KR20010022457A - 전기적으로 최적화된 하이브리드 '라스트 마일' 통신케이블 시스템 - Google Patents
전기적으로 최적화된 하이브리드 '라스트 마일' 통신케이블 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전기적 및 광학적 케이블링을 수행하는 케이블 시스템을 제공한다. 시스템의 도체(71, 73, 75, 79)은 공간에 임피던스 매칭이 되어 있고, 전자기 간섭에 대한 단면적을 줄이는 층(79)을 사용한다. 또한, 시스템의 도체는 전자기 간섭 신호를 대칭화시키고, 도체가 전송 신호에 미치는 간섭과 누화의 영향을 줄이는 층(79)을 사용한다. 또한 시스템은 글보벌 전기 및 광 네트워크에 연결용 노드 인터페이스 장치를 포함한다. 노드 인터페이스 장치는 케이블을 통해 사용자 인터페이스에 연결된다.
Description
통신 기술 발전의 견지에서 기존에 전해져 온 육지 라인 통신을 조사함으로써 어떤 흥미있는 견식에 이르게 된다. 한편, 최근의 장거리 통신 및 오늘날 세워진 정보 인트라 구조는 거대한 용량을 수용할 수 있는 광섬유 및 코딩 기술에 기초한다. 한편, 마지막 사용자에 대한 "라스트 마일" 로컬 드롭은 통상적으로 전화 서비스를 위해 수십 년 전에 설치된 구리선이다. 왜냐하면, 전래의 구리선은 오늘날 광섬유의 성능을 예상하지 못한 실행을 위해 설계되었기 때문에, 구리선의 마지막 사용자는 현대의 장거리 인프라 구조가 제공할 수 있는 고비트율을 이용할 수 없다. 사용자는 서비스 제공자에 대한 그의 로컬 드롭 접속에 한정된다.
현재, 서비스 제공자에 의해 수행되는 통신 시스템 구조를 보면, 서비스에 기초한 접속 개념을 유지하는 함축적인 가정을 거의 다 허용하게 되며, 이하 이 배경 사상에 대해 설명한다.
"라스트 마일"
텔레커뮤니케이션 수단의 이용은 단순한 전화 콜을 넘어 변화해왔다. 이 음성 통신 메시지가 이제 더이상은 세계 커뮤니케이션 네트워크를 통해 흐르는 지배적인 종류의 정보는 아니다. 오늘날 텔레커뮤니케이션 사용자는 많은 다른 형태의 정보를 위해 이들 수단을 활용한다. 컴퓨터 데이터 및 비디오는 단지 미래의 예이다. 사용자는 글로벌 네트워크에 대한 자신의 통신 링크가 밴드폭, 즉 디지털 데이터 레이트 성능에 의한 경우로 상승하기를 요구하고 있다. 전래의 링크 뿐만 아니라 중앙 사무소(전화 교환) 구조 및 사용자에 대한 케이블은 이러한 모든 데이터에 요구되는 정보 성능, 비디오 및 다른 정보를 운반할 수 없다.
현재 및 미래의 요구를 충족할 수 있는 광대역 경로를 사용자에게 제공하는 새로운 네트워크 구조가 필요로 된다. 이러한 새 케이블 시스템을 위해 전기 신호 인터페이스(광학적이 아닌)를 갖는 오늘날의 마지막 사용자에게 적당한 밴드폭이 제공되어야 하지만, 설비 및 마지막 사용자의 밴드폭 효율성이 발전을 필요로 하는 경우, 그 시간동안 광학 신호 전송 성능을 가능하게 하는 추가적인 비용은 거의 없다. 현재 및 가까운 미래, 통상적으로 요구되는 가장 큰 사용자 밴드폭(양방향 통신에 있어서도)은 초당 1기가 비트의 총 채널 수용 능력을 제공하는 인터페이스 내에 포함될 수 있다. 비교적 짧은 스팬(span)이 새로운 네트워크의 국부 분배 노드로부터 접속되는 데 필요로 된다. 최근의 이러한 케이블 도선은 이러한 부류의 케이블 시스템에 적용된 라스트 마일의 마일 거리하에서 적당하며, 최근의 이런 도선(또는 로컬 드롭)은 반 마일하에서 적당할 것이다. 이러한 새로운 네트워크의 분배 "백본(backbone)" 링크 노드는 이러한 지역 네트워크를 위해 계획된 많은 노드를 접속시키는 양방향 광섬유 채널에 의해 적당히 제공될 것이다. 디지털 신호 전송 기술의 도래로 이들 로컬 드롭 또는 케이블 시스템의 라스트 레그를 위한 실행 요구는 종래 기술로 개시된 것 보다는 새롭고 상당히 다른 대상을 제시한다. 통찰력있는 전기 설계로 이러한 라스트 마일 케이블은 단거리 내부 노드 링크에 적당할 수 있다.
개별 사용자에게 케이블 시스템을 설치하는 비용-케이블 자체가 아님-은 상당하며, 서비스 제공자에게 요구되는 네트워크 투자의 가장 큰 부분이다. 본질적이 아니라면, 이러한 드럽 케이블 설치는 성능 면에서 미래의 성장을 제공한다.
네트워크 구조의 패러다임 변화
과거의 통신 네트워크는 거의 전부, 전화를 걸거나 또는 전화를 받는 동안 사용자가 네트워크에 일시적으로 접속된 콜 또는 메시지 타입을 취급하는 데 그 기초를 두고 있었다. 이러한 구조에 기반한 접속은 송신자 및 수신자 사이에 일시적인 접속 경로를 만들어주었다. 미래의 통신은 패킷 스위칭 원리에 기반을 둘 것이다. 패킷 메시지는 어드레스 정보를 전송하여 송신자가 수신자로 하여금 그 메시지를 얻도록 하며, 그 반대로 가능하게 한다. 모든 사용자는 끊임없이 이러한 새 네트워크에 접속될 수 있다. 사용자는 그들이 원할 때만 활동적으로 참가 여부를 결정할 것이며 정보 메시지를 만들 것이다. 사용자의 존재 또는 활동적인 참가를 필요로 하지 않는 경향에서 사용자에게 및 사용자로부터 큰 주파수를 갖는 경우가 간헐적으로 있을 때에만, 이러한 네트워크에서 주요한 활동이 데이터 흐름에 존재할 것이다. 이러한 종류의 기능은, 이러한 메시지가 사용자 설치에서 발생하는 것 뿐만 아니라 사용자 위치에 대해 외부의 다양한 소스에서 사용자에게로 오는 것으로부터 발생하는 것을 제외하면, 전기 전원의 공급을 현재의 콜 또는 통신 기능에 기초한 접속 보다는 사용자에게 비긴다. 이것은 그 기능이 필요로 될 때 정보를 독립적으로 운반하도록 동작하는 네트워크 대리인 또는 에버터에 의해 예시된 기능을 수용하도록 하는 통신 소유의 새로운 사용을 나타낸다. 이와 유사하게, 사용자 시스템은 유사한 프로그래밍의 결과로서 정보를 발생시킬 수 있다. "패시브(passive)" 기능은 매우 가까운 미래에 네트워크에 의해 운반될 굉장히 많은 정보 트래픽(traffic)이 될 수 있다.
이러한 미래는 데이터 레이트의 중대한 증가를 요구한다. 예를 들면, 1997년에 모든 장거리 라인에서 전체 정보 흐름의 양이 초당 1x1014비트보다 약간 아래의 레이트로 발생하였다. 몇 년내에 10억의 사용자가 글로벌 정보 레이트가 초당 1x1019내지 1x1020에 도달할 때, 네트워크에 의해 접속될 수 있을 것 같다.
세계 도처의 많은 섬유가 어둡더라도, 데이터 레이트의 성장은 결국 변화를 나타낼 것이다. 광학 증폭기 및 분산 정정뿐만 아니라 섬유용 광학 캐리어의 파장 분리 다중화(WDM)의 이용은 그 용량을 수백 배로 증가시킬 수 있다. 굉장히 많은 양의 새로운 섬유가 크고 더 야심찬 적용을 지지하는 데 필요로 될 것이다. 이는 네트워크 시스템의 사용자 종단에서 실질적인 대역폭을 위한 필요를 더 간단히 악화시킬 것이다. 이 필요를 만족시키기 위한 개선은 송신 및 수신 모드에서, 바람직하게는 이중, 즉 동시에 송신하고 수신하는 모드에서 초당 수백 Mbit를 운반해야 한다.
라스트 마일 케이블 시스템에 유일하고 많은 필요는 라스트 마일 디자인의 실행 가능성, 그 비용, 항구성 및 신뢰성에 중대하게 영향을 미친다. 현재의 통신 시스템은 장거리 및 최신의 로컬 내부 교환 경로가 시스템에 기초한 섬유이더라도 사용자에게 제한된 대역폭을 제공할 수 있다. 기존의 섬유 경로는 통상적으로 이러한 섬유 경로의 매우 작은 부분의 정보 대역폭 가능성만을 활용하였다. 예를 들면, 상기한 바와 같이 1997년의 기술은 단일 섬유에 대해 많은 신호를 송신하고 초당 10 내지 20Gbit를 운반하는 이들 각 신호를 갖는 기회를 제공한다.
현재 광섬유는 위치한다; 단자 접속만이 이러한 결과를 얻는 데 필요로 된다. 현재, 어떤 공통 캐리어는 그들의 전류 및 계획된 로드를 처리하기 위해 네트워크의 장거리 부분 상에 수단을 향상시키기 위해 이러한 대역폭을 설치해왔다. 아직도 그 경로에는 상당히 크고 잠재적인 대역폭 용량이 있다;그러나, 현재 기존의 통신 네트워크의 사용자 단자 종단에서 실질적인 양방향 대역폭을 운반하는 실행 가능한 기술은 존재하지 않는다. 또 섬유 이용의 현재의 상태가 중요하다;지금 대부분의 섬유는 애매하게 설치되어 있다. 즉, 섬유는 있지만 신호를 운반하지 못한다. 현재의 대역폭 제한은 기존 및 잠재적인 장거리 대역폭을 동시에 전체 국민에게 로컬하게 운반하는 방법에 단순히 놓여 있다.
본 발명의 연구는 어떠한 미국 연방 프로그램에 의해서도 지원받지 않았으며, 미국 정부는 본 발명에 대한 어떠한 권리도 갖지 않는다.
발명자 : 미첼 에이.코터(Mitchell A.Cotter) 및 존 에이.테일러(John A.Taylor)션
본 발명은 텔레커뮤니케이션 케이블에 관한 것으로서, 특히 사용자의 외부 네트워크와의 "라스트 마일" 접속에 사용되는 케이블에 관한 것이다. 본 발명은 케이블 구조 및 접속을 향상시키는 것에 관한 것이다.
도 1a는 케이블 내 및 외부 차폐와의 관계에서 도체 위치의 정밀성을 유지하는 쿼드 환형 도체 중심 지지를 나타내는 도면이다.
도 1b는 광섬유 부재를 포함하는 복합 케이블의 한 형태를 나타낸 도면이다.
도 1c는 도 1b에 도시된 케이블 벽 부분의 단면도이다.
도 1d는 외부 임피던스 매칭 하우징을 채용하는 본 발명에 따른 케이블의 사시도이다.
도 2는 양방향 풀 대역폭 전기 또는 광학 경로를 갖는 새로운 케이블 설계를 통해 다중 사용자를 제공하는 로컬 노드의 구성을 나타내는 도면이며, 도시된 것은 POTS 서비스로 사용 가능하다.
도 2a는 마지막 사용자에 대한 라스트 마일 접속을 위해 새로운 케이블 설계를 채용하는 지역적인 통신 링의 조직을 나타낸 도면이다.
도 2b는 섬유 인터페이스 장치 및 노드 인터페이스 장치의 블록도이다.
도 2c는 사용자 인터페이스 장치의 블록도이다.
도 3는 새로운 인터로킹 포지셔너의 하나의 형태의 단면도이다.
도 3a는 도 3의 언로킹 압출 성형의 형태를 나타낸 도면이다.
도 4는 포지셔너의 더 상세한 도면이다.
도 5는 분리된 결합 요소를 설명하는 포지셔너의 일실시예의 분해도이다.
도 6는 본 발명에 따라 채용될 수 있는 포지셔너의 스냅 로킹 부분의 확대 단면도이다.
도 7은 사용 안됨
도 8은 네 부분이 압출 성형된 포지셔너의 전체 환형 형태의 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따라 포지셔너를 형성하는 데 이용될 수 있는 압출기 다이 헤드 및 몸체의 단면도이다.
도 9b는 포지셔너를 형성하기 위해 도 9a의 압출기에 뒤따를 수 있는 압력 대 시간 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 9c는 연이은 압출 단계에서 이용될 수 있는 압출 성형된 처리 베쓰의 배열을 나타낸 도면이다.
도 10a는 본 발명의 포지셔너를 형성하는 데 이용될 수 있는 추가적인 다이를 나타낸 도면이다.
도 10b는 본 발명의 실시예에 따라 포지셔너를 형성하기 위한 도 10a의 장치에 이용될 수 있는 압력 대 시간이 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 10c는 본 발명의 실시예에 따라 포지셔너를 형성하는 데 이용될 수 있는 처리의 흐름도이다.
도 11a는 새로운 환형 도체 형태, 새로운 웨이브 보호 도선 및 광섬유에 이용 가능한 중심 코어의 단면도이다.
도 11b는 도 11a의 환형 도체내 하나의 도선의 단면도이다.
도 11c는 표면 웨이브 보호 기능 및 광섬유와 예방 보호제를 포함하는 데 이용 가능한 중심 코어를 갖는 단일 관형 환형 도체(UTAc)의 형태를 나타낸 도면이다.
도 11d는 도 11c의 단일 관형 환형 도체의 단면도이다.
도 12는 도 11a에 도시된 환형 도체 어셈블리 내에 개별 도체의 단면도이다.
도 13은 쿼드 케이블을 위해 밸런스된 동작 조건을 얻기 위한 가능한 구동 및 종단 수단 형태를 나타낸 도면이다.
도 14는 쿼드 케이블을 위해 밸런스된 동작 조건을 얻기 위한 가능한 구동 및 종단 수단의 추가적인 실시예의 형태를 나타낸 도면이다.
도 15는 SONET 또는 SDH 전송 시간 분리 다중화의 기본 시간 프레임 형태를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예를 채용하는 쌍축 케이블을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예를 채용하는 이중 동축 케이블을 나타낸 도면이다.
다양한 도면에서 동일한 참조 번호 및 명칭은 동일한 요소를 나타낸다.
본 발명은 새로운 케이블 시스템의 제조와 설계 및 현재 공통 캐리어로부터 이용 가능한 다용성 및 크게 증가된 성능을 어떠한 사용자에게도 제공할 수 있는 무선 통신 네트워크에 연결시키는 라스트 레그의 케이블 시스템을 제공하기 위한 관련 시스템 장비를 개시한다. 본 명세서에 개시된 주제는 사용자를 네트워크 시스템에 접속시키는 데 채용되어야 하는 실제적으로 물리적인 링크에 관한 것이다.
본 발명은 미래의 성장을 가능하게 한다. 상기한 바와 같이, 개별 사용자에게 라스트 마일 케이블 시스템을 설치하는 비용은 상당하기 때문에 이러한 새로운 설치는 미래의 성장을 제공해야 한다. 이러한 로컬 드롭 케이블내로 광섬유를 통합시키는 것은 진정한 미래 성장 옵션을 제공하는 것이다. 다시, 광섬유 자체의 비용은 전체 초기 비용에 거의 추가되지 않는 것에 비해 비교적 낮다.
하이브리드 구성에서 광대역 전기 및 광신호 경로를 결합할 수 있는 잘 설계된 케이블 시스템 디자인은 빠르게 발전하는 통신계에서 특별한 가치를 갖게 된다. 모든 로컬 드롭이 이렇게 구성될 수 있다면, 현재의 필요는 만족될 수 있고, 필요로 될 때 광학 시용에 대한 용이한 미래의 확장은 이용 가능할 수 있다. 본 발명에 의해 제공된 향상으로, 긴 기간의 인프라 구조 투자로서 이러한 종류의 새로운 네트워트 구성을 보는 것이 가능해진다 - 이것은 로마 길처럼 고형이고 항구적인 정보 고속도로를 제공할 수 있다.
본 발명은 미래용 광섬유를 수용하는 능력에 따라 현재 및 가까운 기간에 예측 가능한 통신 수요에 적합한 넓은 전기적 대역폭을 갖는 하이브리드 전기/광학 신호 전송 케이블 시스템을 달성함으로써 물리적이고 기능적인 텔레커뮤니케이션 배달 요구를 해결한다. 본 발명의 케이블 시스템 디자인에서, 각 사용자의 시스템 접속시 존재하는 수많은 광섬유가 있을 수 있다. 어쨌든, 몇 개 또는 16개 또는 그 이상의 섬유가 케이블 시스템의 전기 신호 성능을 방해함이 없이 수용할 수 있다. 예상된 전기 신호는 DC부터 약 1㎓ 또는 그 이상의 주파수 범위로 정해졌다.
이 새로운 케이블 시스템은 두 개의 독립적인 전기적 경로, 하나는 송신이고 다른 하나는 수신 경로를 소유한다. 상기 송신 및 수신 신호 경로는 동일한 성능을 갖고 서로에 대한 간섭없이 균등한 신호 성능을 달성한다. 이 새로운 시스템의 개념적 구조는 네 개의 도선 접속 유지, 즉 송신 및 수신 경로의 분리를 강조한다. 이러한 구조는 현재의 분배 시스템을 복잡하게 하는 에코, 복귀 손실 및 명음의 많은 문제를 감소시킨다. 이 새로운 케이블 시스템은 현재 및 미래의 수요에 대한 전체 범위를 서비스한다. 예를 들면, 본 발명은 인터넷 사용자, 고선명 TV(HDTV), 다중 채널 VOD, 고성능 디지털 정보 교환, 재택 근무 및 재택 통신, 대리인 및 에버타(avatar)를 통한 무수한 가정 및 사무실 서비스, 자동화된 제조 제저, 비디오 전화, 상업적 및 개인적 비디오 회의, 고용량 라이브러리 파일 전송 및 서치뿐만 아니라 다중 음성 주파수 전화 서비스 채널을 수용할 수 있다. 고도로 추구된 번호 휴대(사용자가 어디를 가든 사용자와 함께 가는 전송 가능한 개인 전화 번호)가 개시된 라스트 마일 시스템에 의해 채용된 원리를 신호화하는 Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous Optical Network(SDH/SONET)의 단순한 특성 유도가 된다.
많은 이러한 적용은 양방향에서 매우 넓은 대역을 필요로 한다. 하이브리드 케이블 시스템 디자인은 여기서 넓은 광학적 대역을 요구하는 소수로부터 더구나 현재 요구하는 사용자의 대다수까지 모든 등급의 사용자를 공급할 수 있다. 후자를 위해, ㎓ 또는 낮은 대역을 갖고, 기존의 전화 도선쌍의 성능을 훨씬 초과하는 양질의 전기 신호 경로가 그들이 미래에 한층 더 요구하는 적용을 채택할 때까지 적당할 것이다.
