KR101875493B1 - 동축 케이블 - Google Patents

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Abstract

(과제) 양호한 전기 특성을 갖고 또한 양호한 내슬라이딩 특성을 갖는 동축 다심 케이블을 제공한다.
(해결수단) 동축 케이블(1)은 내부 도체(11)와, 내부 도체(11)의 외주면에 배치된 유전체층(12)과, 띠형상의 베이스(16) 및 베이스(16)의 한쪽의 표면에 배치되는 전계 차폐층(17)을 갖고, 유전체층(12)의 외주면을 따라 베이스(16)가 유전체층(12)에 접촉하도록 권회된 테이프재(15)와, 전계 차폐층(17)에 적어도 일부가 접하도록 배치된 복수의 외부 도체용 도선(13)을 갖고, 전계 차폐층(17)의 저항값은 500Ω/m이상인 것을 특징으로 한다.

Description

동축 케이블{COAXIAL CABLE}
본 발명은 동축 케이블에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극세의 동축 케이블에 관한 것이다.
내시경이나 초음파 프로브 케이블 등의 의료용 케이블의 신호선 등으로서 극세의 동축 케이블을 사용해서 고주파 신호를 극세의 전송로로 전송하는 것이 알려져 있다. 동축 케이블은 내부 도체와, 내부 도체의 외주면에 배치되는 유전체층과, 유전체층의 외주면에 배치되는 외부 도체로 구성된다. 통상, 동축 케이블을 사용할 때, 외부 도체는 동축 케이블의 단부에서 접지된다. 동축 케이블의 외부 도체는 복수의 외부 도체용 도선이 편입되어서 편조되어서 형성되거나, 또는 복수의 외부 도체용 도선이 나선상으로 권회되어서 횡권되어서 형성된다. 편조 또는 횡권되어서 형성된 외부 도체는 내부 도체의 외주면에 배치되는 유전체층의 외주면을 따라 배치된다. 의료용 케이블에 사용되는 동축 케이블은 그 용도로부터 특성으로서 내굴곡성이 요구되고, 또한 취급성의 향상을 위해서 보다 세경화가 요구되어지고 있다. 그래서 동축 케이블의 전송 특성을 저하시키지 않고 더욱 세경화하는 검토가 이루어져 왔다.
특허문헌 1에는 극세의 동축 케이블의 편조 또는 횡권되어서 형성된 외부 도체 대신에 유전체층의 외주면에 금속층을 형성함으로써 실드의 두께가 얇음에도 불구하고 실드 성능이 좋은 극세 동축 케이블을 제공할 수 있는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 동축 케이블의 금속층은 증착 또는 도금에 의해 형성되고, 0.1㎛∼20㎛의 두께를 갖는다.
특허문헌 1에 기재된 동축 케이블에서는 외부 도체를 금속 증착 등으로 형성함으로써, 실드 성능을 저하시키지 않고 외부 도체용 도선의 지름만큼 케이블 지름을 가늘게 하는 것이 가능해진다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 동축 케이블에서는 동축 케이블이 굴곡 동작을 반복하면 유전체층의 외주면에 형성된 금속층에 균열이 생겨서 동축 케이블의 전송 특성은 악화될 우려가 있다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 동축 케이블에서는 충분한 내굴곡성이 얻어지지 않는다는 문제가 있다.
또한, 플라스틱 테이프의 한쪽의 표면에 금속층이 형성된 금속층 형성 테이프를 유전체층의 외주면에 배치한 동축 케이블이 알려져 있다. 동축 케이블에 있어서, 유전체층의 외경이 큰 경우에는 유전체와 외부 도체용 도선의 공극부분과, 유전체를 포함하는 실효 유전체의 외형은 내부 도체와 동축의 대략 원통형인 것으로 간주할 수 있다. 그러나, 세경화를 위해서 동축 케이블의 외경을 가늘게 해서 극세 케이블이라고 불리는 범위가 되면, 전술의 실효 유전체의 외형은 대략 원통형인 것으로 간주할 수 없게 된다. 그 때문에 전송 특성이 악화될 우려가 있다. 특허문헌 2에 기재되는 동축 케이블은 유전체층의 표면에 금속층을 배치하도록 유전체층의 외주면을 따라 권회된 금속층 형성 플라스틱 테이프와, 금속층 형성 플라스틱 테이프의 외주면에 배치된 복수의 외부 도체용 도선을 갖는다. 특허문헌 2에 기재되는 동축 케이블은 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층에 의해 유전체와 외부 도체용 도선의 공극부분과, 유전체를 합한 실효 유전체의 외형이 대략 원통형으로 보정되므로, 상기 전송 특성의 악화의 문제에 관해서는 억제할 수 있다고 생각된다.
특허문헌 2의 단락 〔0006〕에는 「구리나 은으로 이루어지는 금속층에 의한 충분한 표피효과를 얻기 위해서는 1㎓의 고주파에서는 적어도 2㎛, 5㎓의 고주파에서는 적어도 1㎛의 두께가 필요하지만, 증착에 의한 방법에서는 금속층의 두께를 두껍게 하는 것이 곤란하여 충분한 전기 특성을 발휘할 수 없다는 문제가 있다」라는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 2에 기재되는 동축 케이블의 금속층의 두께가 두껍게 되어 있는 것은 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층을 도체로서 기능시키기 위해서이다. 이 때문에, 특허문헌 2에서는 동축 케이블의 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층의 두께는 1㎛보다 두껍고 4㎛이하의 두께로 되어 있다.
또한 특허문헌 2의 단락 〔0013〕에는 「발명을 적용하는 동축 케이블로서는 내부 도체 사이즈가 40AWG∼28AWG(외경 약 0.08∼0.32mm)의 것이 바람직하다」인 것이 기재되어 있다.
