KR100817983B1

KR100817983B1 - 동축케이블

Info

Publication number: KR100817983B1
Application number: KR1020060123906A
Authority: KR
Inventors: 박찬용; 조봉권; 남기준; 이형국; 박정원; 이대성
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-03-31
Also published as: US8198535B2; WO2008069462A1; GB0909631D0; GB2456732A; US20110073348A1; GB2456732B

Abstract

본 발명은 동축케이블 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고주파에서도 안정적으로 신호를 전송할 수 있는 동축케이블에 관한 것이다. 본 발명에 따른 동축케이블은 도전율이 100 % 초과, 104% 미만을 갖는 실린더 형태의 도전성 물질로 이루어지고, 그 두께가 0.1mm 초과, 0.5mm미만인 중심도체; 상기 중심도체를 감싸며, 절연성 물질로 이루어진 유전층; 상기 유전층을 감싸며, 도전율이 97 % 초과, 105% 미만을 갖고, 두께가 0.24mm 초과, 0.35mm미만인 도전성 물질로 이루어진 외부도체; 및 상기 외부도체를 감싸는 외부자켓;을 포함한다.

동축, 케이블, 전송손실, 도전율

Description

동축케이블{Coaxial cable}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동축 케이블의 사시도 이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동축케이블의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실험예 중 비교예에 따라 측정된 특성임피던스를 도시하는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 실험예 중 실시예에 따라 측정된 특성임피던스를 도시하는 그래프이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10...중심도체 15...내부 스킨층

20...유전층 25...외부 스킨층

30...외부도체 40...외부자켓

본 발명은 동축케이블 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고주파에서도 안정적으로 신호를 전송할 수 있는 동축케이블에 관한 것이다.

일반적으로, 케이블 텔레비전 신호 및 셀룰러폰 방송신호와 같은 RF 신호의 전송용으로 동축 케이블이 많이 사용되고 있다.

동축케이블은 중심도체, 상기 중심도체와 동축상에 형성된 외부도체, 상기 중심도체와 외부도체 사이에 형성된 유전층, 및 상기 외부도체를 감싸는 외피로 이루어진다.

상기와 같은 동축케이블을 이용하여 신호를 전송할 경우, 중심도체 및 외부도체의 도전율과 유전층의 유전율에 의하여 전송 신호의 손실이 발생되는 바, 동축케이블의 제조시, 이를 고려하여 전송손실을 효과적으로 줄이는 것이 무엇보다 중요하다.

종래기술에서, 전송손실을 줄이기 위한 방법으로 차폐성능을 개선하는 방법이 주로 사용되었으며, 구체적으로, 유전층의 유전율을 낮추기 위하여 중심도체와 외부도체 사이의 치수 구조를 개선하여 설계하거나, 유전체의 유전특성을 개선하거나, 또는 외부도체의 차폐특성을 보강하는 것이 대부분이었다.

그러나, 상기와 같은 방법을 이용하여 차폐성능을 개선하여 동축케이블의 전송손실을 줄일 수는 있으나, 중심도체와 외부도체의 전송특성을 직접 개선하지는 못한다.

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 내부에 구비된 중심도체 및 외부도체의 도전율과 두께를 조절하여 고주파 신호를 전송하는 환경에서도 전송손실을 줄일 수 있는 동축케이블을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 동축케이블은 도전율이 100 % 초과, 104% 미만을 갖는 실린더 형태의 도전성 물질로 이루어지고, 그 두께가 0.1mm 초과, 0.5mm미만인 중심도체; 상기 중심도체를 감싸며, 절연성 물질로 이루어진 유전층; 상기 유전층을 감싸며, 도전율이 97 % 초과, 105% 미만을 갖고, 두께가 0.24mm 초과, 0.35mm미만인 도전성 물질로 이루어진 외부도체; 및 상기 외부도체를 감싸는 외부자켓;을 포함한다.