본 발명의 전형적인 구성이 도 2에 도시되어 있고, 로컬 노드 대 사용자 인터페이스를 형성하는 것이 도시된다. 도면을 참조하면, 로컬 노드(51)는 양방향 광섬유 경로(53)로부터의 입력을 갖는다. 이는 SDH/SONET 포멧을 이용하여 광학 경로를 편리하게 링크할 수 있다. 추가적으로, 단일 섬유 경로를 다중화하는 파장 분리 사용은 수백에서 수천의 드롭을 공급할 수 있다. 다른 입력(55)이 가능한 플레인 올드 텔레폰 서비스(Plain Old Telephone Service : POTS) 경로에 대해 도시된다. 또, 전원 소스(57)는 로컬 노드에 접속된다. 이는 노드 내의 배터리 백업 소스일 수 있거나 또는 시스템의 다른 위치로부터 오는 것일 수 있다. 상기 로컬 노드(51)내에, 노드 인터페이스 장치(NID :59)는 송신 및 수신 채널을 섬유에 결합한다. NID의 기본 채널은 수신기 섬유 경로에 접속된 광학 수신기 및 송신기 섬유 경로에 접속된 광학 송신기를 포함한다. 이들 각 광/전기적 요소는 사용자 채널 수를 제공한다(통상적으로, 16 내지 32). 상기 노드 인터페이스 장치는 전기 모드(61) 및 광학 모드(63)를 수용할 수 있다. 이와 유사한 사용자 인터페이스 장치(65)는 사용자 종단에 접속된다. 본 발명에 따른 하이브리드 케이블은 노드 인터페이스 장치(63) 및 사용자 인터페이스 장치(65) 사이에 접속되고, 참조 번호(67)로 기재되어 있다. 사용자 인터페이스 장치는 컴퓨터, 텔레비전, 전화, 데이터 입력등에 대한 출력을 가질 수 있다. 수많은 다른 드롭이 제공될 수 있고, 참조 번호(69)로 나타나 있다. 도 2a는 본 발명을 채용할 수 있는 지역 링 구조를 도시한다. 글로벌 네트워크 또는 백본(411)로부터 시작하여 초기 접속은 스위칭 및 전송점(401)로 이루어진다. 상기 백본(411)은 통상적으로 광섬유이지만 전기 케이블링을 포함할 수 있다. 상기 스위칭 및 전송점(401)은 다수의 로컬 노드(51)에 접속된다. 하나의 전형적인 로컬 노드는 51'이다. 도 2b에서, 로컬 노드(51')는 다수의 네트워크에 접속된다. 하나의 네트워크는 비지니스 구역(403)을 만족시킨다. 다른 네트워크는 쇼핑몰(405)을 만족시킨다. 다른 네트워크는 산업 파크(409)를 만족시킨다. 다른 네트워크는 다수의 이웃(407)을 만족시킨다. 이들 각 네트워크는 케이블(413)을 통해 로컬 노드(51')를 접속할 수 있다. 케이블(413)은 본 발명의 케이블을 채용할 수 있다. 로컬 노드(51')에서, 노드 인터페이스 장치(415)가 도시된다. 네트워크에서 산업 파크, 사용자 인터페이스 장치(417)가 도시된다. 이들 인터페이스 장치는 상술되고 이하에 상세히 설명된다.
그러나, 도 2a에 따른 지역 링 구조는 많은 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 케이블(413)은 단일 가정을 만족시키고, 케이블로부터의 신호를 다수의 룸 또는 장치로 분배하는 가정 입력에서의 스위칭 및 전송점이 있을 수 있다. 전자의 경우, 각 룸은 그 내에 기구 또는 장치를 서비스하는 로컬 미니 노드를 갖춘 설비가 있을 수 있다. 장치를 한 룸에서 다른 룸으로 이동시키는 것은 딥 스위치 또는 이동 점퍼 케이블을 단순히 재설정하는 것을 필요로 한다. 이하에 상세히 설명되는 바와 같이, 노드 도는 미니 노드는 사용자 인터페이스 장치에 의해 신호 헤더에 삽입된 어드레스에 의해 위치될 수 있다. 특히, 가정에서의 이용시 이하에 설명되는 타입의 케이블이 채용될 수 있지만, 스테인레스 스틸 브레이드처럼 덜 차폐되고 강화된 재료일 수 있다. 이 경우, 케이블은 가정용 기기에 바람직하게 덜 치밀하게 만들어질 수 있다.
노드에서 사용자까지의 통상적인 거리는 2000피트 이하일 것이며, 밀집된 도시 지역에서는 1000피트 이하가 될 것이다. 본 발명의 하이브리드 케이블 시스템 디자인은 두 쌍의 전기 도체가 두 개의 POTS 라인에 이용될 수 있도록 동작할 수 있으며, 광대역 전기 동작과 동시에 이용될 수 있다. 물론, 섬유 채널은 전기 모드에 이용된 방법에 독립적이다. 이들 전기 라인은 다양한 라스트 마일 인 라인 신호 재생성기 및 사용자 터미널 장비를 위한 가능한 네트워크 장치를 동작하는 필요한 적당한 전력량을 운반할 수 있으며, POTS 동작시 링 및 배터리 전압에 방해없이 기능할 수 있다. POTS 기능은 사용자 인터페이스 장치의 디지털과 음성 인터페이스 라인 카드를 통해 하나 또는 다중 전화 번호를 제공하도록 디지털 경로를 이요함으로써 만족될 수 있다.
상기한 노드 시스템은 기존의 사무실간 및 장거리 광네크워크에 의해 폭넓게 채용된 SONET 또는 SDH 표준 신호 포멧을 채용할 수 있다. 이 새로운 케이블 시스템은 순방향 및 역방향으로 양립할 수 있다. 이는 다시 중요한 비용/투자 이슈를 제기한다. 기존의 전화 구리선 네트워크(외부 공장)는 기존의 로컬 전화 네트워크 시스템의 총 투자의 3쿼터 이상을 포함한다.
라스트 마일 시스템에 관계된 대상 및 원리에 대해 상술한 기술적 분석을 재검토하는 것은 발명자로 하여금 그것을 활용하는 구조뿐만 아니라 새로운 형태의 차폐된 쿼드 전기 도체 구성을 도모하게끔 하였다. 이 새로운 케이블은 새로운 방법으로 많고 다양한 광섬유를 수용한다. 완전히 실현된 쿼드 원리는 라스트 마일 로컬 드롭에 본질적인 이중 독립적이고 비간섭적인 송신 및 수신 전기 신호 경로를 제공한다. 쿼드 케이블 개념은 그 자체로 새로운 것은 아니지만, 본 개시는 그 가능성의 실현을 향상시키고 구성의 유연함을 확장함으로써 광섬유 경로를 포함하는 라스트 마일 케이블 시스템에 필요로 되는 모든 다른 특성의 달성을 가능하게 하는 많은 다른 요소를 해결해준다.
본 발명은 또한 새로운 구조, 특히 대상 광대역 전기적 성능 스펙트럼 양단의 낮은 누화(XTLK)를 위해 선택된 쿼드 기하에 필요로 되는 정밀성을 달성하는 데 적합한 구조를 개시한다. 본 발명의 케이블 시스템 구조는 다양한 광섬유를 포함하기 위한 새로운 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 본 발명의 케이블 시스템 내에서 전자기 간섭을 방지하는 효율성을 향상시키는 새로운 기술을 개시한다.
훌륭한 성능 이점은 새로이 밸런스된 전기 소스 및 개시된 로드 종단 장치로부터 나타나고, 이는 인 라인 디지털 신호 재생성기 모듈내로 통합될 수 있다.
새로운 환형 도체 구성은 전기 신호 성능을 향상시키고 EMIR 성능을 개선하는 것으로 개시된다. 새로운 쿼드 구성을 위한 제조의 새롭고 경젝적인 방법은 기게적 구조의 특별한 정확성 및 안정성을 달성하는 것으로 개시된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 대한 상세는 첨부된 도면 및 이하의 설명에서 비롯된다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 설명 및 도면, 청구범위로부터 명백해질 것이다.
시스템 및 인터페이스
도 2를 참조하면, 시스템 노드가 개략적으로 도시되어 있으며, 광섬유 링은 지역 시스템의 많은 섬유를 포함한다. 이러한 각 섬유 경로는 고리 형태를 따라 각 노드로부터 물리적으로 두 방향으로 나아가 결국에는 도 2a에 도시된 지역 STP(Switch Transfer Point : 401)에 접속된다. 상기 시스템은 2중 경로로 설계되어 분리된 전송 및 수신 경로가 있게 된다. 도시된 섬유 다발 내의 적어도 2개의 섬유는 어느 특정 노드(51)와 인터페이스하게 된다. 예를 들면, 도 2b에 도시된 바와 같이 섬유 인터페이스 장치(FID : 60)는 광학 수신기(61)와 광학 전송기(62)를 각각의 수신 및 전송 광학 섬유(53)에 결합시킨다. 노드에서 이들 FID 요소는 노드 내 이러한 하나의 FID에 의해 공급된 채널을 위한 공유된 수단이다. 노드에서 어떤 하나의 FID's도 16에서 64까지의 이중 데이터 경로를 공급할 수 있다. 상기 노드는 공급될 사용자의 수만큼 필요한 많은 FID's를 포함할 수 있다. FID대 사용자의 수는 사용된 SDH 전송 캐리어의 다중화 레벨에 좌우된다. 예를 들면, STS-384(20Gbs)는 32채널의 STS-12(622Mbs)를 제공한다. 라스트 마일 전선이 경제적으로 짧다면, 단일 노드는 그 경제적인 범위에서 3200의 사용자를 공급할 수 있다.
FID 60 및 NID 63 요소는 물리적 특성에서 모듈화될 수 있고, 노드 하우징은 상당한 성능 추가를 수용하도록 설계될 수 있다. 또한, 지역 섬유 다발 링 전선은 시스템에 의해 공급된 사용자의 추가 확장을 위해 추가적인 중립 섬유를 포함하도록 특정화될 수 있다. 이러한 방법으로, 단일 노드 사이트는 더 많은 섬유 다발 링을 추가된 FID 및 NID 요소에 접속함으로써 사용자의 확장을 수용할 수 있다. 물론 도 2b는 FID에 접속된 단 하나의 통상적인 사용자 경로 NID를 구비한 단 하나의 가능한 FID를 나타낸 무제한의 경우이다. 수신 광학/전기 시리얼 인터페이스(61)는 섬유 케이블 전선이 일반적으로 꽤 짧기 때문에-지역 링 주위, 단지 감도가 제한된 광섬유 SDH 광대역 광학 수신기일 수 있다. 디먹스 및 먹스 회로는 다양한 칩 또는 현재 일반적으로 SDH에 이용 가능한 칩 세트를 이용할 수 있다. 예를 들면, 비테세(Vitesse) 반도체 회사 칩 세트 VS8021/8022는 OC-48의 섬유 데이터 레이트에 이용될 수 있는 예이며, 트리퀸트(Triquint) 반도체는 10Gbs 레이트에서 동작하는 디먹스 및 먹스 칩 세트 패키지를 공급할 수 있다.
상기 NID는 물리적인 케이블을 FID에 접속함으로써 전체 네트워크 시스템에 접속되도록 할 수 있는 시스템 요소를 포함한다. 두 개의 분리된 경로가 도 2b에 도시되며, NID 63은 디먹스 출력으로부터의 시리얼 수신 경로를 케이블(67)의 수신기 쌍에 결합하며, 또한 케이블(67)의 송신 쌍을 먹스 회로의 시리얼 전송 입력의 하나에 접속한다.
시스템이 설치될 때, NID의 수신기 부분의 구동 부스트 회로 및 전송 경로의 수신기 어퍼쳐 부스트 회로는 가장 깨끗한 눈 패턴 및 최적 BER(bit error rate)를 제공하도록 설치자에 의해 조정된다. 송신 및 수신 쌍 단자 양쪽의 종단 저항은 이들 점에서의 반사를 최소화하는 임피던스 매칭 소자이다. 전류원 구동기는 모든 구동 상태에서(예를 들면, 비트 하이, 비트 로우 및 전이)에서 유한 임피던스로서 시스템에 나타난다. 상기 HPF 및 LPF 요소는 활성 신호로부터 DC 전원을 분리시키는 데 일조한다. 케이블 밸런스의 완성은 전류원 구동기 위상이 구동기에 조화되도록 하고, 조화된 입력 증폭기가 각각의 쌍에서 공통 노드 신호를 높게 거부하도록 함으로써 이루어진다. 라스트 마일 케이블에 포함된 광섬유는 도 2b 또는 도 2c에서 활용되지 않는다. 이들은 미래의 응용시 이용 가능한 섬유 종단으로 도시된다.
도 2c에는 UID가 도시되어 있다. 도면에서, 케이블(67)은 도 2b에 도시된 케이블(67 : 대향 종단)과 동일한 케이블을 나타낸다. 이중 경로의 각각에 대해 계획된 전형적인 신호는 622Mbs SDH-like 비트 스트림이다. 케이블 도선 쌍에서 처리된 수신 및 송신 경로는 도 2b의 회로 기능과 유사한 방법으로 종결된다. 이들 요소는 디먹스 및 먹스 소자의 버퍼(71, 72)에 이르기까지 유사하게 동작한다. 이들 디먹스/먹스 소자는 저속의 개별 사용자 비트 스트림 622Mbs에서 동작하는 것을 제외하면, 도 2b에 도시된 고속 회로와 유사한 방법으로 동작한다. SDH의 적절한 셀을 기능에분배시키는 이들 기능은 시스템 설계에 의해 설정된다. 이러한 많은 가능한 설정에서 통상적인 선택이 도 2c에 도시된다. 상기 UID 컨트롤러는 마이크로프로세서 또는 컴퓨터가 될 수 있다. 상기 UID 컨트롤러는 루틴된 신호상의 소프트웨어 헤더를 노드 또는 미니 노드에 부착된 다양한 장치에 넣을 수 있다. 이와 유사하게, 헤더는 신호의 특성 뿐만 아니라 송신되어야 하는 신호를 가리키도록 NID 및 FID로 보내진 업스트림 신호 상의 UID에 의해 정해질 수 있다.
사용자를 위해 두 개의 비디오 경로가 있으며, 그 각각은 베이스밴드 비디오 또는 기존의 TV 수신기에 적합한 RF신호로서 이용 가능하다. 이들 출력은 TV 세트에 공통적으로 사용된 TV RG-59 케이블 또는 BNC 재킷을 통해 접속될 수 있다. 물론, 디지털 UID를 아날로그 텔레비전에 접속시키는 것은 D/A 변환기(82)를 채용할 수 있는 비디오 인터페이스(81 : 도 2c)를 필요로 한다. 컨버터(82)는 디지털 텔레비전 신호를 아날로그 텔레비전에 적합한 형태로 변환한다. 컨버터(82)는 예를 들면, 분리된 라인 카드일 수 있다. 이 기능을 위한 디지털 데이터 레이트의 설정은 채널 능력 이용의 소정의 레벨일 수있다. 그러나, 전송될 높은 고해상도의 비디오를 허여할 때 각각에 대해 약 100Mbs는 시스템에 최적일 수 있다. 추가적으로, 소스는 사용자가 원하는 존속 기간을 특정할 수 있도록 한다. 이러한 지시는 단순한 키패드 입력 시스템에 의해 송신 인터페이스의 하나에 보내질 수 있다. 방송 형태의 비디오 송신을 수신하고자 한다면, 사용자는 단순히 소정 프로그램의 채널 수를 입력할 수 있다. 이것은 VOD(Video-on-demand)로 동작한다. 도 2a의 STP는 스위칭 및 선택 기능이 실행될 수 있는 시스템의 점이다. 상기 시스템은 많은 서비스 제공자가 시스템을 통해 그들의 제공물을 배달할 수 있도록 한다. 가능한 선택의 수는 가능한 어드레스의 수만큼 많다.
선택이 정해지지 않는다 하더라도, 각각이 광대역을 갖는 두 개의 인터넷 경로가 제공될 수 있는 데, 10Mbs, 45Mbs일 수 있거나 또는 사용자의 요구에 좌우될 수도 있으며, 데이터 레이트를 제공하는 ISP의 능력에 좌우될 수도 있다. 이 대역폭은 이중 622Mbs 시스템의 이용 가능한 능력의 몇 %만을 이용할 수 있으며, 통상적으로 현재 최신의 전화 모뎀에 비해 400배 정도이다.
인터페이스 기계 접속은 1394 시리얼 버스같은 표준 컴퓨터 포멧 중의 하나일 수 있다. 디지털 경로는 시스템과 접속하는 인터넷 서비스 제공자에게 제기될 수 있다. 상기 디지털 포멧은 상당한 정도로 악화되지 않기 때문에, 이러한 소스의 도달은 거리에 상관없는 글로벌 네트워크의 임의의 점에서 소스와 통신 가능한 포멧에 기초한 SDH에 의해 현저히 확장된다.
시스템이 SDH 신호 경로를 통해 디지털 네트워크와 접속된 6개의 전화선으로 도시된다. 라인 카드 요소는 표준 전화에 대해 공통 48V DC 전류 루프를 제공하며, 또한 20㎐ 링 기능, 음성 디지털화 수신 및 전송 경로를 제공한다. 상기 라인 카드 출력은 RJ-11 타입 표준 전화 하드웨어일 수 있다.
신호 고려 및 실행 요구
몇 가지 주요한 실행 요구가 본 발명에 따른 네트워크 로컬 드롭 케이블 시스템에 중요하다. 광학 경로 전송 손실은 가장 긴 이러한 로컬 드롭에서도 매우 작다. 그 밖에 케이블 침식에 조력하는 기후, 물 또는 기존의 다람쥐로부터 물리적 피해가 적은 광신호에 영향을 거의 미치지 않는다. 그러나, 전기 케이블 모드에서-광대역 사용-최고로 중요한 실행 제한은 이들 세 가지 주요한 신호 변조 요소에 대해 케이블 시스템을 어떻게 잘 실행하느냐에 기본적으로 좌우된다.
1) 특히, 최고로 높은 주파수에서 케이블 시스템 전송 손실(HFTL) 및 지연 시간 특성
2) 신호 경로를 실드하는 케이블 시스템의 전자기 인터페이스 리젝션(EMIR)
3) 송신 및 수신 경로 간의 잡음(XTLK)
종래 엔지니어링 연구에서, 전기 통신 케이블 시스템과 연관된 주요 요점은 가능한 광대역에서 전송 손실을 낮추는 것이다. 매우 낮은 전송 손실에 대한 필요는 과거의 정보 전송 방법을 좌우한 아날로그 양식에서 발생하였다. 아날로그 신호가 각각 얼마 안되는 여행에서 전력을 잃은 후, 반복적으로 증폭되었기 때문에 신호 대 잡음비가 감소되었다. 런이 더 길어지고, 설비가 트래버스될 수록 신호를 센터링하는 누화 및 방해 잡음의 가능성은 커진다. 현대 정보 이론의 발달로 디지털 신호 전송의 이점을 명백해졌다. 가능해진 디지털 에러 정정 코딩에 따른 이 새로운 이해가 통신 시스템 설계 아이디어에 변혁을 가져왔다. 결과적으로, 채용된 하드웨어 기술이 방사상 및 급속히 변화되었다. 예를 들면, 실질적으로 1997년에 적어도 사무소내 및 채널 경로의 장거리 부분에서 모든 통신 채널이 디지털 기술을 채용하였다. 아날로그 시대에서, 주요한 관심은 잡음이 악화된 신호 및 신호가 전송되는 거리에 따른 다른 잡음(왜곡 및 누화)의 증가였다. 현대 디지털 시스템은 본질적으로 세계를 순환하는 거리에 의해 변화될 때의 방법에 의해 악화되지는 않는다. 디지털 도메인에서, 케이블 시스템 전송 요구 정의를 위한 규칙은 방사상으로 변화한다.
신호 전송 손실 및 고주파수 롤 오프(HFTL)는 그 자체가 아니라 두 개의 다른 요소와의 관계에 의해 판정된다.