일반적으로, 내부 도체 사이즈가 32AWG이상인 케이블은 세경 케이블, 내부 도체 사이즈가 38AWG이상인 케이블은 극세 케이블이라고 불린다.
일본 특허공개 2006-40806호 공보 일본 특허공개 2003-257257호 공보
특허문헌 2에 기재되는 구조의 동축 케이블에서는 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층이 두껍고, 저항값이 낮기 때문에 도체로서 기능한다. 이 동축 케이블로 고주파 신호를 전송할 경우, 표피효과에 의해 전송 신호는 복수의 도선으로 형성되는 외부 도체가 아닌 외부 도체의 내측에 배치되는 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층을 흐르게 된다. 전송 신호가 보다 저항값이 낮은 외부 도체가 아닌 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층을 흐름으로써, 저항손에 의한 신호전송의 손실이 증가할 우려가 있다.
특허문헌 2에 기재되는 구조의 동축 케이블의 신호전송의 손실을 낮게 하기 위해서, 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층의 막두께를 더 두껍게 해서 그 저항값을 작게 하는 것이 고려된다. 그러나, 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층의 막두께를 두껍게 하면, 동축 케이블의 가요성과 내구성이 저하될 우려가 있다.
또한 극세의 동축 케이블에 있어서, 외부 도체에 신호가 흐르도록 하기 때문에, 유전체층과 외부 도체 사이에 금속층을 배치하지 않는 경우, 유전체층과 외부 도체 사이에 형성되는 공극에 의한 전송 특성의 악화가 문제가 된다. 즉, 극세의 동축 케이블에서는 외부 도체용 도선의 구경과 유전체층의 외경의 차가 작아져서 유전체층과 외부 도체용 도선 사이에 형성되는 공극을 포함하는 실효적인 유전체형상이 대략 원통형이 아니게 되고, 공극에 충전되는 공기의 유전률과 유전체층을 형성하는 재료의 유전률의 차에 의해 반사가 생기기 때문에 동축 케이블의 전송 특성이 악화될 우려가 있다.
그래서, 본 발명은 고주파 신호를 전송한 경우에도, 삽입 손실이 낮고 또한 전송 특성이 악화될 우려가 없는 극세 동축 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 동축 케이블은 내부 도체와, 내부 도체의 외주면에 배치된 유전체층과, 띠형상의 베이스 및 베이스의 한쪽의 표면에 배치되는 전계 차폐층을 갖고, 유전체층의 외주면을 따라 베이스가 유전체층에 접촉하도록 권회된 테이프재와, 전계 차폐층에 적어도 일부가 접하도록 배치된 복수의 외부 도체용 도선을 갖고, 전계 차폐층의 저항값은 500Ω/m이상이다.
본 발명에 따른 동축 케이블의 전계 차폐층의 저항값은 500Ω/m이상이므로, 고주파 신호를 전송한 경우에도 도체로서 기능하지 않고, 표피효과에 의해 전계 차폐층에 전송 신호가 흐르는 것을 억제하고, 전송 신호는 그 대부분이 전계 차폐층에 접하는 외부 도체용 도선을 흐르게 된다. 그 결과, 전계 차폐층은 외부 도체로서 기능하지 않게 된다. 그 때문에 전계 차폐층에 신호가 흐를 때의 전계 차폐층의 저항 성분에 의한 전송 신호의 손실을 억제할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 동축 케이블에서는 유전체층과 외부 도체 사이에 배치되는 전계 차폐층은 매우 얇고, 저항값을 매우 크게 하고 있기 때문에 전송 신호가 흐르는 일은 거의 없지만, 유전체층 상에 외부 도체용 도선이 접하도록 배치되고, 상술한 유전체층과 외부 도체용 도선 사이에 형성되는 공극을 포함하는 실효적인 유전체형상을 원통형으로 보정하는 기능을 발현하는 것이 가능하다. 그것에 의해, 유전체층과 외부 도체 사이에 형성되는 공극의 영향은 받지 않고, 양호한 전송 특성이 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 동축 케이블의 전계 차폐층의 저항값은 12kΩ/m이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 동축 케이블의 전계 차폐층의 저항값이 12kΩ/m이하이므로, 실효 유전체의 형상을 원통형으로 보정하는 기능을 발현하여 유전체층과 외부 도체 사이에 형성되는 공극의 영향을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 동축 케이블의 전계 차폐층의 두께는 0.02㎛이상 0.3㎛이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 동축 케이블의 전계 차폐층의 두께는 0.02㎛이상이므로, 전계 차폐층 전체에 걸쳐서 대략 균일한 두께로 할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 동축 케이블의 전계 차폐층의 두께는 0.3㎛이하이므로, 38AWG이상의 극세의 도선을 내부 도체로서 사용할 경우에 전계 차폐층에 신호가 흐르지 않고, 표피효과에 의해 외부 도체에 신호가 흐르기 때문에 전계 차폐층의 저항 성분에 의한 신호의 손실이 발생하는 일이 없다.
이에 대하여 인용문헌 1에 기재되는 동축 케이블은 유전체층의 외주에 설치한 금속층 두께를 0.1㎛∼20㎛로 하고 있지만 금속층 두께의 상세에 관한 기재는 없고, 도포 또는 도금 등으로 작성된 금속층 단독으로 충분한 전기 특성을 얻기 위해서는 1㎛∼4㎛정도의 금속층 두께가 필요하기 때문에, 실질적인 금속층 두께는 1∼4㎛이상이다라고 생각된다. 또 선술과 같이, 인용문헌 2에 기재되는 동축 케이블도 금속층의 두께를 1㎛보다 두껍고 4㎛이하의 두께로 하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 동축 케이블의 복수의 외부 도체용 도선은 횡권되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 동축 케이블의 복수의 외부 도체용 도선은 횡권되므로, 복수의 외부 도체용 도선이 편조되는 경우와 비교해서 동축 케이블의 구경을 작게 할 수 있다. 또한 복수의 외부 도체용 도선이 편조되는 경우와 비교해서 본 발명에 따른 동축 케이블은 높은 가요성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 동축 케이블의 복수의 외부 도체용 도선의 횡권 방향은 테이프재가 권회시키는 방향과 동일 방향인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 동축 케이블의 복수의 외부 도체용 도선의 횡권 방향이 테이프재가 권회시키는 방향과 동일 방향이므로, 본 발명에 따른 동축 케이블은 높은 가요성을 갖고, 전계 차폐층과 외부 도체용 도선 사이의 공극을 작게 할 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 고주파 신호를 전송한 경우에도, 삽입 손실이 낮고 또한 전송 특성이 악화될 우려가 없는 극세 동축 케이블을 제공하는 것이 가능해졌다.