상기 중심도체의 도전율이 102%를 갖고 두께가 0.25mm 이상, 0.3mm이하이고, 상기 외부도체의 도전율이 102% 이상, 103% 이하를 갖고 두께가 0.25mm 이상, 0.35mm이하인 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 중심도체 및 외부도체는 비철금속일 수 있다.

상기 중심도체 또는 외부도체는 구리, 구리합금, 은합금, 및 은도금 중 선택된 어느 하나일 수 있다.

상기 중심도체에서 도전성 물질로 이루어진 도전층은 그 외부에 나선형 주름이 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 중심도체의 표면에는 절연성 물질로 이루어진 내부 스킨층이 박막 코팅될 수 있으며, 상기 유전층의 외부 표면에는 외부 스킨층이 코팅될 수 도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동축 케이블의 사시도 이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동축케이블의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블은 중심도체(10), 유전층(20), 외부도체(30), 및 외부자켓(40)을 포함한다.

중심도체(10)는 판형의 도전성 물질이 가공된 원통형의 부재로 이루어지며, 데이터 전송의 주 전송매체의 역할을 한다. 여기서, 중심도체(10)의 재질은 전기 전도도가 우수한 구리, 구리합금, 은합금, 또는 은도금 등으로 이루어진다.

중심도체(10)의 외부 표면은 굴곡특성을 향상시키기 위한 나선형의 굴곡이 형성된 것이 바람직하다.

중심도체(10)의 도전율이 100% 이하일 경우, 신호전송의 손실이 증가하며, 104% 이상일 경우, 전송특성은 크게 변하지 않고 제조비용이 증가하여 비용대비 효율이 떨어진다. 따라서, 중심도체(10)의 도전율은 100%초과, 104%미만인 것이 바람직하다. 나아가, 중심도체(10)의 도전율은 비용에 대비한 전송효율이 가장 좋은 102%인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 중심도체(10)의 두께가 0.1mm이하일 경우, 그 강도가 약하여 중심도체(10)로서 지지역할을 수행하기 어렵다. 그리고, 중심도체(10)의 두께가 0.5mm 이상일 경우, 용접특성이 크게 저하되고 무게가 무거워질 뿐만 아니라, 임피던스 정합도 곤란해진다. 따라서, 중심도체(10)의 두께는 0.1mm초과, 0.5mm미만인 것이 바람직하다. 나아가, 중심도체(10)의 두께는 지지역할을 수행하기 충분한 강도와 용접특성, 무게, 및 임피던스 정합을 최적으로 유지할 수 있는 0.25mm이상, 0.35mm이하인 것이 더욱 바람직하다.

유전층(20)은 중심도체(10)를 감싸도록 형성된 절연성 물질이다. 바람직하게, 유전층(20)은 중심도체(10)의 전송특성을 향상시키기 위하여 유전율이 낮거나 발포가 용이한 고분자 재질(예컨대, PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene))로 이루어질 수 있다. 또한, 유전층(20)의 외부표면에는 유전층(20)의 과다 발포를 억제하기 위하여, 유전층(20)과 유사한 재질의 고분자 수지로 이루어진 외부스킨층(25)이 코팅되는 것이 바람직하다.

나아가, 중심도체(10)의 외부 표면에는 유전층(20)과의 계면 접착력을 향상 시키기 위하여, 내부 스킨층(15)이 코팅되는 것이 바람직하다.

외부도체(30)는 중심도체(10)와 동축선 상에 구비되며, 도전성 물질로 이루 어진다. 바람직하게, 외부도체(30)는 전기 전도도가 우수한 구리, 구리합금, 은합금, 또는 은도금 등의 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 외부도체(30)의 내측면, 즉 외부도체(30)가 유전층(20)과 접하는 면에 은 도금 처리를 하면, 대부분의 신호가 외부도체(30) 내에서 차폐되므로 우수한 차폐 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 외부도체(30)가 유전층(20)과 접하는 면은 은 도금처리되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 외부도체(30)의 도전율이 97% 이하일 경우, 손실특성이 크게 저하되고, 105% 이상일 경우, 제작 비용이 크게 증가하고 도전 성능이 크게 향상되지 않아 전송효율이 저하된다. 따라서, 외부도체(30)의 도전율은 97% 초과, 105%미만인 것이 바람직하다.