1) 시스템에서 내부 잡음 에너지 양
2) 다른 두 개의 정정 에너지에 대한 신호 에너지의 비, EMIR 및 XTLX
실질적인 손실 또는 고주파수 롤 오프 및 합리적으로 안정되거나 또는 시간이 오버할 때만 느리게 변화하는 지연 분산을 바로잡는 것은 비교적 쉽다. 이들 문제는 시스템 응답의 적응 가능한 균등화에 의해 극복될 수 있다. 이와 같이, 큰 대역폭도 로세이(lossey) 케이블 시스템을 통해 송신될 수 있다. 적응 가능한 이퀄라이저 또는 다른 매칭 필터 신호 정정기는 데이터 전화 통신을 가능하게 하는 어디에나 있는 개인 컴퓨터 모뎀같은 최신의 신호 단자 설비의 일부이다. 실질적으로, 새로운 시스템에서 통신될 모든 정보는 디지털 형태일 것이며, 신호 정보의 확실한 처리는 신호 검출기 또는 판별 장치에 의해 1과 0 사이의 차이를 구별짓는 설비 능력을 감소시킨다. 신호 레벨 손실 또는 고주파수 응답 결함은 극복되고, 제공된 신호는 잡음, 지터, 방해 및/또는 누화에 의해 적당히 정정된다. 이진수 디지털 신호는 이러한 신호 검출기로 완전히 재생성되기 때문에, 이것이 완료되는 경로의 위치에서 상기한 피크 신호 전력 잡음 및 누화가 재저장된다. 따라서, 신호 대 잡음비(S/N)는 새로운 라스트 마일 케이블 시스템 사항의 첫 번째 및 가장 중요한 부분이 된다. 이 S/N은 케이블 시스템내에서 방해를 거부하고, 송신 및 수신 링크 사이의 누화(XTLK)를 최소화하는 케이블 시스템 능력의 지배적인 결과이다. 이 개시된 새로운 쿼드 구성은 이러한 재생성기 액션이 필요로 되기 전에 실질적인 런 길이를 허용하는 이들 인자의 필요를 해소한다. 현대의 집적 회로 기술은 이러한 장치가 충분히 작고 저렴하게 만들어질 수 있도록 하여 케이블 직경보다 큰 작은 퍼드의 케이블내에 통합될 수 있도록 한다. 상기 개시된 시스템은 이러한 기술을 채용하여 오늘날 네트워크가 직면한 변화된 잡음 환경에 대해 실행상 실질적인 마진을 제공한다.
신호 전력
실제적인 신호 전력량은 다음의 설명과 같이 심각한 장벽이지는 않는다. 양호한 통신 기능의 전기 또는 아날로그 관점에서 필요로 되는 신호 전력량을 예측하기 위해, 고려되어야 할 제1 요소는 시스템이 가질 수 있는 최소의 내부 잡음이다. 수신기 입력 단자에서 열적 잡음을 초과한 내부 잡음 전력은 시스템 잡음 레벨상의 나은 제한을 설정한다. 이 측정은 "Equivalent Input Noise Temperature Figure"에 의해 시스템 작동 대역폭에 독립적인 형태로 표현될 수 있다. 이 파라미터의 양을 정하는 좋은 방법으로서, 첫 번째로 공지된 뜨거운 온도 소스 저항으로부터 입력에 공급될 때 시스템 잡음 에너지 출력을 측정하고, 이후 공지된 더 차가운 온도(전기적으로 등가) 저항에 입력되는 것을 두 번째로 측정한다. 두 개의 출력 전력 레벨의 최종 비를 뜨겁고 차가운 저항 소스의 잡음 전력의 공지된 비와 비교하는 것은 적절히 설명될 시스템 내부 잡음에 의해 만들어지도록 한다. 두 개의 테스트 저항의 각각에서 열적 잡음 전력은 절대 온도에 직비례하고, 열적 잡음 전력은 4kT이며, k는 볼츠만 상수, T는 켈빈 등급에서 절대 온도이다. 공지된 소스 뜨겁고 차거운 비 전력 비 및 시스템 출력에서의 측정 사이의 차이는 뛰어나고, 얼마나 많은 시스템 잡음이 신호 입력에 추가되는 가에 대한 정확한 측정이다. 이런 방법으로 볼 때, 통상적인 광대역 전기 시스템은 실온 소스 저항의 값보다 큰 10dB인 값 아래에서 좋은 잡음 플로어를 갖은 것이다.
실질적인 세계 작동 시스템에서, 로컬 드롭 케이블 시스템 설계는 EMIR 및 XTLK로부터 에너지를 변조하는 레벨이 시스템 노이즈 플로어에 비교적 적게 가해지도록 한다. 예를 들면, EMIR 및 XTLK에서 매우 양호한 케이블 시스템 성능은 이러한 신호 변조가 제안된 시스템 잡음 플로어의 +10dB보다 큰 10dB를 넘지 않도록 유지한다. 신호에 대해 요구되는 전원은 작동 대역폭 및 최소 시스템 S/N을 정의함으로써 계산될 수 있다.
1) 소정 S/N은 예를 들면, 최신의 요구 사용에 대한 매우 낮은 비트 에러율을 제공할 수 있는 50dB가 될 수 있다.
2) 대역폭은 1㎓일 수 있다.
필요로 되는 전력은 다음과 같이 계산될 수 있다: 총 잡음 전력은 잡음 형태, EMIR 피드드루우(feedthrough) 및 XTLK의 합이다. 추정된 전형적인 값은 열적 잡음에 대해 20dB이었다. 환경 열적 잡음(4kT)는 대략 ㎐ 대역폭 당 1.65 E-20W이고, 이것은 +20dB 잡음 가설에 의해 100배 증가되고, 시스템 대역폭에 의해 더 증가되어 총 시스템 등가 입력 잡음 전력은 1.65 E-20 X 1E9=1.65 E-9가 된다. 50dB S/N에 대해, 신호 전력은 50dB(1E5 배는 1.65 E-4 신호 전력 W)씩 이 값 이상으로 상승해야 한다. 따라서, 요구되는 신호 전력은 매우 적당한 0.165mW(-7.8dBm)이다.
EMIR 및 XTLK가 상술된 실제적인 잡음 플로어에 대해 +30dB(+10dB 대신)의 매우 높은 레벨을 갖는다 가정한다 하더라도, 시스템은 아직도 작은 신호 전력 레벨, +12dB 또는 약 16mW를 필요로 할 것이다.
크지만 여전히 적절한 전력 레벨은 본 발명의 케이블 실시예의 표준 전기 전송 임피던스(약 100 오옴)에 대해 1.3v 신호를 요구한다. 이러한 수치는 종래의 아날로그 보이스 주파수 강하 회로에서 사용되는 종류의 신호 에너지 레벨에 비해 단위 대역폭당 매우 낮은 전력을 나타내며, 종래의 아날로그 보이스 주파수 강하 회로는 분류한다면, 매우 나쁜 시스템 전력 효율을 갖는다. 이러한 종래 아날로그 시스템은 종종 10 KHz 대역폭에서 정상 동작시 -8 dBm 신호 전력(약, 0.16 mW)를 사용하였다. 만일 이러한 낮은 전력 효율이 상기 실시예의 1 GHz 대역폭에 대해 사용되면, 신호 전력은 +42 dBm이나 약 16 와트(16 nanowatts/Hz 대역폭의 전력 밀도)까지 상승할 필요가 있다. 잡음이 있는(noiser) 디지털 시스템의 일예(+30 dB의 간섭)는 신호 전력을 수천배 더 효율(16 picowatts/Hz)적으로 사용하여 동작한다. 이들 케이블 시스템의 예는 케이블 시스템에서의 손실 뿐만 아니라 어떠한 고주파수 응답 롤오프도 고려하지 않았다. 이러한 어떤 손실 및 롤오프는 발생하며, 신호 송신기에서 레벨 및 주파수 응답 모두를 증폭하고, 수신 시스템의 응답에서 유사한 증폭으로 불완전한 밸런스를 정정함으로써 용이하게 보상될 수 있다. 일반적인 경우에는, 대부분의 플랫 손실 및 고주파수 롤오프는 또한, 바람직하지 않은 EMIR 및 XTLK에 대해 작용하고, 그 후는 이들 요소가 더이상 S/N에 영향을 많이 미치지 않는다. 이러한 방식은 실제 시스템에서 적절하게 잘 적용되어 왔다. 전술한 예에서, 매우 전형적인 50 dB의 S/N이 사용되었고, 에러 정정 코딩이 적당히 낮은 레벨의 신호 열화를 발생시킨다고 하는 극히 중요한 역할을 고려하지 않았다. 전세계 디지털 통신 시스템의 대부분에서 사용되는 전형적인 SONET 또는 SDH 시스템에서 에러 정정 코딩은 그렇게 양호한 S/N을 거의 요구하지 않으며, 대부분의 임의의 어플리케이션에서는 30 dB가 하찮은 에러에 대해 만족스럽다. 디지털 신호 재생을 향상시키는 이러한 항목에 추가하여, 적절히 사용되는 재생기에서 실제로 매우 높은 레벨을 위해 성능이 설계될 수 있다. 노이즈의 제거는 양호한 시스템 설계에서 주요한 한계이다. 이들 예에서는, 임의의 실제 시스템 요구에 맞춰질 수 있는 많은 여지가 있다. "라스트 마일(last mile)" 케이블 시스템에 있어서 가장 큰 문제는 EMIR 및 XTLK 효과이며, 이는 양호한 설계에서 비중있게 다루어져야 한다. 기존 전화 옥외 설비("구리선쌍" 케이블)에서 그 치명적인 문제점은 이러한 종류의 신호 열화로부터 발생하며, 그에 따라 전술한 바와 같이 시스템이 열화한다. 이러한 종래 케이블 시스템은 XTLK 및 EMIR로부터의 엄청난 문제로 인해, 다수의 사용자에게 충분히 광대역 신호를 제공하지 못한다.
에너지 손실 및 HFTL
만일 케이블 설계에 사용되는 절연재가 1 GHz 이하의 주파수 범위에 대해 더 최근의 플라스틱재로부터 선택된다면, 소직경 케이블의 HFTL은 케이블 도체 손실에 의해 주로 제어되며, 고주파수에서는 우세하게 도체에서 "표피 효과"를 발생시킨다.
표피 효과는 당업계에는 오래전부터 알려져 있다. 도체 상에(또는 도체에) 흐르는 교류에 의해 나타나는 명백한 저항은 실질적으로 도체의 DC 저항 이상으로 상승한다. 이하의 방정식에서, 일정값 이상의 주파수에 대해 이러한 도체의 직경에 반비례하여 이 표피 효과가 중요해짐을 알 수 있다. 이는 사용되는 주파수가 증가할수록 전류는 점점 도체 표면에서 얇은 깊이내에서만 흐르는 것으로 나타난다. 크기가 큰 도체에 대해서, 이러한 표피 효과는 전력 주파수(50 Hz)에서조차 명백하게 나타난다. 19세기에 시작한 최초의 연구는 대형 AC 전력 송신 케이블 시스템에서 볼 수 있는 예측 불가능할 정도의 큰 손실 때문이었다. 소형 도체에서는, 표피 효과는 MHz 범위에서 매우 커졌다. 표준 도체의 재료(예컨대, 구리)에서, 대부분의 전류는 몇 1/000 인치 이하의 얇은층("표피")에서만 흐른다. 이 근사치의 두께는 전류의 주파수의 제곱 루트에 반비례하며, 그에 따라 사용 주파수가 100 증가하면 관련된 표피 깊이는 10이 감소한다. 이 "표피 깊이"는 전류가 전체 전류값의 1/e(약 37%)가 되는 깊이인 것으로 간주된다. 비자기(non-magnetic) 구리 도체 재료(상대 투자율=1)에 대해, 표피 깊이를 계산하기 위해 일반적으로 사용되는 공학 공식은 다음과 같다.
d=2.6＊(f)-0.5
여기에서 d는 1/000 인치(밀) 이내이고, f는 MHz 범위의 주파수이다.
| F | d |
| 1MHz | 2.6 밀 |
| 10MHz | 0.82 밀 |
| 100MHz | 0.26 밀 |
| 1GHz | 0.082 밀 |
표피 효과는 다양한 방식으로 분석되어 왔지만, 종래의 이러한 분석에는 공통적인 결함이 있다. 종래의 이들 분석 방법은 원인이 되는 근거, 즉 제로 전류 조건으로부터 신속하게 초기화하는 AC 전류를 고려하지 않았다. 본 발명의 일측면이 좌우되는 다른 분석 방법은 전자기 에너지가 고전도 매체인 도체에 전파하는 프로세스에 기인하여 발생하는 표피 효과를 고려함으로써 시작한다. 초기 전류는 전도되기 위해서 도체로 전파되어야만 한다.
그러므로, 고주파수 현상과 특히 케이블에서의 신호 전파에 대해 합리화하는 것이 점점 곤란해지고 있는 확고한 상태의 개념을 고려하기 보다는, 파의 전파의 필요에 기인하여 발생하는 프로세스로서 표피 효과를 고려할 필요가 있다. (표피 효과에 관한 참고 문헌중 하나는 H.B.G.Casimir and J.Ubbink, a three part paper in The Philips Technical Review, 1967, Vol.28,nos.9,10 and 12 이다)
전기 통신 케이블 시스템에서, 에너지는 케이블의 공간적 경계에서 도체로서 작용하는 케이블 내의 공간을 통해 흐른다. 이러한 방식으로 보면, 도체는 에너지의 도체로서보다는 훨씬 더 미러와 같이 동작해야만 한다. 이러한 견지는 이하, 본 발명의 케이블 시스템 구성이 상세히 설명될 때 더 잘 기술된다. 기계적인 이유에 대한 필요성으로, 케이블 내의 공간은 어떤 절연 기재로 채워져야만 한다. 이 기재는 또한, 낭비적인 저항 또는 전자기 에너지의 흐름에 대해 분산 효과를 갖지 않아야 하며, 그러지 않으면 차후 에너지의 손실이나 에너지의 확산을 발생시킨다. 이러한 절연 재료(유전체)는 고주파수 손실을 가질 수 있으며, 다른 많은 재료도 동일하다. 마이크로파 오븐은 이러한 손실에 의존하여 가열 및 조리를 할 수 있다. 최신의 플라스틱재는 본 발명에 관련된 범위 내(1 GHz 이내)에서는 상당한 손실을 나타내지 않는다. 획득 가능한 이러한 종류의 열가소성 물질은 경제적인 제조 방법을 가능하게 하고, 손실의 정도가 경로의 도체 소자에서 저항성 손실의 결과를 거의 유지할 수 있을 만큼 충분히 낮은 유전체 손실을 갖는다.
표피 효과 저항을 최소화하기 위한 노력으로, 전류를 많은 소형 도체로 재분배하는 기술이 사용되어 왔다. 큰 전체 표피 영역을 채용함으로써, 고주파수 전류를 전도시킬 때 실용적인 레벨의 손실을 유지할 수 있다. 이를 달성하기 위한 노력의 예로는 "리츠(Litz)" 와이어를 개발한 것을 들 수 있으며, 다른 유사한 시도로는 복합 도체 와이어 또는 케이블을 형성하기 위해 서로 절연되는 많은 소형 스트랜드를 함께 케이블화한 것이 있다. 이러한 케이블을 개발하는 동안 전혀 고려되지 않은 것은, 스트랜드가 다른 스트랜드에 근접하게 배치됨으로써 인접한 와이어에서의 "와전류(eddy current)"를 각 와이어의 AC 자장에 유도하고 그에 따라 각 와이어에서의 전류가 최인접 영역으로부터 그 흐름을 전환한다는 점이다. 이 "근접 효과(Proximity Effect)"는 명백한 AC 저항을 상당히 증가시켜, 필요한 만큼의 고주파수에서 리츠 케이블로 된 구성의 장점이 결국 단점이 되어 비교 가능한 고체로 된 도체의 전체 직경보다 악화된다. 다시 말해, 소정의 "리츠" 케이블 구성은 일부 주파수 범위에서는 성능이 개선되지만, 그 개선되는 범위의 중심 주파수의 단지 몇배의 주파수에서는 표준 리츠 케이블은 동일한 도체 DC 저항의 단일 고체 와이어보다 성능이 악화한다. 개별 절연 와이어로 이루어진 환형(관형) 도체는 고주파수에서의 전도재의 손실을 최소화하지만, 이를 구성하는 인접 도체들은 여전히 근접 효과를 나타낸다. 이러한 근접 효과의 문제를 추가로 해결하기 위해, 와이어의 교차법이 사용되어, 와이어는 와이어간의 근접 효과를 파괴하도록 재입(再入) 또는 꼬임 패턴에 따른다. 이러한 구조는 제한된 주파수 범위의 값을 갖는다. 폭넓은 파장 범위에 대해서는 개량된 것이 요구된다. 하나의 도체가 다른 도체에 근접한 것은 주파수가 MHz의 10배 또는 100배가 될 때 문제가 된다.
단일 케이블에 낮은 XTLK를 제공
각 경로의 차폐가 상호 작용을 회피하기에 충분하다면, 경로의 송신과 수신 사이에서 발생하는 XTLK를 감소시키기 위해 2개의 구별된 케이블이 사용될 수 있다. 그러면 이는 XTLK 문제를 다시 차폐에 대해 부담시킨다. 차폐는 절대로 완벽하게 될 수 없으며, 높은 차폐 감쇠가 목적이라면 고중량이고 단단한 구조물을 여전히 요구한다. 2개의 케이블에서, 이러한 필요성은 각 케이블쌍에 대해 요구된다. 그러면, 전체 비용 및 중량은 매우 증가하고, 기계적인 탄력성은 감소한다. 본 발명은 양 전기 경로를 동일한 케이블 시스템(동일한 차폐물) 내에 있도록 하는 방법에 의해 이 문제를 회피한다. 이 새로운 접근법은 본 발명에 따른 신규한 대칭형의 쿼드 구조를 완성하고 둘레의 "차폐형" 구조의 신규한 역할에 의해, 차폐 기능(EMIR) 및 XTLK를 케이블 시스템에 부여하여 통합한다. 이 차폐의 역할은 EMIR의 기능 부여를 만족스러운 레벨로 유지하고, 밀봉된 시스템이 쿼드 구조에서의 2개의 경로의 실제 직교성이 발생하게 된 밸런스에 기인한 진입 에너지의 예외적인 제거의 이점을 갖는다. 투과 자기장의 균일성은 신규한 케이블 재킷에 의해 제공된다.
S/N 및 디지털 신호의 재생
S/N, XTLK 및 EMIR은 이하 설명되는 바와 같이 본 발명의 신규한 케이블 특성에 의해 특히 잘 조절된다는 것이 증명된다. 디지털 신호에 대해, 시스템 성능을 증대하는 데에 또다른 하나의 파라미터가 있다. 디지탈 신호로, 이것은 열화하는 작용이 데이터 신뢰도에 상당히 방해하지 않게 되는 전송 케이블을 따라 어떤 간격에서 신호를 재생할 수 있게 된다. 이는 특히 단순한 이진 또는 NRZ(nonreturn to zero) 데이터에서 유리하다. 신호 전력에 관한 설명에서 나타난 바와 같이, 적정량의 전력에 대해서, S/N은 상당히 실용적이다. 이진 또는 NRZ 데이터는 많지 않은 량의 노이즈를 허용하여 하찮은 데이터 에러를 생성한다. 그러므로, 신호 재생기를 그 쓰레숄드가 정확하게 소위 신호 "눈(eye)"의 중심을 판독할 수 있도록 위치시킨다. 0 또는 1의 연속을 회피함으로써, SDH/SONET 시스템에 의해 사용되는 라인 코드는 클록 신호가 이러한 검출기 시스템 내에서 복구하능하도록 하며, 또한 디지털 신호 검출의 신뢰도를 추가로 증대시킨다. 이러한 재생기 시스템을 케이블의 길이를 따라 일정 간격의 지점에 배치함으로써, 신호 대 잡음비가 큰 약해진 신호를 완전하게 재생할 수 있다. 이러한 "프레시 스타트"를 가짐으로써, 상기 지점에서 감쇠된 신호보다 훨씬 더 큰 에너지로, 신호의 레벨을 시스템 잡음과 누화(XTLK) 이상으로 상승시킨다. 이러한 재생 방식은 단지 20-30 dB보다 큰 S/N에 대해, 에러율은 실제 시스템에서 무시할 수 있게 된다. 이 능력은 양 송신 방향에 사용되어, 새로 재생된 "클린" 신호에 대해 요구되는 적절한 전력량은 쉽게 획득가능하기 때문에, 열화가 다루기 쉽게 작이지는 케이블 길이에서 모든 신호의 열화의 많은 부분을 효율적으로 무효화한다.