도 1의 (a)는 종래의 동축 케이블의 일례의 길이 방향에 수직인 단면의 단면도이며, (b)는 종래의 동축 케이블을 극세 케이블의 지름으로 작성했을 때의 길이 방향에 수직인 단면의 단면도이며, (c)는 (b)에 나타내는 동축 케이블의 유전체층 부분의 확대 단면도이다.
도 2는 실시형태에 따른 동축 케이블의 길이 방향에 수직인 단면의 단면도이다.
도 3은 전계 차폐층의 저항값을 연산할 때에 사용되는 정수를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 전송 신호 주파수와 반사 감쇠량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 전송 신호 주파수와 삽입 손실의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 전계 차단층의 저항값과 삽입 손실의 저감율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 유전체층의 외경과 외부 도체용 도선의 구경의 비와 반사 감쇠량 저감율의 관계를 나타내는 도면이다.
이하 도면을 참조해서 본 발명에 따른 동축 케이블에 관하여 설명한다. 단, 본 발명의 기술적 범위는 이들 실시형태에 한정되지 않고, 특허청구의 범위에 기재된 발명과의 균등물에 미치는 점에 유의되어야 한다.
본 발명에 따른 동축 케이블에 관하여 설명하기 전에 종래의 케이블의 과제에 대해서 보다 상세하게 설명한다.
도 1의 (a)는 종래의 동축 케이블의 일례의 길이 방향에 수직인 단면의 단면도이며, 도 1의 (b)는 종래의 동축 케이블을 극세 케이블의 지름으로 작성했을 때의 길이 방향에 수직인 단면의 단면도이며, 도 1의 (c)는 도 1의 (b)에 나타내는 동축 케이블의 부분 확대 단면도이다.
동축 케이블(101)은 내부 도체(111)와, 내부 도체(111)의 외주면에 배치된 유전체층(112)과, 유전체층(112)의 외주면에 배치된 복수의 외부 도체용 도선(113)과, 복수의 외부 도체용 도선(113)을 덮도록 배치되는 시스(114)를 갖는다. 동축 케이블(101)은 종래의 동축 케이블의 일례의 구조를 나타내고 있고, 유전체층 상에 금속층을 설치하지 않고, 직접 외부 도체를 횡권으로 배치하고 있다. 동축 케이블(101)의 구경은 A로 나타내어지며, 유전체층(112)의 구경은 B로 나타내어진다. 복수의 외부 도체용 도선(113)의 구경은 C로 나타내어지고, 일례에서는 복수의 외부 도체용 도선(113)의 구경은 30㎛이다.
동축 케이블(102)은 내부 도체(121)와, 내부 도체(121)의 외주면에 배치된 유전체층(122)과, 유전체층(122)의 외주면에 배치된 복수의 외부 도체용 도선(123)과, 복수의 외부 도체용 도선(123)을 덮도록 배치되는 시스(124)를 갖는다. 동축 케이블(102)은 동축 케이블(101)을 세경화해서 극세 동축 케이블로 한 구조를 나타내고 있고, 유전체층 상에 금속층을 형성하지 않고, 직접 외부 도체가 횡권으로 배치되어 있다. 동축 케이블(102)의 구경은 D로 나타내어지며, 유전체층(122)의 구경은 E로 나타내어진다. 복수의 외부 도체용 도선(123)의 구경은 C로 나타내어지며, 동축 케이블(101)의 복수의 외부 도체용 도선(113)의 구경과 같다.
동축 케이블(102)의 구경(D)은 세경화되어서 동축 케이블(101)의 구경(A)의 약 1/5로 되어 있다. 동축 케이블(101)과, 케이블 지름이 가늘어진 동축 케이블(102)에서 제조상의 문제 등에 의해, 외부 도체용 도선에는 대략 동일 구경의 도체를 사용하는 일이 많다. 대략 동일 구경의 도체를 외부 도체를 형성하는 복수의 외부 도체용 도선으로서 사용했을 경우, 동축 케이블의 구경이 클 때에는 유전체 지름에 대하여 외부 도체용 도선의 지름이 충분히 작고, 외부 도체용 도선과 유전체 사이에 형성되는 공극은 무시할 수 있지만, 동축 케이블의 구경이 가늘어지면, 유전체 지름과 외부 도체용 도선의 지름이 가까워지고, 복수의 외부 도체용 도선과 유전체 사이에 형성되는 공극의 영향을 무시할 수 없게 된다.
도 1(a)에 있어서 화살표 F로 나타내어지는 동축 케이블(101)의 공극의 합계의 크기의 유전체층(112)의 단면적에 대한 비율은 2%정도이다. 한편, 도 1(c)의 확대 단면도에 나타내듯이, 도 1(b)에 있어서 화살표 G로 나타내어지는 동축 케이블(102)의 공극의 합계의 크기의 유전체층(122)의 단면적에 대한 비율은 8%정도이다. 이렇게, 동축 케이블(102)에서는 동축 케이블(101)과 비교해서 공극의 합계의 크기의 유전체층의 단면적에 대한 비율이 4배로 증가하게 된다.