외부도체(30)의 두께가 0.24mm이하이면, 단위저항이 증가하여 전기 전도도가 저하되고 그 강도가 약하여 외력에 의해 쉽게 파손될 수 있다. 그리고, 외부도체(30)의 두께가 0.35mm이상이면, 전기 전도도의 차이는 거의 없고 그 무게가 증가하여 임피던스 정합을 유지하기 어렵다. 따라서, 외부도체(30)의 두께는 지지역할을 수행하기 충분한 강도, 무게, 및 임피던스 정합을 최적으로 유지할 수 있는 0.25mm초과, 0.35mm미만인 것이 더욱 바람직하다.

나아가, 중심도체(10)가 비철금속이고, 외부도체(30)가 비철금속이 아닌 금속(예컨대, 철(Fe))으로 이루어질 경우, 중심도체(10)와 외부도체(30) 사이의 투자율이 비 대칭됨에 따라, 중심도체(10)에 저주파 신호를 전송할 때에도 손실이 크게 발생한다. 따라서, 중심도체(10)가 비철금속으로 구비되면, 외부도체(30)도 비철금속으로 구비되는 것이 바람직하다.

그러면, 아래의 실험예를 통하여, 중심도체(10)와 외부도체(30)의 도전율과 두께에 따라 전송특성이 변화함을 확인하고, 도전율과 두께를 조절하여 손실 특성이 향상됨을 살펴본다.

비교예

종래기술에 따라 제조된 동축케이블은 중심도체, 유전층, 외부도체, 및 외피로 이루어진다. 중심도체는 평판 동 합금으로 제조되며, 제조과정에서 은, 산소, 인을 각각 1ppm, 20ppm, 40ppm 첨가하여 도전율을 95%로 조절하였다. 그리고, 중심도체의 두께를 0.45mm로 형성하였다. 상기와 같이 준비된 중심도체는 내부가 비어있는 원통의 형태로 마련하여 그 단부를 용접한 후, 길이방향으로 나선형의 굴곡이 형성되도록 하였다. 유전층은 발포된 폴리프로필렌(PP;polypropylene)으로 이루어지며, 상기 중심도체를 감싸는 형태로 이루어진다. 외부도체는 평판 동 합금으로 제조되며, 제조과정에서 은을 5ppm, 산소를 20ppm 첨가하여 도전율을 97%로 조절하였다. 그리고, 외부도체의 두께는 중심도체와 마찬가지로 0.45mm로 형성하였다. 상기와 같이 준비된 외부도체는 유전층을 감싸도록 마련하되 그 단부가 용접된 후, 길이방향으로 나선형의 굴곡이 형성되도록 하였다.

그리고, 네트워크 분석기(Network Analyzer)를 이용하여 상기와 같이 제조된 동축케이블에 신호를 인가하여 주파수를 0MHz부터 3GHz까지 증가시키면서 손실특성을 측정한다. 측정된 결과는 도 3과 같이 나타난다.