설계자는 이 회복을 이루는 지점을 선택할 수 있다. 집적 회로는 당업계에 공지되어 있고, 고려하는 신호 속도에 적합한 성능에 이용가능하다. 이러한 디바이스는 검출기(어떤 유용한 히스테리시스를 가짐)를 트리거링하는 차동 모드 쓰레숄드 및 소위 "눈의 중심"과 동기하기 위해 클록형 위치 결정의 판정 쓰레숄드를 포함한다. 2개의 경로를 지원하는 이중 재생기 시스템은 정전 방전 및 전기 방전으로부터 보호할 필요성을 고려하더라도 매우 작은 패키지로 제조될 수 있다. 이러한 패키지는 케이블 그 자체보다는 길이가 길지 않은 소형 포드(pod)에서 라스트 마일 케이블로 통합될 수 있다. 이러한 재싱기 시스템 모듈에 필요한 DC 전력은 케이블내의 도체에 의해 용이하게 전달되어, 이 재생 동작이 길이가 긴 케이블에서조차 반복적으로 행해질 수 있도록 한다. 유저 인터페이스 디바이스(UID)를 동작시키는 것과 같은 다른 시스템의 필요를 위해 시스템 전력을 운반하는 데에 케이블의 전기 도체를 사용하는 것은 라스트 마일 케이블 시스템 설계의 기능중 하나로 고려된다. 이러한 방식에 의해 본 발명의 신규한 케이블의 응용이 전형적인 라스트 마일 요구에 용이하게 부응할 수 있는 길이로 확장되고, 네트워크에 의해 제공되는 것만큼 신뢰할 수 없는 임의의 다른 소스의 전력에 의지하지 않고 시스템에 이러한 기능을 제공할 수 있도록 한다. 이 신뢰성의 요구는 시스템이 네트워크 사용자에게 제공하는 연속적인 사용에 따른 고레벨에 대한 본질적인 것으로 보여진다.
구조
본 발명은 네트워크된 통신 시스템의 "라스트 마일" 접속 케이블 시스템을 갖춘 사용자에게, 광대역 성능과 동일한 2방식 독립형 전기 경조를 제공할 뿐만 아니라 기존 및 차후의 필요성에 대한 광섬유를 제공한다. 쿼드 구조는 기본적으로 2개의 전기 경로가 완벽하게 서로 영향을 미치지 않기 때문에 선택되었다. 이 요구는 매우 양호한 대칭성이다. 대칭성은 2개의 경로의 직교성 및 전자기 간섭을 제거하는 각 경로의 기능에서 매우 중료한 역할을 하는 특성이다.
도 1a 및 도 1b는 4개의 컨덕터의 신규의 쿼드 배열을 취할 수 있는 일반적인 형태의 단면을 도시하고 있다. 도 1a에서, 각각의 4개의 컨덕터(71, 73, 75, 77)에 대해서 거의 정확한 전기적 위치가 실현될 수 있고, 만약, 둘러싸여진 "차폐" 컨덕터(79)가 원주 둘레에(중요한 주파수를 초과하여) 그들 전자기 특성 내에 중심이 맞추어져서 균일한 경우, 2개의 쌍은 하나를 다른 하나로 유도함이 없이 정확하게 배치될 것이다. 그것이 중요한 각각의 쌍의 전자계이기 때문에, 실현되는 평형도, 즉 대칭성은 각 컨덕터로부터 차폐물로 또한 각각의 다른 컨덕터로 커패시턴스를 측정함으로써 평가될 수 있다. 정합도는 하나의 어레이의 유도성 뿐만 아니라 용량성 "평형" 또는 대칭성의 측정이다. 누화(cross talk)는 거의 사라지도록 작고, 2개의 쌍의 각각은 다른것과 거의 무관하게 동작될 수 있다. 이러한 특징은 양방향 2 경로의 광대역 시스템에 관심을 가지게 되는 것이다. 이와 같은 대칭성이 실현되는 방법은 이하에서 설명하는 바와 같이 특수하게 성형된 포지셔너 (positioner)를 포함한다.
도 1b는 쿼드 환형 하이브리드 케이블의 보다 상세한 단면도이다. 4개의 컨덕터(71, 73, 75, 77)는 도 1a와 동일하게 도시되어 있다. 또한, 둘러싸여진 차폐 컨덕터(79)는 4개의 컨덕터와 대칭을 이루고 있다. 도 1b는 하나 또는 그 이상의 광섬유를 지지할 수 있는 버퍼 채널(81, 83, 85, 87)을 도시하고 있다. 포지셔너 또는 환형의 컨덕터 지지 절연체(89)는 컨덕터(71, 73, 75, 77)를 관통하는 구조를 제공한다. 이 포지셔너(89)의 구성은 이하에서 설명한다.
각 버퍼 채널(81)을 둘러싸는 충전재 겔(91)이 사용될 수 있다. 이러한 형태의 충전재 겔은 석유계 겔과 같은 초흡수제 화합물을 적당히 포함될 수 있다. 상기 화합물은 적어도 2가지 목적으로 작용한다. 그 하나는 내부에 함유된 유리 섬유를 공기에 부식되는 것으로부터 유지하기 위한 것이고, 다른 하나의 목적은 케이블을 통해 와이어를 끌어 당기기 위한 윤활제로서 작용한다.
중심이 절연되어 위치 설정되는 구조체 및 컨덕터의 세로선이 케이블 길이의 피트당 1 내지 2 권회의 케이블의 가동 길이를 따라 나선형을 구성하도록 쿼드 내부 컨덕터 구조체에 대해 비틀림에 부가해서 또 다른 이점이 발생된다. 이와 같은 구성은 평형 소스로부터 적절히 공급되고 평형 수신기 내에서 종료될 때 유용한 특성을 가지며, 내부 컨덕터로 균일하게 관통하는 임의의 자계는 각 쌍으로 어떠한 네트 전류도 흐르지 않게 된다. 비틀림 쌍의 사용은 공지되어 있다. 그러나, 본 발명의 나선형 구성은 그 XTLK가 동일하게 최소화될 정도로 본 발명의 EMIR이 개선되는 이점이 있다. 따라서, 본 발명의 케이블 시스템에 있어서, XTLK의 저감은 근래 도처에 있는 전자기 오염 환경에서의 원하지 않는 잡음을 낮출 수 있다. 본 발명의 구성에 따른 "차폐"의 기능은 간섭 에너지를 감쇄시킬 뿐만 아니라 균형이 잡힌 내부 쿼드 구조체에 대해 누설 에너지를 대칭적으로 분포시킴으로서 유입 자계의 전자기 전송을 균형을 이루게 할 수 있다.
쿼드 평형은 통과하는 에너지를 크게 제거할 수 있다. 그에 따라서, 본 발명자는 본 명세서에서 사용되는 "차폐"라는 용어가 간단히 에너지 장벽을 의미하는 통상의 용도가 아닌 구조체를 둘러싸는 동작을 의미하는 특성을 구성하였다. 이와 같은 장벽은 항상 불완전하고, 일부 에너지는 장벽을 통과한다. EMIR을 개선하기 위해 차폐를 균형을 이루게 하는 이러한 방법은 관리가 곤란한 EMI 레벨의 증가를 현재 제거하기 위한 신규의 방법이다. 상기한 제거의 정도는 본 발명의 정확한 구조체에 의해 가능하게 되는데, 이 구조체는 그 케이블 설계에 있어서 매우 강한 차폐물의 광범위한 사용을 통해서 구성한 이후라도 실질적인 간섭 제거를 수행하는 본 발명자에 의해 공지된 종래 기술에서는 실현할 수 없었다.
내부 대칭기 설계
본 발명은 쿼드 케이블을 둘러싸는 내부 대칭기를 사용한다. 물론, 이 분야에 숙련된 당업자라면 이 쿼드 케이블이 필요하지 않음을 인식할 수 있을 것이다. 이 쿼드 케이블을 둘러싸는 것으로 설명된 구조체는 이중 쿼드 케이블, 동축 케이블 등이 사용될 수 있다. 내부 대칭기의 구조는 로컬 하강 케이블 시스템에 대한 일실시예로 도 1c에 단면도로 나타내고 있고, 다른 모든 실시예의 도면에서 유사하게 이용될 수 있다. 도 1c의 설계에는 케이블의 내부로 통과하도록 관리하는 감쇄된 전자계 내에 높은 대칭도를 제공함으로써, 컨덕터가 대칭됨이 없이 억지 차폐에 의해 종래에 실현될 수 있던 대칭도를 초과하여 실질적으로 증가된 제거가 가능하게 된다.
실시예 1
도 1c는 도 1b에 도시된 점선 부분에 배치된 케이블벽의 부분을 통해서 본 내부 대칭기의 개략 단면도이다. 각 층들은 컨덕터(71, 73, 75, 77)에 가장 근접한 층에서 개시하는 것으로 설명된다. 이들 각 층의 기능은 이하의 표 1을 통해서 설명한다. 물론, 이하의 표 1은 단지 예시의 목적이다. 실제로, 이 표 1에 개시된 자료는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어남이 없이 여러가지의 변경 및 수정이 가능하다.
| 층 번호 | 두께(mil) | |
| 101 | 플라스틱 캐리어상에 2개의 알루미늄박 층으로서, 각 층은 먼저 하프 턴 랩과 함께 1 밀의 알루미늄박을 고정시키는 하부박 측면이 배치됨. | 4 |
| 102 | 신축성 있는 우레탄 접합제의 콜로이드 카본으로서, 충분한 전단 혼합 가소제 내에 85 부피 %로 적재된 카본은 상기 층(101)상의 균일막 내에 사출 성형됨. | 8 |
| 103 | 신축성 있는 우레탄 접합제의 순수 철 분말로서, 약 90%의 부피 퍼센트(OMG America, Research Triangle Park, NC의 철 분말)로 상기 층(101)내에 충분히 혼합되어 적재됨. | 16 |
| 104 | 신축성 있는 우레탄 접합제의 Ni-Zn 페라이트 분말(5마이크론 입자 크기의 98%의 입자)로서, 90 부피 % 이상으로 혼합되어 적재됨. | 25 |
| 105 | 층(101)내에 1 밀의 알루미늄박을 고정시키는 2개의 층이다. | 4 |
| 106 | 스테인레스강 장력 편조 | 16 |
| 107 | *(일부 구성에 대한 선택사양)2.5 밀 두께의 주름진 스테인레스강 증기 장벽으로서, 45 밀의 중심부상에 30 밀 깊게 융기되어 주름짐. 래핑되어 연속해서 이음매 용접하여 폐쇄. 융기부를 채워서 죄기 위해 장력 편조상에 연질 우레탄 돌기의 10 밀의 하부층의 상부에 래핑됨. | 35* |
| 108 | 사출 성형된 외부 보호 자켓, 신축성 있음 | 32 |
혼합 자켓은 기본 쿼드 OD의 직경에 대해 약 0.210 인치를 부가할 수 있다(선택적 외부 주름진 증기 장벽이 없이). 이것은 컨덕터가 함유될 수 있는 광섬유를 보호하기 위해 증기 장벽을 필요로 하지 않는 0.042 인치로 완성된 직경의 관형의 환형 쿼드 컨덕터를 사용하는 쿼드에 대해 약 5/8 인치의 전체 직경을 산출한다.
이하, 그 구성층에 대해서 추가로 설명한다.
알루미늄박 재료(101)는 종래에 공지된 "마일라(Mylar)" 또는 일부 다른 내구성 재료일 수 있는 적합한 플라스틱 캐리어, 적절한 온도 범위 및 바람직하게 거의 비흡수성 재료에 의해 지지될 수 있다. 쌍을 이루는 알루미늄박 랩은 각각의 랩이 약 1/2이 접혀진 금속 대 금속을 충분히 접촉하는 상태로 서로 대향 방향으로 감겨져 있다. 서로 상이한 2개 쌍의 층(101, 105)의 각각은 적합한 가소성 특성을 실현하기 위해 랩의 다소 상이한 나선형이 필요하게 된다. 물론, 각 층(101, 105)은 다른 형태의 도전재로 대체될 수 있다.
콜로이드 카본 또는 2차 인공 카본 분말재(102)는 뉴저지주 소재의 Asbury Graphite Mills, Asbury로부터 입수 가능하며, 이들 재료는 케이블을 커버하는 공정 이전에 선택된 접합제로 재료의 완전한 혼합이 가능하도록 충분히 작은 325 메시 또는 파이너 이하의 입자 크기이다. 응고된 접합제의 표면 DC 저항은 500Ω/m2이하이다. 이 층에 대해 사용될 수 있는 기타의 다른 재료들은 유사한 도전 특성을 갖는 재료를 포함한다.
적합한 카르보닐 철 분말재(103)는 노스캐롤라이나주 소재의 OMG America, Research Triangle Park로부터 입수 가능하다. 현재 제공되는 가장 순수하고 가장 순도가 높은 입자 크기는 K291A이고, 이 용도로 적합하다. 모든 경우에 있어서, 접합제와의 균일하고 충분한 혼합은 필수적이다. 신축성 있는 우레탄 재료는 예컨대 B.F Goodrich Company에 의해 제공되고 있는 다양한 종류의 여러 가지의 소스로부터 입수할 수 있다. 이 층에 대해 사용될 수 있는 기타의 다른 재료들은 유사한 자기 특성을 갖는 재료를 포함한다.
고주파 Ni_Zn 페라이트 물질(104)은 크러쉬(crush)되어 생성되고, 그 다음 상기 재료를 몇 단계에 걸쳐 볼 밀링(ball milling)되어 그 결과로서 생기는 입자의 중량비의 98%를 차지하는 평균 입자의 크기가 5 micron 이하가 되게 만든다. 적절한 재료는 100 MHz 내지 1000 MHz의 주파수 대역에 적당한 복합 투자율(complex permeability)을 갖는 재료이다. Milled Philips Fcrroxcube 제조 유형 4의 재료는 상기 목적에 부합한다. 0.25Tesla 내지 0.60Tesla 범위 내의 강한 자화장(magnetizing field)이 고주파에서 재료의 유전율(permittivity)의 이방성을 초래한다는 것을 고려하는 것이 중요하다. 유사한 자기적 특성, 예컨대 잔류 자기(remanence), 유전율 및 투자율을 갖는 다른 재료도 상기 목적에 이용될 수 있다.
스테인레스 스틸 브레이드(braid)(106)는 높은 인장력(tensile strength)과 실외의 공중에 매달린 케이블을 이용할 때의 통상적인 상기 인장 수준에서 낮은 크리프(creep)를 나타내는 4 mils 내지 6 mils의 스트랜드(strand) 두께로부터 선택된다.
외부 자켓(jacket)(108)은 통상적으로 32 내지 40 mils로 거칠게 사출된 폴리우레탄 재료일 수 있다. 상기 목적으로 이용되는 다른 재료에는 유사한 강도 특성을 갖는 재료가 포함된다.
도 1c의 층이 케이블 내에 투과하는 장(penetrating filed)을 분포시켜 신호 경로에 평형 효과를 이끌어낸다. 이 무제한의 기술에 관한 예시에서 층(101)이 몇 가지 이유로 도입된다. 우선, 쿼드(quad) 신호 쌍의 내부 장의 장 거울(field mirror)로서 기능한다. 층(101)은 또한 외부 투과장에서 동작하는데, 이것은 도전성 장(conductive field) 단락 회로를 층(102)으로부터 투과장으로 제공하여 표면 전류가 출구(exiting)(102)처럼 더욱 균일하게 분포하도록 함으로써 이루어진다. 층(102)은 층(101)의 알루미늄 금속 표면에 비해 상대적으로 높은 저항을 가지는데, 상기 알루미늄 금속 표면은 상대적으로 느슨한 저항성 재료 층(102)으로부터 나오는 장에 대한 큰 확산 효과(spreading effect)를 생성한다. 전자기파의 속도는 층(102)에서 상대적으로 높고 현저한 장의 재 분포(redistribution)를 허용하는 두께에 비례한다. 층(102)은 층 영역(103)위에 결합하며, 층(103)은 상대적으로 높은 투자율(관심 주파수 대역에서 5 내지 50임)을 갖고, 낮은 전자기파 속도를 갖는 매체 도전성(medium conductivity)을 갖는다. 층(102)과의 결합은 추가의 확산 효과를 생성한다. 상기 층위의 층, 즉 층(104)은 전자기파 속도가 매우 낮은 고주파 영역(550-500MHz)에서 상대적으로 높은 투자율을 갖도록 선택된다. 그 결과로서, 층(104)은 층(103)보다 약간 두껍다. 층(104)은 층(103)과의 경계에서 현저한 전자기파 속도차를 갖고, 따라서 장 확산이 강화된다. 층(105)은 얇고 높은 도전성의 층으로서, "차폐(shield)"로서의 통상적인 장 전류 단락을 생성하지만 이것의 주된 가치는 전술한 이점을 위하여 부 층(sub layer)과의 자기 결합에 있으며, 상기 자기 결합은 외부 장에 대한 작은 차폐 효과만을 갖을 것이다. 인장 층(106)은 인장력을 위한 것이지만 이와 동시에 브레이드 내에서 약간의 전류 포획(current capture)을 제공한다. 층(107)(도시 되지 않음)이 대신 이용될 수 있다. 스테인레스 스틸의 증기 장막 특성(vapor barrier property)도 역시 차폐 효과 및 약간의 인장에 대한 이점을 제공한다. 외부 자켓(108)은 기후나 기타 환경 요인 및 취급상의 손상으로부터 케이블을 보호한다.
전술한 각 층은 변경될 수 있다. 다른 층간의 조합이 활용될 수 있다. 다른 전자기 전파와의 어브럽트 결합(abrupt junction)에서의 전자기 특성의 변화의 원칙은 목적되는 양상인 현저한 대칭 효과를 달성한다. 감쇄는 그 자체로서는 전술한 구성의 주 목적이 아니다.
가능한 구성을 평가하기 위하여 상대적으로 완전한 전술한 형태의 나선형 쿼드 선(quad line)을 구성할 수 있고, 이것을 시험 장치로서 사용하여 케이블을 통하여 평형 신호 전송을 전술한 형태의 가능한 대칭화 덮개(symmetrizing covering)을 구비하는 경우와 구비하지 않는 경우를 비교할 수 있다. 이 차이는 "평행화(collimating)" 또는 대칭화 특성의 상대적인 이점을 반영한다.