동축 케이블이 극세화되고, 복수의 외부 도체용 도선과 유전체 사이에 형성되는 공극의 크기의 유전체층의 단면적에 대한 비율이 커지면, 복수의 외부 도체용 도선과 유전체층 사이에 형성되는 공극의 영향은 무시할 수 없게 되고, 유전체층과 외부 도체 사이에 형성되는 공극을 포함하는 실효적인 유전체 외형이 대략 원통형이 아닌 도 1(c)에 나타내어지는 바와 같이 찌그러진 형태가 된다. 그 결과, 동축 케이블의 전송 특성이 악화되는 문제가 생긴다.
그래서, 인용문헌 1 및 2에 기재된 바와 같은 유전체층 상에 금속층을 배치한 구조에서 복수의 외부 도체용 도선과 유전체 사이에 형성되는 공극의 영향은 배제할 수 있다고 생각된다.
그러나, 선술과 같이, 인용문헌 2에 기재되는 동축 케이블의 금속층은 도체로서 기능하기 위한 충분한 두께를 갖고, 고주파 신호를 전송할 경우, 표피효과에 의해, 전송 신호가 외부 도체의 내측에 배치되는 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층을 흐르게 된다. 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층의 저항값은 도체로서 기능하기 위해서는 높기 때문에, 전송 신호가 외부 도체가 아닌 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층을 흐름으로써, 신호 전송시의 저항손에 의한 전송 신호의 손실이 증가할 우려가 있다.
특허문헌 2에 기재되는 구조의 동축 케이블의 신호전송의 손실을 개선하기 위해서 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층의 막두께를 더 두껍게 한 경우에는 선술과 같이 동축 케이블의 가요성과 내구성이 저하되고, 동축 케이블이 굴곡동작을 반복하면 금속층 형성 플라스틱 테이프의 금속층에 균열이 생겨서 실드 효과가 저하될 우려가 있다.
본 발명의 발명자는 복수의 외부 도체용 도선과 유전체 사이에 배치되는 금속층의 저항값을 매우 크게 하면, 금속층이 도체로서 기능하지 않는 것에 착안했다. 즉, 본 발명의 발명자는 복수의 외부 도체용 도선과 유전체 사이에 배치되는 금속층을 매우 얇게 하고, 그 저항값을 매우 크게 해서 금속층에 흐르는 전송 신호를 억제함으로써, 전송 신호의 반사 및 손실을 억제할 수 있는 것을 찾아냈다.
본 발명에 의하면, 복수의 외부 도체용 도선과 유전체 사이에 배치되는 금속층의 저항값을 매우 크게 함으로써, 전송 신호가 고주파인 경우에도, 금속층이 아닌 저항값이 작은 외부 도체용 도선에 전송 신호를 흐르게 함으로써 전송 신호의 반사 및 손실을 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 복수의 외부 도체용 도선과 유전체층 사이에 도체로서 기능하지 않는 높이의 저항값을 갖는 금속층인 전계 차폐층을 배치함으로써, 실효적인 유전체의 외형을 대략 원통형으로 보정해서 전송 신호의 반사 및 손실이 적은 동축 케이블을 제공하는 것이다.
도 2는 실시형태에 따른 동축 케이블의 길이 방향에 수직인 단면의 단면도이다.
동축 케이블(1)은 내부 도체(11)와, 유전체층(12)과, 복수의 외부 도체용 도선(13)과, 시스(14)와, 유전체층(12)의 외주면을 따라 권회된 테이프재(15)를 갖는다. 테이프재(15)는 유전체층에 접촉하도록 권회된 베이스(16)와, 베이스(16)의 외측면에 증착되고, 외주면이 복수의 외부 도체용 도선(13)에 접촉하는 전계 차폐층(17)을 갖는다.
내부 도체(11)는 꼬아 합쳐진 복수의 은도금 구리 합금선을 갖는다. 내부 도체(11)는 은도금 구리 합금선으로 형성되지만, 주석도금 구리, 은도금 구리, 조(粗) 구리 등으로 형성해도 좋다. 일례에서는 내부 도체(11)의 구경은 60㎛이다.
유전체층(12)은 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA)로 형성되고, 내부 도체(11)의 외주면에 배치된다. 일례에서는 유전체층(12)의 외경은 150㎛이다. 유전체층(12)은 폴리에틸렌 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오로에틸렌·에틸렌 공중합체(ETFE) 등 다른 수지로 형성해도 좋다.
복수의 외부 도체용 도선(13)은 각각 은도금 구리 합금선으로 구성되고, 전계 차폐층(17)의 외주면에 적어도 일부가 접하도록 테이프재(15)가 권회되는 방향과 동일 방향으로 횡권된다. 복수의 외부 도체용 도선(13)은 각각 신호 전송시에 귀로로서 기능한다. 일례에서는 복수의 외부 도체용 도선(13)의 구경은 각각 30㎛이다. 복수의 외부 도체용 도선(13)은 각각 은도금 구리 합금선으로 형성되지만, 주석도금 구리, 은도금 구리, 조 구리 등으로 형성해도 좋다.
시스(14)는 PFA로 구성되고, 복수의 외부 도체용 도선(13)의 외주면에 배치되는 보호 피막층이다. 일례에서는 시스(14)의 두께는 30㎛이다.
베이스(16)는 한쪽의 면에 전계 차폐층이 증착 형성된 띠형상의 폴리에스테르 필름이며, 전계 차폐층이 증착 형성된 면을 외측을 향해서 폭방향의 단부가 겹치도록 유전체층(12)의 외주면을 따라 권회되어 있다. 일례에서는 베이스(16)의 폭은 0.6mm이며 두께는 4㎛, 증착 형성된 전계 차폐층(17)의 막두께는 0.1㎛이다.