실시예

본 발명의 실시예에 따라 제조된 동축케이블은 중심도체(10), 유전층(20), 외부도체(30), 및 외피(40)로 이루어진다. 중심도체(10)는 평판 동 합금으로 제조되며, 제조과정에서 은을 15ppm 첨가하고 산소를 10ppm 첨가하여 도전율을 102%로 조절하였다. 그리고, 중심도체(10)의 두께를 0.25mm로 형성하였다. 상기와 같이 준비된 중심도체(10)는 내부가 비어있는 원통의 형태로 마련하여 그 단부를 용접한 후, 길이방향으로 나선형의 굴곡이 형성되도록 하였다. 유전층(20)은 미세기포가 함유되도록 발포된 폴리프로필렌(PP; polypropylene)으로 이루어지며, 상기 중심도체(10)를 감싸는 형태로 이루어진다. 이때, 유전층(20)의 형성에 앞서 중심도체(10)의 외부에 상기 유전층(20)과 그 조성이 유사한 폴리에틸렌(PE; polyethylene)이 코팅되어 내부스킨층(15)을 형성하고, 유전층(20)이 형성된 후 그 외부에 유전층(20)의 과다발포를 억제하는 외부 스킨층(25)을 형성한다. 외부도체(30)는 평판 동 합금으로 제조되며, 제조과정에서 은을 20ppm, 산소를 10ppm 첨가하여 도전율을 103%로 조절하였다. 그리고, 외부도체(30)의 두께는 중심도체(10)와 마찬가지로 0.3mm로 형성하였다. 상기와 같이 준비된 외부도체(30)는 유전층(20)을 감싸도록 마련되며 그 단부가 용접된 후, 길이방향으로 나선형의 굴곡이 형성되도록 하였다.

그리고, 네트워크 분석기(Network Analyzer)를 이용하여 상기와 같이 제조된 동축케이블에 신호를 인가하여 주파수를 0MHz부터 3GHz까지 증가시키면서 손실특성을 측정한다. 측정된 결과는 도 4와 같이 나타난다.

도 3 또는 도 4를 참조하면, 비교예에 따라 제조된 동축케이블을 이용하여 특성 임피던스를 측정한 결과, 2GHz범위에서 측정된 특성임피던스는 6.15dB이고, 3GHz범위에서 측정된 특성임피던스는 8.03dB이다. 반면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 동축케이블의 특성임피던스를 측정한 결과, 2GHz범위에서 측정한 특성임피던스는 5.4dB이고, 3GHz범위에서 측정한 특성임피던스는 6.9dB이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 동축케이블은 비교예에 따라 제조된 동축케이블에 비하여, 10%정도 향상된 손실특성이 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명의 동축케이블에 따르면, 동축케이블 내부에 구비된 중심도체 및 외부도체의 도전율과 두께를 조절하여, 고주파 신호를 전송하는 환경에서도 전송손실을 줄일 수 있다.

Claims

도전율이 100 % 초과, 104% 미만을 갖는 실린더 형태의 도전성 물질로 이루어지고, 그 두께가 0.1mm 초과, 0.5mm미만인 중심도체;

상기 중심도체를 감싸며, 절연성 물질로 이루어진 유전층;

상기 유전층을 감싸며, 도전율이 97 % 초과, 105% 미만을 갖고, 두께가 0.24mm 초과, 0.35mm미만인 도전성 물질로 이루어진 외부도체; 및

상기 외부도체를 감싸는 외부자켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 동축케이블.
제1항에 있어서,

상기 중심도체의 도전율이 102%를 갖고 두께가 0.25mm 이상, 0.3mm이하인 것을 특징으로 하는 동축케이블.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 외부도체의 도전율이 102% 이상, 103% 이하를 갖고 두께가 0.25mm 이상, 0.35mm이하인 것을 특징으로 하는 동축케이블.
제1항에 있어서,

상기 중심도체 및 외부도체는 비철금속인 것을 특징으로 하는 동축케이블.
제3항에 있어서,

상기 중심도체는 구리, 구리합금, 은합금, 및 은도금 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 동축케이블.
제5항에 있어서,

상기 외부도체는 구리, 구리합금, 은합금, 및 은도금 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 동축케이블.
제3항에 있어서,

상기 중심도체에서 도전성 물질로 이루어진 도전층은 그 외부에 나선형 주름이 형성된 것을 특징으로 하는 동축케이블.
제3항에 있어서,

상기 중심도체의 표면에 절연성 물질로 이루어진 내부 스킨층이 박막 코팅된 것을 특징으로 하는 동축케이블.
제8항에 있어서,

상기 유전층의 외부 표면에 외부 스킨층이 코팅된 것을 특징으로 하는 동축케이블.
제3항에 있어서,

상기 유전층의 외부 표면에 외부 스킨층이 코팅된 것을 특징으로 하는 동축케이블.