기에 언급된 바와 같이, 본 발명의 특히 바람직한 구체예에 따른 중합체 배합물은 약 0.931 내지 0.939의 밀도, 약 1.5 내지 4.5의 MFR, 발포되지 않은 경우, 100 내지 3000 MHz의 주파수 범위내에서 0.0002보다 작은 방열 계수를 가지며, 산화방지제의 함량은 800 ppm 보다 적다.
하기의 실시예로부터 증명된 바와 같이, 이렇게 특히 우수한 특성은 중량비가 1:1.5 내지 1:4, 예를 들어, 1:3인 LDPE 및 MDPE를 함유하는 중합체 배합물을 이용함으로써 달성된다.
통상적으로, LDPE 및 MDPE 둘 모두는 프로펜, 부텐, 4-메틸펜텐, 1-헥센 및/또는 1-옥텐, 또는 비닐 아세테이트를 포함하는 고급 α-올레핀과 같은 공단량체(comonomer)를 함유한다. 공단량체의 함량을 변화시킴으로써, 결정도 및 강도와 같은 중합체의 특성이 변형될 수 있다.
바람직하게는, 중합체 배합물은 물질의 유전 특성을 손상시킬 수 있는 플라스틱 첨가제 및 보조제를 가능한 제거해야 한다. 이 중 특히 해로운 것은 극성 첨가제 및 불순물이다. 따라서, 본 발명에 따라 중합체 배합물은 가장 적당하게는, 단지 약 50 내지 1000ppm, 가장 유리하게는, 기껏해야 750ppm의 산화방지제를 함유한다. 적합한 안정화제의 그룹으로는 테트라키스[메틸렌(3.5-디 3차 부틸-4-히드록시-히드로신나메이트)]메탄이 언급될 수 있다.
중합체는 압출기에서 발포된다. 약 500 bar의 압력하에서 고압 질소 기체는 압출기 실린더에 주입된다. 질소 기체의 부피 유량은 압출 노즐의 압력 및 횡단면 영역을 변화시킴으로써 조정된다. 처음에 기체는 용융된 중합체에 용해된다. 중합체가 압출기 다이로부터 흘러 나올 때, 중합체 용융물중에 용해된 기체는 물질의 발포를 수행하면서 방출된다.
높은 정도의 발포를 달성하기 위해, 적합하게 제형된 발포 가능한 중합체 배합물을 적합하게 조정된 기체 유량 및 발포 동안 원하는 부피로 전지 크기를 고정시키는 첨가제와 조합시키는 것이 필요하다. 이러한 핵생성체로서 작용하는 적합한 한 첨가제로는 아조디카르보나미드가 있다. 이러한 첨가제의 사용으로 특징지어진 변수는 하기와 같다:
- 약 5 내지 15㎛의 적합한 입자 크기 분포;
- 약 200℃의 적합한 분해 온도;
- 전기적 순수물(극성의 금속성 화합물이 제거된)이 요구됨;
- 약 150 내지 180 ppm의 발포에 적합한 양이 첨가됨; 및
- 첨가제는 중합체 배합물에서 균질하게 컴파운딩되어야 함.
핵생성체는 발포 가능한 중합체 배합물에 직접 혼합될 수 있는 반면, 또한, 폴리올레핀 그레이드와 미리컴파운딩되며, 그 후, 상기 폴리올레핀 그레이드는 발포 가능한 유전 물질과 컴파운딩된다. 적합한 폴리올레핀의 예로는 HDPE, 예를 들어, 높은 주파수 사용을 위한 발포 가능한 중합체 유전 물질이 있다. 균질하게 컴파운딩되는 적당한 배합 비는 1 내지 20%, 유리하게는 약 2 내지 15%의 상기 물질을 발포 가능한 중합체 유기 물질과 배합시킴으로써 달성될 수 있다. 컴파운딩 단계는 압출기의 호퍼에 대한 유입 개구위에 있도록 되어 있는 혼합 장치에 의해 달성될 수 있다. 핵생성체는 약 100 내지 800 ppm, 통상적으로, 약 200 내지 600 ppm의 양으로 폴리올레핀에 첨가될 수 있다.
필요할 경우, 발포된 유기 물질과 내부 전도체 사이에 통상적으로, 약 10 내지 200㎛의 두께를 가지며, 폴리올레핀 물질로 구성된 얇은 부착층이 형성될 수 있다. 특히 유리하게는, 부착층은 중합체 배합물과 동일한 물질로부터 제조되며, 상기 중합체는 기능화된 폴리에틸렌, 예를 들어, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체와 같은 소량(0.1 내지 0.5%)의 부착 증진제와 함께 필요에 따라 컴파운딩될 수 있다. 이와 유사하게, 발포된 유전 물질과 외부 전도체 사이에는 케이블 제조 공정 동안, 최외각 전지층에 구멍이 나서, 물이 침투되는 것을 방지하기 위해 제공된 얇은 표피층이 배치되어 있다. 표피층은 예를 들어, LDPE, LLDPE, MDPE, HDPE 또는 PP를 포함한다. 최외각 표피층의 두께는 동일한 순서로 상기에 언급된 부착층 두께를 갖는다.