전계 차폐층(17)은 베이스(16)의 한쪽의 표면에 증착 형성된 알루미늄 또는 구리 등의 금속이다. 전계 차폐층(17)의 외주면에는 복수의 외부 도체용 도선(13)이 적어도 일부가 전계 차폐층(17)의 외주면에 접하도록 횡권되어 있다. 전계 차폐층(17)은 전체에 걸쳐서 두께가 균일해지도록 형성되어 있고, 전계 차폐층(17)의 두께는 고주파 신호가 전송된 경우에도 표피효과가 발현되지 않는 500Ω/m이상의 저항값이 되도록 선택된다.
전계 차폐층(17)의 막두께는 동축 케이블(1)의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 전계 차폐층(17)의 단면의 평균 막두께로서 규정된다.
전계 차폐층(17)의 저항값은 유전체층(12)으로부터 테이프재(15)를 적당한 길이에 걸쳐서 박리하고, 박리한 테이프재(15)의 한쪽의 표면에 배치되는 전계 차폐층(17)의 양단 사이의 저항값을 실측함으로써 단위길이당 저항값으로서 규정된다.
또한 전계 차폐층(17)의 저항값 R〔Ω/m〕은,
R=k·ρ·L/(WO·Mt)
로부터 연산해도 좋다. 여기에서, k는 전계 차폐층이 증착 생성되는 경우에 전계 차폐층을 형성하는 금속의 저항율 ρ〔Ω/m〕을 보정하는 계수이다. 예를 들면 알루미늄 증착의 경우, k는 2.5이며, 구리 증착의 경우, k는 1.25이다. L〔m〕은 동축 케이블(1)의 1〔m〕당 테이프재(15)의 길이이며,
L=l·10-3/P
로 나타내어진다. 여기에서, l〔mm〕은 유전체층(12)의 외주면을 따라 테이프재(15)가 1주 권회되었을 때의 테이프재(15)의 길이이며,
l=πD/sinθ
로 나타내어진다. 여기에서, D〔mm〕는 유전체층(12)의 구경 Do〔mm〕과 테이프재(15)의 두께 t〔mm〕의 합이며, θ는 테이프재(15)가 유전체층(12)의 외주면에 권회될 때의 각도이다.
P〔mm〕는 테이프재(15)가 유전체층(12)의 외주면에 권회될 때의 피치이며,
P=πD/tanθ
로 나타내어진다.
WO〔mm〕는 테이프재(15)의 폭이며, Mt〔mm〕는 전계 차폐층(17)의 두께이다. 테이프재(15)의 폭 WO은,
WO=W·Wr
로 나타내어진다. 여기에서, W〔mm〕는 테이프재(15)의 실효폭이며,
W=πD·cosθ
로 나타내어진다. Wr은 테이프재(15)의 랩수이다. 랩수는 1.1∼1.3정도이다.
도 3(a) 및 3(b)는 각각 전계 차폐층(17)의 저항값 R〔Ω/m〕을 연산할 때에 사용되는 정수를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3에 있어서, Do〔mm〕는 유전체층(12)의 구경이며, t〔mm〕는 테이프재(15)의 두께이며, D〔mm〕는 Do와 t의 합이며, θ는 테이프재(15)가 유전체층(12)의 외주면에 권회될 때의 각도이며, WO〔mm〕는 테이프재(15)의 폭이다. 또한 W〔mm〕는 테이프재(15)의 실효폭이며, P〔mm〕는 테이프재(15)이 유전체층(12)의 외주면에 권회될 때의 피치이다.
동축 케이블(1)에서는 유전체층(12)과 복수의 외부 도체용 도선(13) 사이에 전계 차폐층(17)이 배치되므로 실효적인 유전체형상은 전계 차폐층에 둘러싸여진 대략 원통형이 된다. 동축 케이블(1)에서는 유전체층(12)과 복수의 외부 도체용 도선(13) 사이에 형성되는 공극에 의한 전송 신호의 반사 및 손실을 방지할 수 있다.
또한 동축 케이블(1)에서는 전계 차폐층(17)의 두께는 도체로서 기능하지 않는 저항값이 되도록 선택되므로, 고주파 신호가 전송된 경우에도 전계 차폐층(17)에 전송 신호가 흐르는 것에 의한 전송 신호의 저항손에 의한 전송 신호의 손실의 증가를 억제할 수 있다.
또한 동축 케이블(1)에서는 복수의 외부 도체용 도선(13)은 전계 차폐층(17)이 배치되는 테이프재(15)가 권회되는 방향과 동일 방향으로 횡권되므로, 구경을 작게 하고 또한 높은 가요성을 가질 수 있다.
유전체층(12)의 외경과 복수의 외부 도체용 도선(13)의 구경의 비는 1:1∼10:1 사이가 되는 것이 바람직하다. 복수의 외부 도체용 도선(13)의 구경이 유전체층(12)의 외경보다 커지면, 복수의 외부 도체용 도선(13)을 유전체층(12)의 외주에 균일하게 횡권하는 것이 어렵게 되는 데다가 외부 도체용 도선(13)의 구경이 커짐으로써 동축 케이블(1)의 구경이 증가하게 된다.
유전체층(12)의 외경을 300㎛보다 크게 하거나, 또는 복수의 외부 도체용 도선(13)의 구경을 30㎛보다 작게 하면, 복수의 외부 도체용 도선(13)의 구경이 유전체층(12)의 외경의 10분의 1보다 작아진다. 복수의 외부 도체용 도선(13)의 구경이 유전체층(12)의 외경의 10분의 1보다 작아지면, 복수의 외부 도체용 도선(13)과 유전체층(12) 사이에 형성되는 공극의 크기의 유전체층의 단면적에 대한 비율이 2%정도가 된다. 복수의 외부 도체용 도선(13)과 유전체층(12) 사이에 형성되는 공극의 크기의 유전체층의 단면적에 대한 비율이 2%정도보다 작아지면, 공극에 의한 전송 신호의 반사가 전송 신호에 주는 영향이 작아지므로, 전계 차폐층(17)을 배치하는 것에 의한 효과는 작아진다.