[외부 임피던스-매칭 하우징]
외부 덮개의 제2 형태는 일반적인 외부 환경에 노출된 임의의 도선이 나타내는 효과적인 안테나처럼 전자기 에너지를 모으는 현상을 감소시킬 목적의 종래의 차폐 수단과는 상이한 어떤 특성을 발생시킨다. 재료적으로 실현될 수 있고 전자기장이 침투하지 못하는 차폐가 불가능하므로 본 발명자는 그러한 전자기 간섭에 의한 훼손의 감소를 달성하는 다른 방법을 발견하였다. 본 케이블 시스템 설계의 대칭 및 평형 양상이 설명되었다. 제2 방법은 다른 인자를 활용하는 것이다.
공간은 그 자체로서 전자기장 전파(propagation)를 특정하는 특성 임피던스가 있다. 이 방사 임피던스의 저항 성분은 377 ohm이며, 이 값은 공간의 유전율 대 공간의 투자율(또는 공간의 인덕턴스 대 임피던스)의 비부터 도출된다. 케이블의 표면이 비점유되었을 때의 동일한 공간의 값과 동일한 값을 갖는 전파 전자기장에 대해 저항을 나타내도록 제조되었다면, 케이블은 훨씬 적은 면적의 안테나 효과를 생성하여 그러한 케이블과 같은 동일한 길이의 비정합 양도체보다 적은 에너지를 흡수한다. 안테나로서의 케이블의 동작은 실질적으로 적어서, 에너지의 취합은 기껏해야 광학적으로 투명한 돌출부를 통과하는 에너지 흐름에 기인한다. 사실, 방사 전자기장에서는 거의 눈에 나타나지 않는다. 자켓 시스템의 내부 층이 어떻게 설계되었든지 간에, 상기 효과가 현재한다면, 기타의 그러한 내부 층의 차폐 효과는 더욱 보강될 것이다.
표면 또는 공간의 방사에 정합하는 외부의 피상 저항(apparent resistance)에 대한 이 설계는 도 1d에 도시된 본 발명에 따른 외부 임피던스-매칭 하우징을 이용하여 실현할 수 있다. 이 외부 하우징은 공간의 방사 특성에 정합하는 피상 방사 저항을 갖는데, 폴리우레탄 자켓 재료에 소산성 로딩(dissipative loading)을 이용하여 합리적으로 넓은 주파수 영역을 실현할 수 있다. Asbury Graphite Mills(전술함) A99 물질(또는 더 미세한 크기의 것)과 같은 금속성 파우더 인공 흑연 카본(graphite carbon) 입자와 OMG Americas(전술함) AN325(또는 더 미세한 것) of ASTM NO 2200 등급의 원자화된 순수 니켈 파우더 같은 금속성 파우더의 혼합물을 로딩하면 요구되는 방사 소산 특성을 제공할 수 있다.
도 1d를 참조하면, 케이블(301)이 쿼드 도체 구성(quad conductor configuration)(303)으로 도시되어 있다. 외부 임피던스-정합 하우징(305)은 주위의 쿼드 도체에 편입된다.
외부 임피던스 정합 하우징의 표면 특성의 공간에 대한 소산성 저항성 정합 에 요구되는 효과를 위한 물질 및 조합의 선택에 있어서, 2 가지 면을 고려해야 한다. 우선, 물질에 미치는 방사 전자기장의 영향을 최소화하는 물질 및 구성 성능을 평가하는 방법이 있다. 이것은 적절한 재료를 선택하는 하나의 방법이 된다. 관심 주파수 영역에서의 RF 장에 대해 설계된 무반향실을 이용하여, 각각 평면파 FR 장을 무반사벽에 가할 수 있다. 지향성 RF 수신기는 벽으로부터 되돌아오는 반사된 에너지의 양을 관측할 수 있도록 구성될 수 있다. 펄스 형태의 방출과 검출은 되돌아오는 에너지의 산란을 최소화할 수 있다. 평가될 케이블과 동일한 사양의 금속 도전성 물체를 동일한 벽에 배치시킴으로써, 이 반사가 기록된다. 이 시험 부분이 제거되고 물질 덮개가 있는 평가될 케이블을 시험편(test piece)에 배치한다. 측정을 반복한다. 이렇게 얻어진 값은 시험 물질이 근사적으로 공간에 잘 정합되는 정도까지의 각각의 측정을 제공한다. 상기 방법 또는 기타의 방법을 이용하여, 카본 또는 이와 유사한 채택 가능한 물질을 시험할 수 있다. 예를 들어, 천연의 또는 채굴된 조각난 흑연 및/또는 매우 작은 스테인레스 스틸 입자 또는 잘 적용될 수 있는 섬유와 같은 다른 도전 입자나 다양한 금속 섬유 등이다. 현존하는 물질의 범위는 이 방식에 효과적일 수 있으며, 특히 공간 특성에 밀접하게 접근하여 관심 주파수 영역의 방사 전자기장의 "픽업(pickup)"을 최소화하는 물질에 효과적이다.
외부 장으로부터 신호 경로로 에너지를 전달하지 않는 케이블의 능력을 평가하기 위한 잘 알려진 한 시험 방법은 미국 육군 사양서(MIL-C-85485A 4.7 항목 등)에 정의된 표면 전달 임피던스(surface transfer impedance)" 측정법이다. 그러나, 평형 쿼드의 경우에는 이 시험은 상기 목적[진입 효과(ingress effect)의 정의]을 달성할 수 없다. 시험은 동축 시스템의 주 도메인에 완전히 적절한 것은 아니다. 본 발명에 따른 구조가 올바르게 설치되면, 이 개념은 차폐 자체의 에너지 감쇄를 상회하는 평형 반발(balance rejection)에 의하여 결과되는 극히 낮은 값의 에너지 전달을 보일 것이다. 상기 MIL 사양의 시험에 관한 문제와 기타의 시험 관련 문제점 및 케이블 설계와 측정에 관한 이슈(issue)를 참조하기 위하여는 다음의 두 참조 문헌을 보라. "Introduction to Electromagnetic Compatibility" by Clayton R. Paul, pub 1992 by John Wiley & Sons,Inc.,New York, chapter 10, pages 491-692; "Cable Shielding for Electromagnetic Compatibility" by Anatoly Tsaliovich, pub 1995, by Van Nostrand Reinhold. 특히, 후자는 3장을 면밀히 보라.
쿼드 구성을 둘러싸는 내부 차폐 층은 내부 장을 쿼드 도체 내부로 제한하여 에너지 손실을 방지하는 전자기 거울로서 기능하는 또 다른 목적을 제공한다. 그 외의 이점으로서, 도체 구조는 또한 신호 에너지 손실을 더욱 제한된 전파로 인하여 감소시킨다. 도 1c를 다시 참조하면, 쿼드의 유전 포지셔너(dielectric positioner)(89)의 외부 표면에 근사한 도전 층(101)은 상기 손실을 최소화하도록 설계된다. 이 표면은 이것과 쿼드 도체사이의 공간이 실질적으로 도체 쌍을 이격시키고, 정밀한 대칭을 유지하고, 차폐의 영향을 최소화하는 관계를 갖도록 하는 것이 가장 잘 비율이 맞는 것이다. 이것은 도체 쌍 사이의 공간의 두 배 이상의 직경이 될 것이다. (Bell System Technical Journal Vol.15,No.2,pp248-283 by Estel I. Green, F.A. Leibe and H.E. Curtis를 보라)
쿼드의 고유 평형을 유지하기 위해서, 소스 장치 및 종단 장치(terminating device)는 케이블의 평형 구조만큼 중요하게 된다. 어떠한 이 종단에서의 케이블의 고유 평형의 심각한 교란은 바람직하지 않은 에너지의 진입이 증가를 초래하고 쌍 간의 추가의 내부 누화(crosstalk)를 더한다. 신규의 평형-비평형 결합기[coupler; 밸룬(balun)] 및 케이블 구동 회로 밸룬이 도 13 및 도 14에 도시되어 있고, 도 2에 도시된 시스템 내부의 재생기(regenerator), 노드 인터페이스 장치 및 사용자 인터페이스 장치의 주요부를 형성한다. 이에 대해서는 "양호한 평형을 위한 구동 및 종단(termination)" 섹션에서 더 설명한다.
전자기 구조 기하(structural geometry)에 관한 본 발명의 또 다른 기여는 도 3에 도시된 도체 포지셔너(positioner) 구조로부터 나온다. 공정 제어에 막대한 노력이 가해졌지만, 4개의 도체가 쿼드로 제자리에 배치되어 사출되도록 하기 위한 노력은 현저한 변화성를 겪었다. 1968년 6월 25일에 에이라우드와 델로메에게 허여된 캐나다 특허 제788,603호는 4개의 나선형 그루브(groove)를 열가소성 유전체(사출로 추정됨)를 구성하는 연속적인 원통형 "스템(stem)"으로 기계적 밀링을 하고, 유리 섬유 끈(cord)으로 중심을 강화하고, 4개의 밀링된 그루브 내에 도체를 배치하여 양호한 대칭성을 얻는 것을 개시하고 있다. 상기 특허는 그루브의 나선 모양이 목적되는 쿼드 방향의 나선형 회전을 제공한다는 것을 나타낸다. 그 다음 상기 조립체는 적절한 추가의 절연성 유전체로 씌워지고 차폐되고 그 외부가 덧씌워진다. 유연한 "스템" 재료 및 아마도 가공(machining)에 적당한 형태로 사출(extrusion)되는 것인 이에 관한 공정은 설명되지 않았다.
상당한 스트레스가 상기 방식으로 형성되는 재료에 가해진다는 것은 당업계에 잘 알려져 있다. 가공이 이 스트레스를 완화하여 긴장을 푼다. 이것은 결과되는 가공된 "스템"의 정밀도에 대하여 초기 시점 및 시간이 경과됨에 따라 영향을 미치는데, 이는 장이 노화에 따른 완화 및 외부 케이블 시스템이 겪는 온도 변화에 기인한다. 이로드(Eyraud) 특허의 접근법은 "스템"을 생성하는 방법의 어떠한 제한을 벗어나 단지 정밀도 문제의 다른 문제들을 다루는데, 그 문제들은 권선된(wired) "스템"을 어떤 둘러싸는 유전체 및 차폐에 배치하는 것에 관한 것이며 이것들에 관한 어떤 오류도 결과되는 시스템의 비평형을 초래한다. 상기 특허에서는 제조 공정의 마지막 단계를 달성하는 방식은 개시되지 않고 테이프로 감싼다는 등의 단지 제안 차원의 개략적 기술만 있다.
본 발명은 정밀한 절연 및 도체 어레이(71, 73, 75, 77)을 전자기적으로 봉합된 최종 형태에 정밀하게 배치하는 구조의 배치(도 3에 도시되어 있음)를 제공하여 상기의 모든 문제를 피할 수 있다. 한 형태에서, 포지셔너(89)가 후술하는 사출 방법에의한 높은 안정도의 사출 공정을 이용하여 4개의 연결된 수형 섹션을 제조한다. 이 공정은 4 부분의 제조된 형상이 동일하고, 제조시뿐만 아니라 장의 노화가 있는 계속되는 사용에 있어서도 동일성을 유지하게 한다. 본 발명에 따른 방법은 표준 사출 방법(회전하는 유연한 수단으로 섞는 것을 이용할 때에도)에 따르는 압력과 온도 구배와 연관된 스트레스를 완화한다. 본 발명에 따르는 케이블 시스템의 수명 성능은 실내 또는 실외이건 100년 이상이다. 본 발명의 제조 방법에 부합하는 선택된 현대적 재료는 경제적 절감도 이룬다.
몇 가지 양호한 형태에서, 이들 신규의 절연 및 포지셔닝부(positioning part)는 후술하는 특별한 형태의 정밀한 환상 신호 도체를 인터로킹한다(interlock). 이들 4개의 배치부의 일반 형태에 대한 예시가 도3 내지 도6 및 도 8에 도시되어 있다. 이들 도면은 돌출부와 리세스의 통상적인 맞물림 집합은 쿼드 도체의 배치 구조의 요소의 상대 위치를 유지하게 구성될 수 있다. 도 3에 포지셔너(89)가 4개의 분리된 섹션에 도시된다. 이들 섹션은 305, 307, 309 및 311이다. 각 섹션은 일반적으로 L 자형이고 슬롯(315)에 맞는 숫부재(male member)(313)를 포함한다. 이들 요소는 도 3a에도 도시된다. 도 3a는 섹션이 용이하게 사출되도록 하는 약간의 힌지 점(hinge point)을 더 나타낸다. 사출이 도 3a 처럼 형성되면, 각 섹션은 각 인접한 섹션에 대해 회전하여 완전한 포지셔너(89')를 형성한다.
도 4는 주물된 힌지(317)을 더욱 자세히 도시한다. 도시된 바와 같이, 4개의 사출된 섹션은 통상적으로 3개의 접합점 또는 힌지(317b)가 적당하다.
섹션은 회전하여 완전한 포지셔너(89')를 형성하거나 그 전에 힌지 점에서 분리될 수 있다. 도 5는 이들이 분리된 실시예이다. 도 5는 또한 슬롯(315)에 들어갈 각 포지셔너의 숫부재(313)를 도시한다.
이 상황은 도 6에 더욱 자세하게 도시되어있다. 특히, 도 6은 가능한 용수철식 자물쇠(snap locking) 구조를 도시한다. 숫부재(313) 주위의 환상 링은 대응하는 슬롯(315)의 섹션에 맞아 들어가 포지셔너(89')의 섹션과 안전하게 결합되게 한다.
도 8에 도시된 것처럼 페리미터(perimeter)는 원형의 편리한 형태이면 된다. 도 8은 선택적인 것인 섬유 또는 다른 도체를 잡기 위한 페리미터 슬롯(319)을 나타낸다. 본 구조의 예시에서, 쿼드 도체와는 다른 임의의 섬유 또는 도체는 4 중 도체의 내부에 완전히 위치할 수 있다.
도 1b를 보면, 포지셔너의 틈(interstice) 또는 버퍼 채널(81, 83, 85, 87)내의 섬유 광학선에 대한 충분한 공간이 나타난다. 더욱이, 포지셔너 형상(89)dms 케이블의 요구되는 형태가 어떤 것이든 적합하다. 그러나, 이들 4개 영역의 배치 및 절연 특성은 쿼드의 내부 전기적 대칭을 유지한다. 4 영역은 광섬유 홀더로서의 그들의 기능에 무관하더라도, 그들의 전기적 양태에 있어서 균일해야 한다.
본 발명자는 새로운 쿼드 구조의 광섬유를 포함하는 또 다른 방법을 발견하였다. 도 3에 나타나듯이, 4개의 환상 도체(71', 73', 75', 77')의 코어(90)는 전기적 평형을 교란하지 않고 임의의 조합으로 섬유(321)를 수용하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 1에서 16개 또는 그 이상의 섬유가 4개의 환상 도체의 내부에 각각 설치되어 섬유의 유전 특성과 무관한 전기적 성능을 갖도록 한다. 이 이점은 목적되는 쿼드 어레이(1 피트에 약 2번을 감는 무제한의 예)가 섬유의 유연성에 많은 여지를 제공하고, 열팽창 운동 또는 케이블 움직임에 따른 기계적 인장으로부의 영향이 없게 한다. 예에서 제안된 헬릭스(helix)는 도체 및 섬유를 내장하는 케이블의 전체 외부 길이의 110%정도의 길이이다.
도 11은 본 발명의 환상 도체의 하나의 가능한 형태의 단면도이다. 여기서, 섬유가 제조시 장착될 수 있도록 하고 케이블이 장착된 이후에는 제거될 중심 영역(92)이 도시되어 있다. 섬유가 케이블이 놓여진 후 섬유를 장착하는 방법은 섬유 블로윙(fiber blowing) 기술을 포함한다. 이 기술은, 섬유의 한 끝에 부착된 버섯 모양의 장치를 섬유의 한 끝에 부착하고 섬유의 끝을 케이블 내에 배치한다. 높은 압력의 공기 소스가 버섯 모양의 장치에 결합되어 섬유를 케이블을 통하여 잡아당긴다. 당업계에 공지된 바와 같이, 다른 기술이 채택될 수도 있다. 도 11a는 본 발명에 따른 설계의 그러한 환상 도체의 일 예에대한 단면도이다. 중심 환성 지지 쉬뜨(sheath)(94)는 단지 짜여지고(woven) 브레이드된(braided) 특수 전기적 도체(110)을 적절히 지지할 정도의 두께만 필요하다. 내부 섬유 도관(conduit)(94)은 염화폴리머 중의 하나인 잘 깨지지 않는 물질이다. 본 예에 채택된 개별 도선 각각의 구조는 표피 효과(skin effect)와 브레이드된 다중 도선 도체 구성에서 발견되는 손실을 최소화하는 새로운 방법에서 유도된다. 표피 효과에 대해서는 "에너지 손실 및 HFTL" 섹션에서 설명되었다. 전도 매체를 전파하는 전자기파의 양태를 고려하면, 물질로 이동하는 실제 물리적 에너지의 그룹 속도는 전계 효과를 고려할 때 극히 작다. 이 속도는 자유 공간을 전파하는 광속의 극히 일부이다. 예를 들어, 위에 주어진 구리의 표피 효과를 설명하는 조건에 대해 이 그룹 속도는 1 MHz에서 47 m/s이고 100 Mhz에서 470 m/s이다. 환상 도체의 공간 및 형상은 환상 도체의 품질을 손상하지 않고 섬유의 요구 조건을 충족시킬 수 있도록 선택될 수 있다. 시간이 경과하면서, 광섬유는 수증기에 의한 부식(corrosion)에 의한 손상에 민감해질 수 있다. 초강력 흡수제가 중심 영역(92)내에 위치한 플라스틱이 코팅된 광섬유 주위의 공간을 채우는데 이용될 수 있다. 이들 물질은 흡수하고 약간의 수분이 잘 감싸진 다른 각각의 방수 케이블 구조로 들어가는 것을 막는다. 상기 케이블의 외부 쉬뜨(94)는 상대적으로 수분을 막을 수 있어야 한다.
도 11b는 #39 사이즈의 자성 물질 도선의 36 스트랜드(strand)(도면에 말단으로 도시됨)의 성능을 향상시키기 위하여, 도 12를 참조하여 후술하는 구리로 50% 도전 코팅된 본 발명에 따른 구조를 활용하는 환상 도체를 도시한 도면이다. 도 11b에 도시되는 36개 중의 각 도선은 스틸 인장 코아(351)를 코팅하는 구리(353)인 제1 도전층을 갖는다. 상기 도전층 다음은 후술하는 것과 같은 높은 투자율 이방성을 갖고 염화폴리머 절연물(357)로 더 코팅되는 고주파 자성 물질 매트릭스(355)이다. 환상 도체를 형성하기 위하여, 이들 도선은 2x18 위브 브레이드(weave braid)에서 짜여지고 주변 부분은 0.042 인치의 광섬유나 다른 도체를 수용하기에 적합한 OD 안이 비어 있는 쉬뜨로 채워진다. 브레이드는 명목상의 설계 임피던스 값을 유지하는 데 필요한 값에 설계 외경을 근접시키도록 탄탄히 짜여진 것이다.
도 11c에 도시된 환상 도체의 또 다른 형태는 씌워진 광섬유를 더 잘 보호할 수 있는 견고한 금속 튜브(102)에 의하여 본질적으로 방수된다. 도 11c에서, 섬유를 위한 중심 영역(96)이 보인다. 이 영역을 둘러싼 벽은 플렉싱(flexing)과 가해지는 자기장 력(magnetic filed strength)을 지지하기에 충분히 두꺼워야한다. 이 영역의 주변은 층(98)인데, 튜브형 자성 물질로 형성되며, 이 층은 광섬유를 위한 환상 지지용 쉬뜨를 제공한다. 최종적으로, 코팅(102)이 층(98)에 가해진다. 코팅(102)은 도 11d에 도시되듯이 3층일 수 있다. 제1 코팅(104)은 도전층으로 형성된다. 본 예에서, 제1 코팅(104)은 28 micron 두께의 구리이다. 제2층(106)은 자성 매트릭스로 설치되며, 이방성 μ및 ε을 가진다. 본 예에서, 제2층(106)은 10 내지 20 micron의 두께이다. 제3층(108)은 유전 코팅으로 형성될 수 있는데, 본 예에서는 4 내지 8 micron의 두께를 가진다. 이들 층의 간략한 설명이 도 11d에 나타난다.