실례가 되는 케이블의 형태로는 하기 치수를 갖는 RF 1 5/8 - 50이 있다:
내부 전도체 17.3mm
유전 물질 42.5mm
외부 전도체 46.5mm
외장 50mm
유전 물질은 하기 조성물을 갖는 발포 가능한 중합체 배합물로부터 제조된다:
저밀도 PE(밀도 0.924, MFR 4.2) 24%
중밀도의 선형 PE(밀도 0.940, MFR 3.5) 76%
안정화제(산화방지제) 600ppm(상기에 언급된 LDPE와 MDPE의 총량으로부터 산정됨)
본 배합물의 특성은 밀도가 약 0.935이며, MFR은 약 3.0이며, 발포되지 않은 경우, 100 내지 3000 MHz의 주파수 범위내에서 방열 계수는 0.0002 이하이다.
상기 발포된 유전 물질중 상기에 언급된 배합물이 90%를 차지하며, 핵생성체로서의 400ppm의 아조디카르보나미드를 함유하는 HD 폴리에틸렌 그레이드가 10%를 차지한다.
발포된 유전 물질과 내부 전도체 사이에는 중합체 배합물에 사용된 것과 동일한 물질로부터 제조된 약 50㎛의 부착층이 있도록 되어 있으며, 이는 소량, 즉, 0.2의 에틸렌 아크릴산을 함유한다. 이와 대응적으로, 발포된 유전 물질과 외부 전도체 사이에는 LLDPE 플라스틱으로 제조된 50㎛의 표피층이 있도록 되어 있다.
비교 시험을 위해(예를 들어, 도 4의 영역 15), 90% LD 폴리에틸렌과 10%의 HD 폴리에틸렌의 배합물로부터 압출된 유전 물질을 갖는 통상적인 방법에 따라 케이블을 제조하였다. 150ppm의 아조디카르보나미드가 핵생성체로서 사용되었다.
도 3에 있어서, 본 발명에 따른 케이블 및 종래 기술에 따른 케이블로부터 유도된 감쇠 대 주파수 측정값을 비교하여 플로팅하였다. 곡선으로부터 증명된 바와 같이, 예를 들어, 최근에 할당된 주파수 대역(1800 MHz)의 주파수에서, 종래 기술 케이블의 감쇠 곡선(12)은 본 발명에 따른 케이블의 감쇠 곡선(13) 보다 약 0.5dB 높았다. 이는 본 발명을 위해 약 15% 개선된 값에 상응한다. 즉, 본 발명에 따른 케이블은 통상적인 케이블 구성체보다 15% 더 많은 전력을 기지국 안테나와 같은 원격 단부에 전송한다. 또한, 곡선(10)은 케이블 전반에 걸친 감쇠에서 종래 기술의 유전 물질 부분을 나타내며, 곡선(11)은 케이블 전반에 걸친 감쇠에서 본 발명에 따른 유전 물질 부분을 나타낸다.
도 4는 중합체 유전 배합물의 상이한 형태의 전기 특성을 비교한 것이다. 영역(14)은 케이블로부터 요구되는 허용 가능한 기본적인 특성을 나타낸다. 수직 축은 특징적인 케이블 임피던스를 나타내며, 수평 축은 케이블 감쇠를 나타낸다. 표적 임피던스는 ±1 ohm의 이탈 범위를 갖는 50 ohm이며, 최대 허용 감쇠는 1800 MHz에서 4 dB/100m이다. 영역(15)은 단지 허용 가능한 한계 범위내에 있는 통상적인 중합 유전 배합물에 의해 달성될 수 있는 임피던스 및 감쇠 값을 나타낸다. 이와 대응적으로, 본 발명에 따른 중합체 배합물이 영역(16)에 의해 나타내어진 값에 도달하며, 평균 감쇠는 영역(15)의 값보다 약 0.5 dB 낮다. 중합체 유전 물질 손실 곡선(17 및 18)은 상이한 발포도에서 본 발명에 따른 발포 가능한 중합체 유전 물질로부터 제조된 케이블의 특징적인 임피던스를 나타내며, 이와 대응적으로, 중합체 유전 물질 손실 곡선(19 및 20)은 상이한 발포도에서 종래의 발포 가능한 중합체 유전 물질로부터 제조된 케이블의 특징적인 임피던스를 나타낸다.
본 발명에 따라 제조된 기본적인 케이블 구조는 낮은 손실의 안테나 급전선 동축 케이블이다. 본 발명의 또 다른 적용은 핸드폰 네트워크를 위한 사출 케이블이다. 이러한 구조는 구멍이 난 외부 전도체를 갖는다.
케이블 텔레비젼 네트워크에 사용된 CATV 케이블의 주요 차이점은 외부 전도체가 더 단순하고, 저렴한 구조물일 뿐만 아니라, 상이한 치수를 가진다는 점이다. 광대역 액세스 네트워크에 사용된 케이블은 CATV 네트워크의 케이블과 구조적으로 유사하다.