복수의 외부 도체용 도선(13)은 테이프재(15)가 권회되는 방향과 동일 방향에 횡권되어 있지만, 복수의 외부 도체용 도선(13)은 테이프재(15)가 권회되는 방향과 반대 방향으로 횡권되어도 좋다. 또한 복수의 외부 도체용 도선(13)은 횡권되어 있지만, 복수의 외부 도체용 도선은 편조되어도 좋다.
또한 동축 케이블(1)의 복수의 외부 도체용 도선(13)의 구경은 30㎛이지만, 복수의 외부 도체용 도선(13)의 구경은 동축 케이블(1)의 가요성에 영향을 주지 않고 또한 동축 케이블(1)의 구경을 필요이상으로 크게 하지 않는 범위에서 30㎛보다도 커도 좋다. 또한 동축 케이블(1)의 유전체를 가늘게 했을 경우 등, 유전체 지름과의 밸런스 및 외경 증가를 억제하는 목적 등에 의해, 복수의 외부 도체용 도선(13)의 구경은 30㎛보다 작게 해도 좋다.
또한 전계 차폐층(17)의 두께는 0.02㎛이상 0.3㎛이하인 것이 바람직하다. 전계 차폐층(17)의 두께가 0.02㎛보다 얇아지면 균일한 두께를 갖는 전계 차폐층을 제조하는 것이 어렵게 되어 제조 비용이 상승할 우려가 있다. 전계 차폐층(17)의 두께가 0.3㎛보다 두꺼워지면 철 등 저항율이 높은 금속으로 전계 차폐층(17)을 형성한 경우에도, 전계 차폐층(17)이 외부 도체로서 기능하고, 표피효과에 의해 전계 차폐층에 신호가 흐름으로써 저항손에 의한 손실이 증가할 우려가 있다.
또한 전계 차폐층(17)의 재료 및 두께는 도 4 및 도 5에 나타내어지는 반사 감쇠량과 삽입 손실의 실측값과, 도 6에 나타내어지는 삽입 손실 저감율의 이론값으로부터 500Ω/m이상이 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 전계 차폐층(17)의 저항값을 500Ω/m이상으로 하면, 주파수가 1.5㎓인 신호가 전파한 경우에도 반사 감쇠 및 삽입 손실을 억제할 수 있다.
또한 전계 차폐층(17)의 재료 및 두께는 도 4 및 도 5에 나타내듯이, 전계 차폐층(17)의 저항값이 800Ω/m이상이 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 전계 차폐층(17)의 저항값을 800Ω/m이상으로 하면, 주파수가 3㎓인 신호가 전파한 경우에도 반사 감쇠 및 삽입 손실을 억제할 수 있다.
또한 전계 차폐층(17)의 재료 및 두께는 도 4 및 도 5에 나타내듯이, 전계 차폐층(17)의 저항값이 12000Ω/m이하가 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 전계 차폐층(17)의 저항값을 12000Ω/m이하로 하면, 주파수가 1.5㎓인 신호가 전파한 경우에도 반사 감쇠 및 삽입 손실을 억제할 수 있다.
또한 전계 차폐층(17)의 재료 및 두께는 도 4 및 도 5에 나타내듯이, 전계 차폐층(17)의 저항값이 6000Ω/m이하가 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 전계 차폐층(17)의 저항값을 6000Ω/m이하로 하면, 주파수가 3㎓인 신호가 전파한 경우에도 반사 감쇠 및 삽입 손실을 억제할 수 있다.
또한 전계 차폐층(17)의 재료로서 알루미늄을 채용할 경우, 전계 차폐층(17)의 두께는 0.3㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 알루미늄으로 형성되는 전계 차폐층(17)의 두께를 0.3㎛이하로 함으로써, 사이즈가 38AWG인 도체를 내부 도체(11)로서 사용하고, 폭이 1.5mm인 테이프재(15)를 사용한 경우에도, 전계 차폐층(17)의 저항값은 500Ω이상으로 할 수 있다. 또한 전계 차폐층(17)의 재료로서 구리를 채용할 경우, 전계 차폐층(17)의 두께는 0.2㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 구리로 형성되는 전계 차폐층(17)의 두께를 0.2㎛이하로 함으로써, 사이즈가 38AWG인 도체를 내부 도체(11)로서 사용하고, 폭이 1.5mm인 테이프재(15)를 사용한 경우에도 전계 차폐층(17)의 저항값은 500Ω이상으로 할 수 있다.
실시예 1
특성 임피던스가 대략 동일하게 되도록 형성된 7개의 동축 케이블의 전송 신호의 주파수를 변화시켜서 반사 감쇠량 및 삽입 손실량을 측정했다.
시료 1은 내부 도체로서 구경이 60㎛인 은 도금 구리 합금선을 사용하고, 유전체층으로서 외경이 150㎛인 PFA를 사용하고, 유전체층의 외주면에 전계 차폐층을 개재시키지 않고 18개의 외부 도체용 도선이 횡권되어 있다. 외부 도체용 도선은 구경이 30㎛인 은 도금 구리 합금선이다. 외부 도체용 도선을 덮는 시스는 30㎛의 두께를 갖는 PFA이다.
시료 2는 두께 3㎛의 알루미늄박이 접착된 알펫을 시료 1의 유전체층과 외부 도체용 도선 사이에 배치한 것이며, 시료 3은 두께 0.13㎛의 구리가 증착된 테이프재를 시료 1의 유전체층과 외부 도체용 도선 사이에 배치한 것이다.