[환상 도체]
본 개시의 환상 도체는 본 발명에 따른 이들 4개의 도체가 수행하는 몇 가지 기능을 충족하는 요소와 구조를 가진다. 상세한 표준에 따라 환상 도체를 선택할 수 있다. 적절한 환상 도체는 다음 6가지 기능 중 적어도 일부를 수행할 수 있다.
1. 수용 가능한 고주파 분산을 갖는 2개의 신호 경로를 반송한다.
2. 인-라인(in-line) 재생기, UID 주변기 및 관련 장치에 대한 전력을 반송하고, 선택적으로 POTS 신호의 흐름을 허용한다.
3. 각 쌍의 광대역 특성 전파 임피던스의 정밀성과 평형을 유지한다.
4. 특히 고주파에서 신호 손실을 관리 가능한 수준으로 유지한다.
5. 본 응용 및 향후의 응용을 위해 광섬유용 보호 도관으로서 기능한다.
6. 쿼드 조립체를 위한 추가의 강도 및 안정도를 제공하여 낮은 XTLK 및 높은 EMIR에 대한 기하를 유지하는 것을 지원한다.
도 12는 도 11b를 참조하여 전술한 그런 정류의 개별 도선의 단면도이다. 이에 대한 설계는 도전성 매체 내부 및 표면의 전파 효과의 기지의 특성을 활용할 수 있는 몇 개의 중요한 방법에 있어서 종래 기술과 다르다. 본 발명의 이들 면은 아래의 2가지를 변경하여 신호 반송 요소의 성능 향상 및 원하지 않는 외부 전자기 에너지를 거부하는 보조기를 개선하는 목적을 갖는다.
a) 개별 도체의 표피 효과 특성.
b) 어떤 도체의 인접한 도체와 상호 작용하는 근접 효과(proximity effect)의 실질적 변경.
도체 구조물로의 전자기 신호 에너지의 전파의 변경은 도체의 길이 방향을 따르는 전파를 강화하고 도체 요소로의 침투를 증강하는 비대칭 방식으로 얻을 수 있다.
이들 도체는 다음의 주된 면을 가진다.
1. 상기 도체는 축방향으로 자화될 때 많은 잔류 자기를 가지는 물질들 중에서 선택되는 매우 높은 강도의 강자성 물질의 코어 도선(351)을 채택한다.
2. 상기 도선 코어에 가해지는 높은 도전성의 금속 코팅(353). 도 12에 도시된 경우에, 구리가 코팅된 완성된 도선용 DC 저항은 완전히 구리로 된 동일 직경의 도체의 경우의 콘덕턴스의 50%이다. 도전성 물질로서 이용되는 구리를 채택하여 강자성 물질 위의 매우 얇은 구리층이 요구된다.
3. 상기 도전층은 특수 고주파 자성 물질(355)의 얇은 코팅으로 더 씌워지는데, 상기 물질은 아래의 기타 특성을 나타내는 적당한 투자율을 갖는다. 상기 코팅 물질(355)은 씌워진 도선에 위치할 때 투자율(μr) 및 유전율(εr)이 바이어싱(biasing) 자장의 실제 값의 방향과 크기에 의해 실질적으로 변경될 수 있도록 형성하는 방법 및 물질 중에서 선택된다. 도선이 자화되면 공간적 이방성이 투자율 및 유전율을 도출한다. 주어진 응용 및 관심 주파수 범위 내에서, 자성 물질은 상기 영역에 걸친 주파수에서의 투자율의 적당한 변화와 에너지 소산 손실의 목적되는 제한양을 갖도록 더 선택된다.
4. 자성 코팅(355)은 상기 파라미터(μr,εr)에 있어서의 목적되고 실질적인 공간적 이방성을 생성하도록, 복합 도선의 제조 중에 자장에 의해 실질적으로 영구히 방향이 결정되고 어레이되는 유전율 및 튜자율을 허용하도록 선택된 매트릭스 결합제(binder)로 혼합한 매우 미세한 입자 물질(예컨대, 고른 나노-상태)의 혼합물일 수 있다. 이것은 축 방향과는 다른 도체 주변 영역의 자기 투자율을 제공하고, 이와 같이 주변 및 축상의 유전율 내의 이방성에 관련된다. 이것은 자성 물질과 준유동 상태(quasi-fluid) 또는 반고형(semisolid form) 상태의 결합제의 혼합물을 가지고 달성될 수 있는데, 상기 결합제는 상기 목적을 달성하기 위해 적절한 비율의 인가 자장의 영향을 받는 상태에서의 제조 공정 중에 고형화되는 것이다.
자성 물질은 Philips Ferroxcube 타입 4 니켈 아연 재료와 같은 고주파 페라이트로서 크러쉬되고 태워지고 그 다음 미세하게 갈려, 중량의 98%의 입자가 5micorn 이내인 것일 수 있다.
바이어싱 자장이 인가되어 장의 극성이 도선의 길이를 따라 계속적으로 현재하는 이방성을 초래하는 방식으로 반전되는 반면, 강자성 물질의 도선 코아의 잔존하는 자화 및 강자성 물질의 도선 코어와 자성 분자의 관련된 극성이 도선의 길이를 따라 공간적 주기성을 갖고 반전되게 한다. 공간 주기성은 강자성 물질 도선 코어 내의 감자 효과와 관련하고, 케이블 시스템 내에서 전송되는 고주파 스펙트럼의 파장과 상기 스펙트럼에 대해 요구되는 전파 특성에 관련하여 선택된다.
이 이방성 시스템의 스펙트럼 및 기능은 종래 기술과 근본적으로 다르다. 선의 인덕턴스를 증대시키기 위한 과거의 노력으로서 단지 신호를 도체 선에 "로드(load)"하는 데 이용되는 자성 물질에 대해서는 많은 예가 있다. 약간의 미국 특허의 예는 다음과 같다. 즉, Elmen의 미국 특허 제1,586,887호, "Inductively Loading Signaling Conductors"; Fondiller의 미국 특허 제1,672,979호, "Loaded Conductor"; Prache의 미국 특허 제2,669,603호, "Transmission Line With Magnetic Loading"; Raisbeck의 미국 특허 제2,787,656호; Josse의 미국 특허 제4,079,192호, "Conductor For Reducing Leakage At High Frequencies"이다. 다른 분류로서 Barlow의 미국 특허 제3,668,446호, "Hybrid Mode Electric Transmission Line Using Accentuated Asymmetrical Dual Surface Waves"; Lorber 등의 미국 특허 제4,017,344호, "Magnetically Enhanced Coaxial Cable With Improved Time Delay Characteristics"; Broomall 등의 미국 특허 제5,574,260호, "Composite Conductor Having Improved High Frequency Signal Transmission Characteristics"가 있다. 엘만(Elman) 및 프라쉐(Prache)는 선에서의 합쳐진 인덕터 효과와 등가인 유도성 로딩의 예이다. 프라쉐는 로드된 케이블의 임피던스 상의 자성 물질의 유전 효과의 분석법을 처음 개발한 사람 중의 하나이다. 1957년 4월 2일 자의 라이즈벡(Raisbeck)의 미국 특허 제2,786,656호는 상기 분석을 프라쉐가 무시한 유전 손실을 포함한 모든 손실을 편입시켜 상기 분석을 완성하였다. 라이즈벡의 분석법은 1958년 5월에 발행된 그의 벨 시스템 기술 논문(361-374 페이지)(Bell System Technical Journal article)에 더 개시되어 있다. 위의 연구자들은 주어진 크기(주로 동축 타입의 선)에 대한 전송 손실을 최소화하라고 강조한다. 그들은 표피 효과나 근접 효과를 직접적으로 변경하려고 하지는 않았다.
초기의, 1928년 6월 12일자 폰딜러(Fondiller)의 미국 특허 제1,672,979호는 도선으로 "강한 직류 전류"를 흘림으로써 자화시키는 사출 방법으로 자성 물질을 도선에 코팅하는 것을 개시하였다. 기술된 코팅 물질은 결합제 내의 철 가루(iron powder)이다. 상기 특허는 직류 전류의 자화는 코팅의 투자율을 높이고, 그에 따라 단위 길이당 인덕턴스를 증가시켜서, 전송선의 임피던스 수준을 높임으로써 손실을 줄이는 확립된 접근법을 따른다고 설명한다.
조세(Josse)는 주로 인접한 도선의 와류(eddy current)에 의한 손실을 감소시킬 목적으로 도선에 자성 물질을 코팅하고, 이 원칙을 릿쯔(Litz)의 도선 응용에 적용하였다. 그는 초전도 케이블에 대한 공정 및 매우 고전류 전압선 주파수 응용에도 적용하였는데, 이에 있어서 초점은 와류 효과인 것으로 보인다.
전술한 특허 중 뒷 부분의 3개 특허(Barlow, Lorber 등, Broomall 등)는 상이하다. 모두 다 종래의 전송선 및 도체 이론에 의해 즉각적으로 설명되지 않는 실험 결과를 기술하고 있다. 이들은 모두 종래의 양태와는 다른 실험 데이터를 인용한다. 바로우(Barlow)만이 파의 전파에 영향을 미치는 표면파 특성의 이론을 개발하였다. 로버(Lorber)는 그의 구조에 있어서 일반적이지 않게 낮은 시간 지연을 관측하였지만, 이를 설명하기 위해 케이블의 분로(shunt) 커패시턴스와 직렬인 유효 인덕턴스의 상승을 제안하였다. 그의 개시의 다른 부분에서, 관측된 양태에 기여하는 "도파(wave guide)" 효과가 제안되었다. 또한, 로버는 켈러와 코렌(Kehler & Coren)의 1970년 5월 1일자 논문(Kehler 등의 Susceptibility & Ripple Studies in Cylindrical Films, Journal of Applied Physics, vol.41, no.3, 1346 페이지, 1347 페이지를 보라)를 인용하였고, 상기 논문은 동축 구조물에서의 중심 도체로서 채택한 얇게 자기적으로 코팅된 도선의 짧은 부분의 110 MHz에서의 종래와는 다른 전파 효과의 증거를 제시한다.
브루말(Broomall) 등은 순전히 표피 효과 양태의 형태로 이례적인 전파 효과에 대한 자신들의 이론을 개발하였다. 그들의 구조는 로버와 다른데, 비록 그들도 중간층에 자성 물질의 위치하는 3층 구조를 제안 했지만, 그들의 기본 구조에 자성 기판을 채택하였다. 그들이 제시하는 예는 손실 및 지연 양태의 점진적 개선만을 보여주며 전파가 지배적인 과정에 대한 제안이 없다. 그들의 교시에는 다른 물질과 다른 치수에서 어떻게 그들의 방법을 최적화하는가에 대한 것이 분명치 않다.
따라서, 바로우는 파의 전파 과정에 대한 직접적 효과를 분명히 제시하는 이들 예의 하나로서만 남는다. 처음에 설명한 바대로, 표피 효과는 이들 2 개의 특허가 모두 채택하는 수단의 부류의 높은 도전성 및/또는 투자성 매체 내의 전파 효과로서 더욱 효과적으로 취급될 수 있다. 바로우는 그의 설명에서 분석적인 수학적 처리가 결핍되었다는 것을 인정한다. 그는 그가 non-TEM 모드라고 부르는 새로운 전파 모드의 시연할 일군의 실험에 관계한다. 그는 새로운 모드를 개발하기 위하여 유전층을 채택하고 1 MHz 내지 10 GHz의 주파수 범위를 감당하는 넓은 범위의 두께를 제시한다. 그의 논문과 특허의 곡선 도표(curve)는 부가된 얇은 유전층의 기능으로서의 감쇄의 현저한 변화를 나타낸다.
상기 3개의 특허는 모두 에너지 전파을 변경하는 에너지-트래핑(trapping) 양태에 대해 가장 잘 이해하고 있다.
인용된 상기 종래 기술은 어느 것도 본 발명이 설명하는 전파 효과를 설명하지 못하고 유전율과 투자율의 접합 이방성(joint anistropy)의 전개 및 영향을 교시하지 못한다. 전술한 페라이트 형태의 물질은 적당한 값(1 Tesla 미만)의 자장의 영향하에서, 그들의 전자기적 특성(유전성 및 자성)이 자장의 세기와 방향과 관련하여 현저하게 변경되는 것과 같은 미세 구조(microstructural) 특성을 갖는 가능한 물질의 일 예이다. 다른 결정체, 반결정체(semicrystalline) 또는 심지어 비결정(armophous) 물질이 필적하는 이방성을 생성하는 내부의 질서 있는 특성을 나타낸다. 본 발명은 부분적으로 비일반적인 이들 특성의 공간 분산으로부터 결과되는 전파 특성의 강화를 달성하는 그러한 효과를 이용한다.
5. 합성 도선(composite wire)은 절연성의 외부층(357)으로 더 코팅될 수 있다. 그 다음 절연 구성(insulation construction)은 도 11a에 도시된 지지 코어에 구성된 짜여지거나 나선형으로 씌워진 환상 도체로의 구성 합성 도선의 분리를 완료한다.
[환산 도체의 대체 실시예]
도 11c는 쿼드 케이블에 이용될 수 있는 환상 도체의 또 다른 무제한의 실시예를 도시하고 있다. 도 11d를 참조하면서, 이 속이 빈 환상 도체는 자성 물질(98)의 하나의 튜브로서 형성되고, 도전성(금속성) 층(104)으로 코팅되고, 그 다음 얇은 자성 매트릭스 층(106)이 뒤따르고, 매우 얇은 절연층(108)으로 다시 코팅될 수 있다. 이 구조는 전술한 개별 도선의 층 구조와 유사하다. 많은 응용에 있어서, 이 단일의 튜브형 자성 코어 형태는 이점이 있다. 예를 들어, 이것은 4개의 환상 도체의 각각이 케이블 전체가 완전히 방수될 필요 없이 방수 튜브내에 광섬유를 둘러싸고 있는 것을 가능하게 한다. 그러한 튜브는 또한 광섬유 및 초흡수 보호제가 들어갈 수 있는 중심의 빈 공간의 직경을 증가시키는 것에도 기여한다. 자화 투브의 잔류 자기, 도전층의 스케일링(scalling) 및 매트릭스 층의 이방성 특성을 조정하여 전술한 짜여진 도선 형태에 비해 실질적으로 동일하고 잠재적으로 더 나은 성능을 내는 효과적인 낮은 손실 및 균일한 전파 양태를 얻을 수 있다. 이것은 케이블 구성을 단순화하고 비용을 절감하며 가볍고 어느 정도 작은 케이블을 산출한다. 이 예시 케이블의 인장력 부재는 바로 후술하는 외부 자켓 덮개로 편입되는 부식 저항성이 있는 고강도의 브레이드일 수 있다. 외부 덮개층(covering layer)은 전술한 EMI 대칭기 및 저항성 공간 임피던스 모양을 갖는 외부 임피던스-정합 하우징 층을 채택해야 한다.
이들 환상 도체는 적어도 다음의 고유하고 새로운 특성을 가지며, 그들은 발명자가 아는 종래 기술과는 많은 근본적인 면에서 다르다.
종래 기술의 자기적으로 "로드"된 구조물 및 시스템은 일반적으로 단순히 에너지를 인가(launch)하고 반송하는데 이용되는 도체 시스템의 손실 양태와 관련한 전자기 에너지가 전파하는 전송선의 임피던스 수준을 올리는 데만 초점을 맞춘다. 이 전략에서는, 그러한 도체가 손실하는 저항의 크기는 전송 시스템의 임피던스의 점점 적은 부분이 되고, 따라서 상기 이유로 손실되는 에너지 부분이 감소한다. 이들 노력은 전파 특성에 물질적으로 영향을 미치거나 특히 고주파에서의 도체의 교류 저항을 지배하는 표피 효과 저항을 감소시키지 않는다. 이들 접근법은 그들이 그러한 손실의 감소의 대가로 지불하는 가능 대역폭의 감소라는 단점을 가진다. 전술한 와류 및 근접 효과를 다루는 몇 개의 예외가 있다. 그러한 기술의 대부분은 협대역 전력 전송 응용이나 광대역 신호 에너지 전송에 사용할 수 없거나 부적합한 고정 주파수 전략에 관한 것이다(Lapsley의 미국 특허 제3,160,702호 및 Bader의 미국 특허 제3,594,492호를 보라).
반면, 본 발명은 도체의 표피 효과를 변경하고 전송선을 따라 에너지의 전파 방식을 변경한다. 그러한 접근법은 개선을 위해 구조물의 임피던스를 올리거나 대역폭을 조정할 필요가 없다.
도체 구성의 좋은 선택은 어떠한 주어진 응용에 적당한 전송 에너지 손실을 유지하는 데 기여하는 다른 객체(objective)를 필요로 한다. 그러한 선택의 균형은 신호 대 잡음비를 많이 가중하는 개선된 쿼드 구조의 시스템 객체에 의해 확대되어 XTLK 및 EMIR 양태의 높은 성능을 강화한다. 이들 양상은 함께 래스트 마일(last mile) 케이블 시스템의 요구를 충족하는 네트워크 성능을 가능하게 한다.
[솔리톤 전파(Solition Propagation)]
어떤 조건 하에서, 해당 케이블 내의 전파는 솔리톤 전파 특성과 관련된 유형의 매우 낮은 에너지 분산 특성을 나타내는데, 솔리톤 전파 특성은 스코틀랜드의 운하에서 예인된 바지선(towed barge)에 의해 생성된 멀리 이동하는 의미있는 종류의 수중파로서 19세기 중반(1834년)에 러셀(J.S. Russell)에 의해 처음 발견되었다. 러셀 이후에, 코르테베크 및 디브리스(Korteweg & deVries)가 그 현상에 대한 수학적으로 탐구하여 이를 설명하는 중요한 공식을 만들었다(1895년). 페르미(Fermi) 등은 1955년에 그러한 파 시스템을 수학적으로 탐구하였고 자브스키 및 크러스칼(Zabusky & Kruskal)이 더 심도있는 분석을 하고 이들 파 현상의 응집하는 집단적 특성(group-like property)을 설명하기 위해 "솔리톤"이라는 용어를 만들어냈다. 이 주제에 대해서 그로부터 30년 이상 대부분의 수학적이고 실용적 작업이 진행되어 왔다. 솔리톤 전파는 그들의 광학적 양식(modality)에서 얻어지는 바람직한 개선과 함께 광섬유 시스템에 적용되었다. 오늘날 사용되는 광섬유는 솔리톤 기술을 채택한다.
본 발명에 따르는 전자기 전파 조건의 새로운 이방적 특성은 매우 낮은 분산을 갖고 이에 따라 매우 좋은 고속의 파형 견고성을 갖는 솔리톤 유사 모드에서 에너지를 런칭(launching)하고 수신하는 데 공간 전파의 비선형성(즉, 상대적으로 돌발적이고 또한 공간적으로 주기적으로 변하는 μ및 ε)을 이용하는 것을 가능하게 한다. 매우 긴 거리에 걸쳐 공간과 시간에 대해 에너지를 유지하며 신호 에너지를 반송하는 솔리톤의 그룹 속도의 특성에 기인하여 솔리톤 전파는 낮은 에너지 손실, 오랜 수명 및 더 큰 효율적인 신호 대역의 이점을 제공한다.