데이터 전송 네트워크의 광대역 케이블이 상기 설명된 형태와 다른 점은 트윈 전도체 구조물을 갖는다는 점이다.

Claims (18)

  1. 내부 전도체(1), 상기 내부 전도체(1) 둘레에 형성된 유전 물질(3) 및 상기 유전 물질(3) 둘레에 형성된 외부 전도체(4)를 포함하는 동축 고주파 케이블로서,
    상기 유전 물질(3)은 물리적 발포에 의해 높은 발포도로 발포된 저밀도 폴리에틸렌과 중밀도 폴리에틸렌의 배합물이며, 100 내지 3000 MHz의 주파수 범위내에서 유전 물질의 방열 계수는 55 x 10-6 라드 이하임을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유전 물질의 발포도는 75% 내지 85%임을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 고밀도의 중합체가 중합체 배합물의 매트릭스를 형성함을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중합체 배합물의 밀도는 0.931 내지 0.939이며, MFR은 1.5 내지 4.5이며, 발포되지 않은 경우, 100 내지 3000 MHz의 주파수 범위내에서 방열 계수는 0.0002 라드 이하임을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중합체 배합물이 10 내지 1000 ppm의 핵생성체를 함유함을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중합체 배합물이 1 내지 50 중량%의 저밀도 폴리에틸렌, 50 내지 99 중량%의 중밀도 폴리에틸렌 및 최대 0.1 중량%의 안정화제를 함유함을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  7. 제 6 항에 있어서, 중합체 배합물이 20 내지 40 중량%의 저밀도 폴리에틸렌, 80 내지 60 중량%의 중밀도 폴리에틸렌 및 최대 800 ppm의 안정화제를 함유함을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내부 전도체와 유전 물질 사이에 유전 물질과 동일한 중합체 배합물을 함유하는 부착층이 제공되는 것을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  9. 제 8 항에 있어서, 부착층의 두께가 10 내지 1000 ㎛임을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 균질의 폴리올레핀층이 발포층(3)상에 동시압출되고, 폴리올레핀층이 기계적 스트레인 및 수분으로부터 발포 구조를 보호함을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  11. 내부 전도체(1), 상기 내부 전도체(1) 둘레에 형성된 유전 물질(3) 및 상기 유전 물질(3) 둘레에 형성된 외부 전도체(4)를 포함하는 동축 고주파 케이블로서,
    상기 유전 물질(3)은 1 내지 50 중량%의 저밀도 폴리에틸렌과 50 내지 99 중량%의 중밀도 폴리에틸렌을 함유하는 발포된 중합체 배합물을 포함하며, 유전 물질의 밀도는 0.931 내지 0.939이며, 용융 속도는 1.5 내지 4.5이며, 1 GHz에서 탄젠트 δ는 0.0002 라드 이하임을 특징으로 하는 동축 고주파 케이블.
  12. 발포 가능한 중합체 물질로 제조된 케이블 유전 물질(3)로서,
    중합체 물질이 저밀도 폴리에틸렌과 중밀도 폴리에틸렌의 배합물로부터 컴파운딩(compounding)된 중합체 배합물로 구성되며, 중합체 배합물의 밀도는 0.931 내지 0.939이며, 용융 속도는 1.5 내지 4.5이며, 발포되지 않은 경우, 100 내지 3000 MHz의 주파수 범위내에서 방열 계수는 0.0002 라드 이하임을 특징으로 하는 케이블 유전 물질.
  13. 제 12 항에 있어서, 고밀도의 중합체가 중합체 배합물의 매트릭스를 형성함을 특징으로 하는 케이블 유전 물질.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 중합체 배합물이 1 내지 50 중량%의 저밀도 폴리에틸렌, 50 내지 99 중량%의 중밀도 폴리에틸렌 및 최대 0.1 중량%의 안정화제를 함유함을 특징으로 하는 케이블 유전 물질.
  15. 제 14 항에 있어서, 중합체 배합물이 20 내지 40 중량%의 저밀도 폴리에틸렌, 80 내지 60 중량%의 중밀도 폴리에틸렌, 및 최대 800 ppm의 산화방지제를 함유하며, 저밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.920 내지 0.928이며, MFR은 3.0 내지 5.5이며, 발포되지 않은 경우, 100 내지 3000 MHz의 주파수 범위내에서 방열 계수는 0.00025 라드 이하이고, 중밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.937 내지 0.943이며, MFR은 2.0 내지 5.0이며, 발포되지 않은 경우, 100 내지 3000 MHz의 주파수 범위내에서 방열 계수는 0.0002 라드 이하임을 특징으로 하는 케이블 유전 물질.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 중합체 배합물이 안정화제로서 10 내지 800 ppm의 테트라키스[메틸렌(3.5-디 3차 부틸-4-히드록시-히드로신나메이트)]메탄을 함유함을 특징으로 하는 케이블 유전 물질.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 10 내지 1000 ppm의 핵생성체를 함유함을 특징으로 하는 케이블 유전 물질.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 중합체 배합물이 1 내지 20%의 제 3의 폴리올레핀을 함유함을 특징으로 하는 케이블 유전 물질.
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