시료 4는 두께 0.05㎛의 구리가 증착된 테이프재를 시료 1의 유전체층과 외부 도체용 도선 사이에 배치한 것이며, 시료 5는 두께 0.055㎛의 알루미늄이 증착된 테이프재를 시료 1의 유전체층과 외부 도체용 도선 사이에 배치한 것이다. 시료 6은 두께 0.035㎛의 알루미늄이 증착된 테이프재를 시료 1의 유전체층과 외부 도체용 도선 사이에 배치한 것이며, 시료 7은 두께 0.02㎛의 알루미늄이 증착된 테이프재를 시료 1의 유전체층과 외부 도체용 도선 사이에 배치한 것이다.
표 1에 시료 1∼7의 특성 임피던스, 저항값 및 증착된 금속막의 막두께를 나타낸다.
Figure 112015126386893-pct00001
시료 1은 전계 차폐층을 갖고 있지 않고, 시료 2의 전계 차폐층의 저항값은 25Ω/m이며, 시료 3의 전계 차폐층의 저항값은 250Ω/m이다. 또한 시료 2의 전계 차폐층의 막두께는 3㎛이며, 시료 3의 전계 차폐층의 막두께는 0.13㎛이다.
시료 4의 전계 차폐층의 저항값은 800Ω/m이며, 시료 5의 전계 차폐층의 저항값은 3kΩ/m이며, 시료 6의 전계 차폐층의 저항값은 6kΩ/m이며, 시료 7의 전계 차폐층의 저항값은 12kΩ/m이다. 또한 시료 4의 전계 차폐층의 막두께는 0.05㎛이며, 시료 5의 전계 차폐층의 막두께는 0.055㎛이며, 시료 6의 전계 차폐층의 막두께는 0.035㎛이며, 시료 7의 전계 차폐층의 막두께는 0.02㎛이다.
시료 1∼7의 반사 감쇠량은 벡터 네트워크 애널라이저에 의해 측정했다.
도 4는 시료 1∼7의 전송 신호 주파수와 반사 감쇠량의 관계를 나타내는 도면이다. 도 4의 가로축은 전송 신호의 주파수를 나타내고, 세로축은 반사 감쇠량을 나타낸다. 도 4에 있어서, 화살표 1로 나타내어지는 실선은 시료 1을 나타내고, 화살표 2로 나타내어지는 파선은 시료 2를 나타내고, 화살표 3으로 나타내어지는 1점 쇄선은 시료 3을 나타낸다. 또한 화살표 4로 나타내어지는 실선은 시료 4를 나타내고, 화살표 5로 나타내어지는 파선은 시료 5를 나타내고, 화살표 6으로 나타내어지는 1점 쇄선은 시료 6을 나타내고, 화살표 7로 나타내어지는 2점 쇄선은 시료 7을 나타낸다.
전송 신호의 주파수가 1.5㎓보다 낮을 때, 전계 차폐층을 갖지 않는 시료 1과 비교해서 전계 차폐층을 갖는 시료 2∼7은 반사 감쇠량이 작아져 있다. 전송 신호의 주파수가 1.5㎓를 초과하면, 전계 차폐층의 저항값이 각각 25Ω/m 및 250Ω/m인 시료 2 및 3의 반사 감쇠량은 전계 차폐층을 갖지 않는 시료 1의 반사 감쇠량과 대략 동일하게 되어 있다. 한편, 전계 차폐층의 저항값이 800Ω/m를 초과하는 시료 4∼7의 반사 감쇠량은 전송 신호의 주파수에 관계없이, 전계 차폐층을 갖지 않는 시료 1의 반사 감쇠량보다 작아져 있다.
도 5는 시료 1∼7의 전송 신호 주파수와 삽입 손실의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5의 가로축은 전송 신호의 주파수를 나타내고, 세로축은 삽입 손실을 나타낸다. 도 5에 있어서, 화살표 1로 나타내어지는 실선은 시료 1을 나타내고, 화살표 2로 나타내어지는 파선은 시료 2를 나타내고, 화살표 3으로 나타내어지는 1점 쇄선은 시료 3을 나타낸다. 또한 화살표 4로 나타내어지는 실선은 시료 4를 나타내고, 화살표 5로 나타내어지는 파선은 시료 5를 나타내고, 화살표 6으로 나타내어지는 1점 쇄선은 시료 6을 나타내고, 화살표 7로 나타내어지는 2점 쇄선은 시료 7을 나타낸다.
전송 신호의 주파수가 1.5㎓보다 낮을 때, 전계 차폐층의 저항값이 800Ω/m인 시료 4의 삽입 손실은 전계 차폐층을 갖지 않는 시료 1의 삽입 손실보다 작아져 있다. 전송 신호의 주파수가 1.5㎓를 초과하면, 시료 4의 삽입 손실은 전계 차폐층을 갖지 않는 시료 1의 삽입 손실과 대략 동일하게 되어 있다.
전계 차폐층의 저항값이 3kΩ/m를 초과하는 시료 5∼7의 삽입 손실은 전송 신호의 주파수에 관계없이, 전계 차폐층을 갖지 않는 시료 1의 삽입 손실보다 작아져 있다.
도 6은 시료 2∼4의 전계 차단층의 저항값과 삽입 손실의 저감율의 관계를 나타내는 도면이다. 도 6의 가로축은 전계 차단층의 저항값을 나타내고, 세로축은 전계 차단층을 갖지 않는 시료 1의 삽입 손실에 대한 각각의 시료의 삽입 손실의 저감율을 나타낸다. 도 6에 있어서, 부호 2로 나타내어지는 점은 시료 2를 나타내고, 부호 3으로 나타내어지는 점은 시료 3을 나타내고, 부호 3으로 나타내어지는 점은 시료 4를 나타낸다. 도 6의 삽입 손실의 저감율은 도 6의 그래프를 생성하기 위해서 사용한 1.5㎓보다 낮은 주파수 범위에 있어서 복수의 주파수에 있어서의 삽입 손실의 평균값에 의거하여 연산되어 있다. 예를 들면 시료 2의 삽입 손실의 저감율은 시료 1의 복수의 주파수에 있어서의 삽입 손실의 평균값에 대한 시료 2의 복수의 주파수에 있어서의 삽입 손실의 평균값의 비율을 나타낸다. 도 6에 있어서, 2점 쇄선은 각각의 시료의 삽입 손실의 저감율로부터 연산되는 근사 직선이다.