이를 달성하기 위한 신호원 및 로드 결합 수단(load coupling means)은 어느 정도 복잡하고 비용이 들지만 필요하다면 정당화될 수 있는 것들이다. 본 발명자는 실질적으로 모든 전자기 에너지 전송 모드에 대한 부광학 파장(sub-optical wavelength)에서의 전자기파의 솔리톤 전파에 대한 그러한 방법을 채택하는 종래의 기술을 찾지 못했다. 전술한 3개의 특허(바로우, 로버 및 브루말)는 모두 종래의 전파와는 다른 것을 제안하였지만 이것을 최적화할 수 있는 것에 대하여 설명하거나 교시하지 못했다. 전술한 이방성 어레이를 의도하고 있는 본 발명의 실시예는 신호 전송의 저손실 모드에 부가하여 디지탈 신호의 고속 요소의 낮은 분산을 보이는 것을 지원한다. 특수 환상 도체 구조에 대해 이전의 섹션에서 기술한 기타의 이방성 파 전파 효과는 자장의 선택에 따라 달라질 수 있고, 임의의 주어진 신호에 대한 최적화가 관찰된다.
[포지셔너 제조 예]
쿼드 케이블에서 요구되는 대칭에서의 정밀도에서 포지셔너가 예상되는(또는 통상적인) 주변 조건의 변화에도 불구하고 실질적으로 불변의 전자기 기능을 유지하는 것이 좋다. 통상적인 열가소성 사출 형상은 형성 후의, 특히 실외에서 사용될 때의 노화에 따른 형상과 크기의 변화를 야기하는 큰 내부 스트레스를 포함한다. 상기 문제를 실질적으로 극복하기 위하여, 본 발명자는 형성 공정 중에 그러한 스트레스의 생성을 감소시키는 기술을 개발하였다.
열가소성 용해물(melt)의 진동, 몰드 벽(mold wall) 및 사출기가 유동율(flow rate)을 향상시키고 완성품의 품질을 증진할 수 있도록 채택될 수 있다. 진동 주파수는 0.7 에서 20,000 Hz의 범위이며, 다양한 열가소성 생산품의 생산에 있어서의 다양한 목적을 달성하기 위하여 종래 기술에서 이용되어 왔다.
본 발명자는 열가소성 물질을 처리하는 새로운 기술을 도입한다. 본 발명자는 사출 공정 중의 반복적이고 빈번한 돌발적 압력 감소 및 압력의 복원이 유동을 현저하게 더 완만하게 하고 결과되는 사출 형상(extrudate form)의 내부 압력을 완화시킨다는 것을 발견하였다. 도 9b 및 도 10b에 도시된 이 고-저-고 압력 순환 단열하기에 충분히 급속한 것이다.
효과에 있어서, 상기 순환은 반-불림(anti-forging) 공정의 한 종류인데, 이를 통하여 유도된 확장파(expansion wave)가 걸리고 잠긴(sangged and interlocked) 폴리머 사슬을 푼다. 본 발명의 하나의 핵심 양상은 최종 형성 중의 실질적인 대기압까지로의 압력의 완화이며, 유리 전이(glass transition) 온도의 바로 위 온도에서부터 본질적인 고형화 상태(solidated state)로까지의 냉각 중에 상기 낮은 온도를 유지하는 것이다. 매 순간 기반의 적은 물질 및 공정 변화성에 기인하여 포지셔너의 모든 세그먼트(segment)는 주조물(molding material)의 공통 유동을 이용하여 동시에 형성될 수 있다.
유리 전이 온도가 충분히 낮아 600℉ 이하의 용융 온도에서 충분한 가소성을 제공할 수 있는 열가소성 물질에 대해 예시 A에 도시된 처리가 좋다. 실제적으로 완전히 용해하지 않고 소결 처리에 요구되는 정도만 하는 폴리플루오르에틸렌(PFTE)과 같은 다른 열가소성 재료에 대해서는 예시 B의 실시예가 더 적합하다. 이들 예시는 아래에 설명되며 도 9 및 도 10에 도시되어 있다.
[예시 A]
본 공정의 주요 인자는 용해 형성 및 사출 공정 중의 압력의 신속하고 빈번한 진동(pulsating)적 완화이다. 이들 열가소성 폴리머는 변화하는 분자량 및 변화하는 폴리머 사슬 길이(chain length)를 갖는 분자 형상을 가지는데, 폴리머 사슬 길이는 통상적인 연속적인 고압의 형성 방법으로부터의 결부된(locked-in) 스트레스를 생성하는 비-뉴튼적 유동 특성을 이끄는 사슬의 잠김(interlocking)을 이끈다.
도 9a는 사출기 몸체(extruder body)(203)에 연결된 사출 다이 헤드(extrusion die head)(201)을 도시한다. 사출 스크루(screw)(205)는 사출기 몸체(203) 내부에 위치한다. 하나 이상의 피스톤(209)을 구비한 유압 피스톤 조립체(207)가 사용되어 체적 변화를 조정하여 압력을 조정한다. 압력을 낮추기 위한 체적 변화량은 실질적으로 작을 수 있다. 따라서, 사출 형상 다이의 바로 앞에 있는 최종 혼합 챔버(final mix chamber) 주변의 적은 유압 피스톤은 단지 매우 짧은 스트로크(stroke)만을 필요로 하는데, 이것은 스크루 가소제(plasticizer) 또는 주 압력 피스톤의 이동에 따르는 것보다 적은 내부 관성에 의해 생성되는 급격한 압력 변화를 허용하기에 충분한 것이다. 본 발명자는 사출 다이가 최종의 형성 구경(form aperture)에 도달함에 있어서 거친 혼합(turbulent mixing)을 피할 수 있게 보어(bore)를 따라 적은 경사(taper)를 가져야 한다.
이 공정에서, 적절한 압력은 0psi 내지 약 2000psi의 범위이고 이 압력은 1ms 내지 10ms 단위로 순환할 것이다. 이 순환 압력은 이것이 냉각되는 동안, 예컨대 -50℃ 내지 +50℃의 유리 전이 온도로 냉각되는 동안 고온 사출(hot extrusion)에 작용한다.
진동 사출 단계가 배쓰(bath)(211)에서의 제어된 느린 저온 어닐링(cool annealing) 다음에 오는데, 저온 어닐링의 목적은 스트레스를 유도할 수 있는 사출시 형성되는 현저한 냉각 구배를 막는 것이다. 상기 저온 어닐링 흐름도가 도 9c에 도시되어 있다. 도 9c는 사출 직후의 사출물(extrudate)(약 100℃ 내지 300℃의) 처리 배스의 개략적 구성을 나타낸다. 단계(213)에서, 고온 사출물은 다이 헤드에서 나타난다. 단계(215)에서, 고온 사출물이 사출 온도 보다 20℃ 내지 50℃ 낮은 온도의 제1 배쓰에 노출된다. 다음 단계(217)에서, 고온 사출물이 약간 냉각되어 단계(215)보다 20 내지 50℃ 낮은 제2 배쓰에 노출된다. 최종적으로, 단계(221)에서, 사출물이 약 145 내지 150℉로 유지되는 세척 배쓰(clean bath)에 노출된다. 세척 배쓰 다음에 따뜻한 린스(rinse)(단계 223)가 투입되어 사출물을 세척하고 그 다음 따뜻하게 건조된다. 각 단계의 시간은 어닐링의 다음 단계로 진입하기 전에 사출물 전반에 동일한 온도가 될 정도로 설정된다. 각 단계의 시간은 사출물의 단면 형상및 크기에 따라 변할 것이다.
진동하는 압력 완화의 본 방법 생산 결과를 고찰하면, 완전히 냉각되고 숙성된(aged) 표본의 사출된 길이는 균일하게 가열된 배쓰 내에 출현하여 어떤 변형(deformation)이 관찰되는지를 결정할 수 있다. 사출된 물질이 예시 A에 설명된 공정에 의하거나 의하지 않는 경우를 비교하면, 그 차이가 상기 기술에 의해 처리되지 않은 경우 많은 부분적 변형이 뚜렷이 보인다. 처리된 부분은 형상이나 크기에 변화가 극히 적거나 없다. 관찰된 개선은 펄스(pulse)의 간략한 저압부 동안 풀어지고(uncoil) 완화(relax)되는, 잠기고(interlocked) 스트레스된 분자 사슬의 결과로 보여진다. 사출의 최종 형성 단계는 유동 특성이 현저하게 개선된 낮은 압력 조건에서 수행될 수 있다. 고형화(solidification) 단계는 통상적으로 1 bar 근처의 다이 형상과의 접촉을 제공하는 정도의 낮은 압력이 되야 한다.
펄스된 완화 처리는 사출물의 유동성(fluidity)를 증진시킨다. 이용된 경사는 생산된 것의 단면의 형상 및 크기에 따른다. 2 내지 15도의 경사는 상대적으로 적은 형상과 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 고분자량의 폴리에틸렌 및 어떤 코폴리머 혼합물과 같은 물질에 최적의 범위이다. 경사를 제어하는 하나의 중요한 파라미터는 단열 온도 상승(adiabatic temperature rise)을 따라 사출을 방출하는 압력의 증가를 이끄는 부분 체적(sectional volume)의 감소율이다. 필요한 경사량은 용해 특성(점성 및 비-뉴튼적 양태)에 따라 변화할 것이다. 각의 선택은 부분 체적에 직접적으로 관련되며, 이상적인 경우에는, 복합 형상의 부분 두께(sectional thickness)에 따라 변할 것이다. 다양한 용해 양태에 대해서, 효과적인 체적 감소는 1 내지 7%이다.
사출물의 초기 배출(initial exit)은 제1 어닐 배쓰로 진입하기 전에 매우 짧은 공기 냉각부를 가진다. 상기 제1 배쓰의 온도 선택은 형상, 부분 두께 및 체적 측면의 방출 속도에 관한 최소의 스트레스로 특정 물질을 안정화하는 실험에 의해 선택된다. 다이 형상을 나오는 중의 압력 강하에 따른 어떠한 단열 냉각이 있다는 것을 고려하면, 이것은 사출물 방출 온도보다 20℉ 내지 100℉ 낮은 온도일 것이다. 본 발명자는 3단계에 걸친 연속적인 배쓰의 온도 강하가 스트레스를 경감하고 대부분의 형상을 안정화하는 데 충분하다는 것을 발견하였다. 각 배쓰에 잠기는 사출물의 길이 및 이에 따른 시간은 배쓰로부터 나올 때의 사출물의 온도의 안정도에 따라 결정된다. 최종 어닐 배쓰 후의 세척 배쓰는 어닐 배쓰 물질의 잔류물을 제거한다. 더 높은 온도의 열가소성 물질에 대하여, 초기 배쓰는 동작 온도에 적합한 약산성 정제 광물유(low acid purified mineral oils) 중의 하나일 수 있다.세척 배쓰는 그러한 잔류물과 심한 표면 오염을 제거한다.
[예시 B]
1 MHz 내지 1GHz 범위에서 낮은 유전 상수 및 매우 낮은 손실 특성을 갖는 플루오르폴리머는 더 곤란한 형성 특성을 가진다. 이들 물질은 예시 A에 논의된 열가소성 물질처럼 완전히 용해되지 않는다. 입자 형태로 시작하는 플루오르폴리머 물질은 분말 야금학(powder metallugy)과 어느 정도 밀접한 방식으로 처리된다. 이것은 압축하여, 아마도 결합제(binder)도 이용하여, "그린(green)" 형태로서 형상화하고, 그 다음 소결(sinter)되어 최종의 고형 형상이 된다. 본 발명자는 상기 그린 형태를 형성하는 가압 도중에, 유사한 진동형 압력 완화가 균일성 및 사후 형성(post-forming)의 소결 공정의 결과에 이점이 있다는 것을 발견하였다. 도 10a, 도 10b 및 도 10c는 상기 물질 및 형상에 적용되는 방법을 설명한다. 예를 들어, PTFE를 완전히 소결하고 경화(curing)한 후에, 비활성 기체 상태에서 가열된 물질의 사후 형성 및 1내지 3%의 급격한 고-저-고 체적 변화를 만드는 압력 진동형 형성 다이는 최종 형상의 안정도 및 정밀도를 높인다. 이 압력 변화의 시퀀스는 상기 물질에 대한 예시 B를 구성하는 단계를 거친다.
도 10a에 리본(ribbon) 형태(253)의 소결된 물질이 연속적으로 공급되는 비활성 기체 챔버(251)가 도시되어 있다. 리본 가열 챔버(255)와 가열 리본(253)는 비활성 기체 챔버(251) 내에 도시되어 있다. 경사진 형성 다이 세트(257)가 리본(253)을 받아들인다. 진동하는 압력 피스톤(259)이 어닐링 압력파를 가열된 소결 리본(253)에 가하며, 이에 따라 내부 스트레스를 감소시키고 형상 안정성을 높인다. 진동 압력 피스톤(259)은 도 10b에 도시된 것과 유사한 패턴의 진동을 채택할 수 있다. 압력율은 다이 스톱(die stop)에 의해 설정된다.
도 10c에 이들 단계에 대한 흐름도가 도시되었다. 특히, 단계(261)는 비활성 기체 챔버(251)로 투입되기 전의 고온 압축된 FTPE 리본을 나타낸다. 단계(263)는 낮은 압력의 소결 챔버로의 리본의 진입을 나타낸다. 단계(265)는 고온 소결된 리번을 도 10a에 도시된 비활성 기체 진동 다이 세트로 공급하는 것을 나타낸다. 단계(267)는 고온 리본이 낮은 압력의 냉각 챔버로 전달되는 최종 단계를 나타낸다.
[나선형 꼬임(Helical Twist)]
본 발명에 따른 쿼드 케이블의 최종 형성 단계는 포지셔너에 적절히 꼬는(twist) 것이다. 요구되는 나선형 꼬임은 도체 없이 중심 포지셔너만을 조립하는 공정에 의해 생성되고, 그 다음 가열 단계가 가해지는데, 유리 전이 온도(Tg) 이하의 온도에서 유지되는 형성 다이 시스템에 의해 요구되는 나선형 꼬임이 조립체에 가해진다. 냉각된 조립체는 도체가 그들의 노치(notch)에 장착되는 다음 단계에 후속적으로 부분적으로 개방된다. 다음에, 조립체는 후속 단계로 진입할 때 밀착되어 내부 차폐(도는 거울) 물질이 케이블 사전 형성물에 조립된다. 이 조립체는 차폐부, 인장 부재 및 외부 자켓으로 최종적으로 씌워질 준비가 된다.
사출 공정 다음에, 포지셔너가 장착될 수 있다. 포지셔너에 적절한 열가소성 물질은 그 저항율이 105내지 1018ohm-sec이고, 유전 상수가 1.05 내지 4.0이고 낮은 유전 손실이 일반적으로 GHz보다 큰 목적 주파수 범위에 걸쳐 0.1 보다 낮은 손실의 탄젠트를 갖는 것이다.
포지셔너용 물질이 가져야 할 다른 물질 특성은 노화 특성 및 다음의 기후 특성인데, 즉 -50℃ 내지 +50℃의 온도 범위, 0 내지 100%의 습도 범위, 1% 이내의 전자기적 기능 변화를 갖는 것이다. 포지셔너로 채택 가능한 가소성 물질의 굴곡 모듈리(flexural modulii)는 최소 0.07E+9 Pascal(0.01E+6 psi, 통상적으로 소프트한 폴리에틸렌 및 PTFE)에서 최대 6.89E+9 Pascal(1.00E+6 psi, 통상적으로 PAEK)이다. 이들 유형의 물질은 다양하게 주조될 수 있고 "소결"될 필요가 있어 유형의 범위에 이른다. 유리가 채워진 폴리프로필렌도 역시 후보 물질이다. 이들 물질의 다양한 혼합물도 역시 이용될 수 있다.
[양호한 평형을 위한 구동 및 종단]
본 개시가 하고자 하는 네트워크 동작을 위해서는 관심있는 3개의 주파수 영역이 있다. 즉, 1) 전력에 대한 직류 또는 저주파 범위 또는 20 Hz 부근의 POTS 신호 전압(ringing voltage)과 같은 매우 낮은 주파수의 신호; 2) 약 375 Hz 에서 3400 Hz 까지의 저주파 또는 음성 주파수 범위; 3) 1 GHz에 달하는 디지털 데이터용 광대역 고주파 범위이다.
계획된 구동 수단 및 종단 수단은 상기 3개의 범위를 효과적으로 분리하여 여하한 상호 작용을 단절시킬 수 있다. 가장 바람직한 세계적 표준으로 보이는 디지털 데이터 형식(format)의 유형은 세계적으로 가장 넓게 광섬유 통신에 적용되어 현재의 표준으로 쓰이는 SONET 또는 SDH 형식이다. 기본 형식, 즉 "타임 박스-카(time box-car)"인 시분할 멀티플렉싱 체계는 125 micro-seconds의 기간, 즉, 매 1/8000 초를 한 그룹에 설정한다. 이들 두 형식의 타임 슬롯의 구조가 도 15에 도시되어 있다. 이들 프레임(frame)의 조직은 810개의 타임 슬롯 또는 9개의 행과 90개의 열로 구성된 행렬(283)로 도시된 "피전 홀(pigeon hole)"로 표현된다. 각 슬롯(281)은 하나의 8비트 워드 또는 바이트를 수용한다. 바이트는 행 단위로 각 행마다 125㎲ 프레임으로 1에서 시작하여 810에서 끝난다. 따라서, 초당 8000번인 프레임 당 6480 비트가 있으므로 기본 비트율은 51.84 Mbps이다. 이것은 단지 기본 또는 최소 비트율 또는 전기적 형태의 STS-1 형식이다. 광학 신호, 즉 광섬유 경로를 생성하기 위해 이용되는 경우는, 이 형식은 OC-1 광학 캐리어(optical carrier)로 부른다. SONET 및 SDH 표준은 B3ZS로 알려진 8비트 부호화 체계의 이용을 포함하는데, 상기 B3ZS는 원래의 소스 데이터를 복호 또는 복원하는 것을 허용하는 방식으로 디지털 워드를 변경하여 1 또는 0의 확장 질주(extended run)를 방지한다. 이 체계는 현저하게 낮은 주파수 에너지가 디지털 신호의 정확한 복원을 방해하는 신호의 기본선(base line)으로 이동하는 것을 방지하기 위해 개발되었다. 따라서, 이 형식은 51.84 MHz 신호 내의 현저하게 낮은 주파수 요소를 피한다.
기본 STS-1 프레임은 이 기본 형식에 192배의 데이터를 위치하는 추가의 시분할을 위해 이용된다. 즉, 각 125㎲ 프레임은 각각 810개의 셀을 한 워드당 8비트인 192개의 워드로 부분할(subdivide)한다. 이것은 비트율을 192배만큼 승산한 것이되어 현재의 최고 9.9456 GHz 비트 데이터율을 도출한다. 현재의 표준은 세계적으로 이용되는 통신 시스템에 공통적으로 기본율(base rate)의 3, 12, 24, 48, 96 및 192배를 이용한다. 본 명세서에 개시된 래스트 마일 케이블 시스템용 전기적 신호 모드는 통상적으로 STS-3(155.52 MHz) 또는 STS-12(662.08 MHz)이다. 이 경우에, 본 발명에 채택된 평형된 구동 수단 또는 종단 수단의 부분의 단지 매우 제한된 저주파 응답만을 필요로 한다.