도 6으로부터 전계 차단층의 저항값이 400Ω/m보다 높을 때, 전송 신호의 삽입 손실이 저감되어 있고, 예를 들면 전계 차단층의 저항값이 500Ω/m일 때, 삽입 손실의 저감율은 대략 2%가 되는 것을 알 수 있다.
실시예 2
유전체층의 외경과 외부 도체용 도선의 구경의 비가 다른 동축 케이블의 전송 신호의 반사 감쇠량을 측정했다.
시료 8∼10의 동축 케이블은 각각 외부 도체용 도선의 구경 이외는 전계 차폐층을 갖지 않는 시료 1과 동일한 구성을 갖는다. 시료 8의 유전체층의 외경과 외부 도체용 도선의 구경의 비는 3:1이며, 시료 8의 유전체층의 외경과 외부 도체용 도선의 구경의 비는 5:1이며, 시료 8의 유전체층의 외경과 외부 도체용 도선의 구경의 비는 7:1이다.
도 7은 시료 8∼10의 반사 감쇠량 저감율을 나타내는 도면이다. 도 7의 가로축은 유전체층의 외경과 외부 도체용 도선의 구경의 비를 나타내고, 세로축은 반사 감쇠량 저감율을 나타낸다. 도 7에 있어서, 부호 8로 나타내어지는 점은 시료 8을 나타내고, 부호 9로 나타내어지는 점은 시료 9를 나타내고, 부호 10으로 나타내어지는 점은 시료 10을 나타낸다.
시료 8∼10의 반사 감쇠량은 유전체층과 외부 도체용 도선 사이에 형성되는 공극에 의해 생기는 반사파의 영향을 나타내는 것이다. 도 7로부터 유전체층의 외경과 외부 도체용 도선의 구경의 비가 10:1정도가 되면 유전체층과 외부 도체용 도선 사이에 형성되는 공극에 의해 생기는 반사파 감쇠량은 무시할 수 있는 정도가 되는 것이라고 추정된다.
1, 101, 102: 동축 케이블
11, 111, 121: 내부 도체
12, 112, 122: 유전체층
13, 113, 123: 복수의 외부 도체용 도선
14, 114, 124: 시스
15: 테이프재
16: 베이스
17: 전계 차폐층

Claims (9)

  1. 내부 도체와,
    상기 내부 도체의 외주면에 배치된 유전체층과,
    띠형상의 베이스 및 상기 베이스의 한쪽의 표면에 배치되는 전계 차폐층을 갖고, 상기 유전체층의 외주면을 따라 상기 베이스가 상기 유전체층에 접촉하도록 권회된 테이프재와,
    상기 전계 차폐층에 적어도 일부가 접하도록 배치된 복수의 외부 도체용 도선을 갖고,
    상기 전계 차폐층의 길이 방향의 저항값은 500Ω/m이상인 것을 특징으로 하는 동축 케이블.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 차폐층의 길이 방향의 저항값은 12kΩ/m이하인 것을 특징으로 하는 동축 케이블.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전계 차폐층의 두께는 0.02㎛이상 0.3㎛이하인 것을 특징으로 하는 동축 케이블.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 외부 도체용 도선은 횡권되는 것을 특징으로 하는 동축 케이블.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 외부 도체용 도선의 횡권 방향은 상기 테이프재가 권회시키는 방향과 동일 방향인 것을 특징으로 하는 동축 케이블.
  6. 내부 도체와,
    상기 내부 도체의 외주면에 배치된 유전체층과,
    띠형상의 베이스 및 상기 베이스의 한쪽의 표면에 배치되고 또한 알루미늄을 포함하는 전계 차폐층을 갖고, 상기 유전체층의 외주면을 따라 상기 베이스가 상기 유전체층에 접촉하도록 권회된 테이프재와,
    상기 전계 차폐층에 적어도 일부가 접하도록 배치된 복수의 외부 도체용 도선을 갖고,
    상기 전계 차폐층의 막두께는 0.3㎛이하이며,
    상기 유전체층의 외경과 상기 복수의 외부 도체용 도선의 구경의 비는 1:1~10:1이고,
    상기 전계 차폐층의 길이 방향의 저항값은 500Ω/m이상인 것을 특징으로 하는 동축 케이블.
  7. 내부 도체와,
    상기 내부 도체의 외주면에 배치된 유전체층과,
    띠형상의 베이스 및 상기 베이스의 한쪽의 표면에 배치되고 또한 구리를 포함하는 전계 차폐층을 갖고, 상기 유전체층의 외주면을 따라 상기 베이스가 상기 유전체층에 접촉하도록 권회된 테이프재와,
    상기 전계 차폐층에 적어도 일부가 접하도록 배치된 복수의 외부 도체용 도선을 갖고,
    상기 전계 차폐층의 막두께는 0.2㎛이하이며
    상기 유전체층의 외경과 상기 복수의 외부 도체용 도선의 구경의 비는 1:1~10:1이고,
    상기 전계 차폐층의 길이 방향의 저항값은 500Ω/m이상인 것을 특징으로 하는 동축 케이블.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 외부 도체용 도선은 횡권되는 것을 특징으로 하는 동축 케이블.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 외부 도체용 도선의 횡권 방향은 상기 테이프재가 권회시키는 방향과 동일 방향인 것을 특징으로 하는 동축 케이블.
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