대부분의 신호 처리 회로 토폴로지에서, 특히 집적 회로 기술에 이용되는 토폴로지는 단일 단자(single-ended) 또는 비평형 설계이다. 케이블의 EMIR 및 XTLK 성능을 유지하면서 평형된 쿼드 설계로 결합되거나 쿼드 설계로부터 나오기 위해서 그러한 비형형 단일 단자 회로에 대한 수단이 채택되어야 한다. 밸룬 장치는 상기 목적으로 종래에 사용된 변압기와 유사하다. 이 주제와 관련하여 루스로프(C.L.Ruthroff)가 고전적인 논문을 1959년 8월에 공개했다(Proceedings of IRE, 1337-1342 페이지). 그러한 설계는 공통 모드 제거(common mode rejection)(CMR) 및 몇 가지 대역폭 제한에 관하여 제한한다. 다중 구경 페라이트 코어를 이용하는 쿼시-전송선(Quasi-transmission line)장치는 밸룬을 제조하여 왔으나 이들은 광대역에 걸쳐 25 내지 30 dB보다 나은 CMR을 얻기 어렵다. 두 개의 예는 Crowhurst의 미국 특허 제5,220,297호, "Transmission Line Transformer Device"; McCorkle의 미국 특허 제5,379,006호, "Wideband(DC to GHz) Balun"이다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 채택된 구동기 및 종단 장치의 상세도이다. 새로운 구동기 및 평형 수신기 시스템에서, 종단 임피던스는 본질적으로 "델타(delta)" 구성된 저항에 의해 제어된다. 두 경우 모두에서, 이들 적은 필름 저항 어레이는 고역 통과 필터(501)에 의하여 직류와 저주파 성분을 선에서 분리하는데, 필터는 물리적으로 적은 커패시터를 각 델타 저항 어레이에 부가한 것이다.
도 13에 도시된 평형 구동기는 푸쉬-풀 신호 전류원(503, 505)를 포함하고, 케이블을 구동하고, 소스 및 종단 저항 어레이를 더해 1 또는 0 상태의 천이시의 임피던스 변화를 최소화한다. 특히, 도 13은 STS-형식의 데이터 스트림이 구동 고주파 부스트 회로(driver high frequency boost circuit)(507)로 진입하는 것을 나타낸다. 고주파 부스트 회로(507)은 손실을 보상한다. 고주파 부스트 회로(507)는 수신기 구경 부스트 회로(receiver aperture boost circuit)(509)(도 14)로 조정되어 BER 사양을 만족한다. 고주파 부스트 회로는 위상 스프리터(phase splitter)(508)로 전달된다. 위상 스프리터(508)의 출력은 180°위상차가 나는 두 개의 신호이다. 선(511)에 보이는 제1 신호는 하나의 광대역 전류원 구동기(503)로 들어간다. 선(513)에 보이는 다른 신호는 광대역 전류원 구동기(505)로 들어간다. 평형 고역 통과 필터(501)은 두 신호 모두를 수신한다. 이들은 저항 어레이(515)를 통과하여 쿼드 케이블(517)로 간다. 도 13에 직류 전원과 같은 부가의 저주파 서비스로부터의 입력을 수용하는 저역 통과 필터(519)도 도시되었다. 이들 저주파 신호는 케이블(517)로 전달되어, 예컨대 도 2의 선(55, 57)에 공급된다.
도 14에 도시된 평형선(balanced line)의 수신단은 푸시풀 캐스코드 롱테일 입력 증폭기(push-pull cascode long-tailed input amplifier)에 결합된 수동 저항 어레이(515')에서 종단된다. 이러한 스테이지(stage)에서 신호가 총 밴드폭에 대해 양호한 CMR을 갖는 시스템 또는 디지털 클럭식 비교기에 결합된다. 도 14는 상기 평형 케이블 수신 시스템을 더욱 자세하게 도시하고 있다. 케이블(517)의 수신단은 수동 저항 어레이(515')에 연결된다. 신호의 저주파 성분은 저역 통과 필터(519')를 거쳐 보조 저주파 서비스로 보내지고 DC 전력을 공급한다. 고주파 성분은 고역 통과 필터(501')를 통과한다. 이 고주파 성분은 평형 입력 증폭기(521)를 거친다. 이 평형 입력 증폭기(521)는 차동 캐스코드 롱테일 페어 구조(differential cascode long-tailed pair architecture)를 갖을 수 있다. 이 평형 입력 증폭기의 CMR은 전체 밴드폭에 있어서 40 dB보다 크다. 이 평형 입력 증폭기의 출력은 DC 재생 동기 클램프 시스템(DC restorer synchronous clamp system)(523)을 통과한다. 이 클램프 시스템의 출력은 수신기 개구 부스트 회로(receiver aperture boost circuit)(509)로 보내진다. 이 수신기 개구 부스트 회로(509)는 소위 "아이 패턴(eye-pattern)"을 BER 내역에 맞게 조정하는 데에 사용될 수 있다. 이 수신기 개구 부스트 회로(509)의 출력은 데이터 스트림이 된다.
이와 같은 송신단(driver stage)과 수신단(receiver stage)의 성능은 50 dB CMR보다 양호한 성능을 나타낸다. 충분히 집적된 설계의 경우, 이러한 성능의 레벨은 비교적 저비용에서 접근될 수 있는 것이어야 한다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에서 설명하고 있는 유형의 입력단과 출력단은 케이블 시스템용 재생기 모듈과 용이하게 결합될 수 있다.
또한, 상기 도면에는 가능한 여러가지 소스(예컨대, 정전기적 방전, 근접뢰 또는 EMP, 접속, 서비스 과도)로부터의 고전압 펄스를 피하기 위한 과도 전압 클램핑 장치가 도시되어 있다.
[방화선(Firewire) 장치에의 쿼드의 이용]
최근 컴퓨터 주변기기용으로 새로운 직렬 데이터 버스 표준이 광범위하게 사용되기 시작하였다. 이러한 새로운 표준은 국제 IEC(1883)에서 IEEE(1394) 또는 이와 거의 동등한 것의 표준이다. "방화선(FIREWIRE)"이라는 호칭이 이러한 새로운 버스선과 시스템을 일컫는 데에 널리 사용되어 왔다. 이들 시스템의 물리적인 상호 연결 케이블은 전체 차폐부 내에서 2개의 꼬임선쌍(twisted pair)과 2개의 전원선을 사용한다. 원래 방화선은 개인 컴퓨터에 여러가지 부품들을 연결용으로서, 비교적 짧은 길이에 대한 것으로 사용되었다. 이러한 표준의 범위와 동작 속도가 증가하여, 원래 100 Mbps가 한계였던 것이 현재는 400 Mbps가 되었고, 점점 증가되어 1200 Mbps까지 이를 것이라고 제안되고 있다. 본 발명에 의해 변경된 이러한 케이블은 현재와 미래에 있어서, 많은 유형의 기기, 정보 장치 및 보조 기기들을 가정 또는 사무실로 연결시키는 데에 매우 적절할 것이다.
본 발명의 케이블 형식은 상기 목적에 매우 적합한 것이다. 이 케이블은 그 안에 2개의 전력선을 포함하도록 쉽게 변경될 수 있다. 물론, 내부 조건에 따라 감소된 크기의 것이 설계될 수 있다. 이러한 형식의 케이블이 갖는 특이한 장점은 위와 같은 용도와 보다 한정된 응용 기기에 대한 실질적인 구제 용도에 활용될 수 있다.
흥미롭게도, 상기 표준에 의해 선택된 루트 버스 주기 조정기(root buss cycle arbitration)는 SDH 및 SONET 프로토콜과 동일한 주기(125 ㎲)를 사용한다. 알려진 범지구 통신 시스템의 작동중인 상시 접속식 사용자 인터페이스와 방화선의 높은 데이터 속도의 목적이라는 측면에서 볼 때, 이들 시스템은 데이터의 기능과 함께 국부 환경에 용이하게 접속된다. 이러한 새로운 구조의 방화선 형식과 응용기기들이 본 명세서에 충분히 고려되어 있다.
[제조 공정의 예]
본 예는 도 8의 형상의 포지셔너를 활용하지만 섬유을 위한 방사상 로케이터(locator) 공간은 생략되었다. 본 예에 선택된 물질은 PTFE이다. 조립된 코어의 직경은 0.420 인치이다. 이것은 전술한 "그린" 사출, 소결 및 최종 불림 동작에 의해 형성된다. 이것은 사전 조립되고, 그 다음 비활성 가열 터널에서 형성되어 피트당 1.8 회전의 나선형 꼬임을 갖는다. 유니터리 튜브형 환상 도체(Unitary Tubular Annular conductors; UTAc)는 중심과 0.2인치 떨어지고, 직교 쿼드 어레이는 0.420 인치 직경의 코어 지지물의 중심에 놓인다.
UTAc는 축상의 자화가 0.6 Tesla보다 큰 니켈 철 합금(18-30% Ni)으로부터 0.0384 인치의 OD 튜빙(tubing)되고 소프트 어닐되어 형성된다. 튜브의 ID는 약 0.026 인치이다. 이 튜브는 부드러운 내부 면을 갖는 흠없는 구성을 생성하는 연속적으로 형성되고 롤(roll)되고 융합된(fused) 물질로서 제조된다. 이것은 구리로 도금되고 전기 광택되어 부드럽게 밝으며 28 micron의 두께를 가진다. 그 다음, 전술한 것처럼 이 표면은 Ni-Zn 페라이트 분말을 포함하는 우레탄 에나멜의 자성 매트릭스를 사출하여 코팅되고 축상의 자장하에서 고형화된 후에 11-14 micron의 추가 두께로 마무리된다. 이것은 도금된 튜빙이 형성된 후의 연속 공정으로서 수행될 수 있다. 고형화된 조립체는 그 다음 부드러운 우레탄 에나멜 물질로 자성 도선의 절연 코팅에 이용되었던 것과 유사하게 복수의 담금 및 건조 과정을 통해 4-6 micron의 두께로 코팅된다. 4개의 UTAc의 완성된 케이블의 각각을 식별의 측면에서는 상기 층에 색상 부호를 넣는 것이 편리하다. 이것은 이 단계에서 최소 직경이 4피트인 릴(reel)에 저장되는 UTAc의 형성을 완료한다.
도체에 대한 다음 공정 단계는 선택된 튜브 또는 튜브들에 적당한 길이(즉, 4000 ft부터 통상적으로 최단 거리인 400ft)로 사용될 요구되는 수의 광섬유를 넣는 것이다. 광섬유는 단일 모드, 플라스틱 코팅되고 식별을 위해 색상 부호화 되었다. 미세한 스틸 도선 유도기로 일반적으로 곧게 튜브에 넣어지는데, 섬유 삽입 공정에 윤활 역활을 하는 초흡수 복합제를 따라 삽입된다. 응용에 따라 섬유는 하나 또는 약간의 UTAc에 삽입될 수 있다. 두 개의 전기 신호쌍 각각의 UTAc 당 하나가 최소로 제안된 섬유의 수이다.
적절히 선택된 길이의 4개의 튜브는 다음에 연속적인 부분 및 PTFE의 포지셔너의 재조립체로 조립된다. 이 시점에서, 미리 선택된 코어 케이블 길이는 "차폐 설계"에서 전술한 일정에 따라 차폐 조립체를 위한 준비가 된다. 외측의 덮개층은 EMI "대칭화(symmetricizing)" 제1 차폐층[시미트라이저(symmetrizer)] 및 전술한 저항성 공간 임피던스 설계(외부 임피던스-정합 하우징)를 갖는 제2 차폐층(최 외측)을 채택해야 한다. 이 차폐 단계는 완성된 케이블의 조립체를 완료환다. 완성된 케이블은 최소 4 피트 직경의 릴(reel)에 저장되야 한다.
케이블 제조에 뒤이어, 광섬유가 지지용 플라스틱 버퍼 튜브에 의해 버퍼되는 섬유의 적절한 서비스 길이에 맞춰지도록 적당한 길이로 케이블이 끝이 잘라지는 상이한 환경에서 단말부의 종단(termination of ends)이 수행된다. 섬유는 향후의 사용을 위해 이 상태로 두어지거나 선택된 콘넥터로 종단된다. 동시에, 튜브형 환상 도체가 축소 슬리브 스프리스(shrink sleeve splice)에 의해 전기적으로 연결되어 소스 구동기 및 수신기 종단 장치에 매우 짧은 전기적 연결을 제공한다.
이 케이블의 예는 STS-3 또는 155 Mbps의 노드(Node) 시스템에 이용되거나 데이터용 622Mbps(STS 12)에 이용된다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명하였다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능함을 이해할 수 있다. 예를 들어, 대칭 및 외부 임피던스-정합 하우징은 동축 케이블에 이점을 지니며 채택될 수 있다. 이것은 두 축(1605, 1607)이 단일 자켓(1609)에 위치한 쌍축(twin-axial) 케이블(도 16)에도 채택될 수 있다. 이중 집중형 환상 도체(1605, 1607)가 본 실시예에 제공된다. 유사하게, 도 17을 참조하면, Super VHS 또는 Y/C와 같은 어떤 케이블 형식이 반대는 동축이 아닌 두 개의 동축 케이블을 채택할 수 있다. 이들은 임피던스 정합에 있어서 외부 하우징(1707)과 유사한 혜택을 얻는다. 물론, 어떤 케이블도 대칭화 층으로부터도 혜택을 받을 것이다.
각 케이블(1701, 1703)은, 예컨대 쿼드 케이블일 수 있다는 것을 주지해야 한다. 3충 케이블도 본 발명에 의해 도출될 수 있다.
따라서, 다른 실시예도 첨부된 특허 청구 범위 내에 포함된다.
Claims (113)
- 중심축과 길이를 가지는 쿼드 전기 신호 케이블에 있어서,a) 상기 케이블 내에 길이방향으로(lengthwise) 배열되어 있고, 길이가 실질적으로 동일한 네 개의 전기 도체---여기서, 네 개의 도체는 두 개씩 관련되어 있는 두 쌍의 도체로 됨---과;b) 상기 케이블 내에 배열되어 있고, 상기 케이블 길이의 상당한 부분을 따라 계속 이어져(extend) 있고, 실질적인 절연 물질로 구성되어 있는 포지셔너(positioner)를 포함하고;상기 도체는 상기 중심축으로부터 실질적으로 같은 거리에 방사상으로 위치하도록 하고, 상기 각 도체 쌍 중의 각 도체는 상기 각 도체 쌍 중의 다른 도체와 정반대에 위치하도록 하고, 상기 도체 쌍은 다른 도체 쌍에 대해서 90 도의 각도로 마주 대하고 있도록 하고, 또한 상기 도체 쌍은 상기 케이블 길이의 상당 부분에 걸쳐서 나선형 꼬임을 가지도록 하고, 이에 의해 상기 케이블의 상기 길이에 걸쳐서 실질적인 나선형 전기 신호 및 직각(orthogonal) 전기 신호가 형성되도록 케이블 내에 있는 상기 포지셔너에 의해서 상기 두 쌍의 도체들이 배열되고;상당히 낮은 유전 상수와 낮은 유전 손실을 가지는 몰더블(moldable)한 열가소성 물질로 구성된 그룹에서 상기 포지셔너를 형성하는 물질이 선택되도록 하고;상기 포지셔너가 상기 중심축을 중심으로 하고, 또한 상기 중심축으로부터 방사상으로 상기 도체의 최외각 범위까지의 방사상 거리(radial distance)의 두 배보다 더 큰 바깥 직경을 가짐으로써,일반적으로 상기 케이블의 상기 길이에서 계속 이어져 있고, 상당히 유사한 쿼드 단면을 가지며, 적어도 두 개의 개구 공간---여기서, 각 개구 공간은 두 개의 개별적인 방사상 표면(radial surface)에 위치함---을 가지는 길이방향(longitudinal)의 네 개의 유전 및 정치(定置) 멤버(member)를 상기 포지셔너가 포함하도록 하고; 상기 네 개의 멤버의 컨졍션(conjunction)이, 여덟 개의 상기 개구 공간의 페어와이즈(pairwise) 컨졍션에 의해 형성된 네 개의 공간으로 된 하나의 세트 중 각자 공간에서 상기 네 개의 도체를 보유하도록 하기 위한 케이블.
- 제1항에 있어서, 상기 나선형 꼬임은 피트 당 1 회전 내지 3 회전의 헬리시티(helicity)를 가지는 케이블.
- 제1항에 있어서, 상기 나선형 꼬임은 피트 당 약 2 회전의 헬리시티를 가지는 케이블.
- 제1항에 있어서, 상기 포지셔너는 실질적으로 4 중 대칭(four-fold symmetric)인 케이블.
- 제3항에 있어서, 상기 포지셔너는 십자가 모양인 케이블.
- 제1항에 있어서, 상기 포지셔너는 실질적으로 2중 대칭인 케이블.
- 제1항에 있어서, 상기 포지져너는 실질적으로 8중 대칭인 케이블.
- 제1항에 있어서, 상기 포지셔너는 열가소성 물질로 이루어진 케이블.
- 제7항에 있어서, 상기 포지셔너를 이루는 상기 물질의 유전 상수는 약 4 이하인 케이블.
- 제7항에 있어서, 상기 포지셔너를 이루는 상기 물질의 유전 상수는 주파수 범위에 걸쳐서 대략, 약 0.1보다 적은 손실의 탄젠트 값보다 작은 케이블.
- 제1항에 있어서, 상기 네 개의 공간 각각은 실질적으로 원형인 케이블.
- 중심축과 길이를 가지고 있는 전기 신호 케이블을 입사되는 외부 전자기 방해 에너지로부터 차폐시키는 기구에 있어서,a) 상기 케이블 내에 길이방향으로(lengthwise) 배열되어 있고, 길이가 실질적으로 동일한 적어도 두 개의 전기 도체와;b) 상기 케이블 내에 배열되어 있고, 상기 케이블 길이의 상당한 부분을 따라 계속 이어져 있고, 실질적인 절연 물질로 구성되어 있는 포지셔너(positioner)와;c) 상기 케이블을 투과하는 입사 외부 전자기 방해 에너지가 상기 중심축 주위에 실질적으로 대칭적으로 분포하는 필드(field)를 형성하게 하고, 상기 도체 쌍을 통해 엔드-엔드 전송된 신호에서 균형있게 나타나는 입사 외부 전기장 방해 에너지를 상당히 감소시키기 위하여, 전자기장 투과 물질을 포함하고 상기 포지셔너를 실질적으로 둘러싸는 시미트라이져(symmetrizer)---여기서, 투과 물질은 입사되는 외부 전자기장 간섭 에너지를 차단하고, 상기 시미트라이져 내에 충분한 대칭성을 가지고 구조화되고, 배열되어 있슴---를 포함하고;상기 도체들은 상기 중심축으로부터 실질적으로 같은 거리에서 방사상으로 위치하도록 하고, 쌍을 이루고 있는 상기 도체들은 상기 쌍을 이루고 있는 두 개의 도체 중 다른 도체와 정반대에 위치하도록 하고, 또한 각 도체 쌍은 상기 길이에 걸쳐서 나선형 꼬임을 포함하도록 하고, 이에 의해서 상기 케이블의 길이에 걸쳐서 실질적인 나선형 전기 신호 경로가 형성되도록 케이블 내에 있는 상기 포지셔너에 의해서 적어도 한 쌍을 형성하는 상기 도체들이 배열되고;상기 포지셔너가 실질적으로 상기 중심축을 중심으로 하고, 또한 상기 중심축으로부터 방사상으로 상기 도체의 최외각 범위까지의 방사상 길이의 약 두 배보다 더 큰 직경을 가지고, 입사되는 외부 전자기 방해 에너지로부터 전기 신호 케이블을 차폐시키는 기구.
- 제12항에 있어서, 상기 나선형 꼬임은 피트 당 1 회전 내지 3 회전의 헬리시티를 가지는 케이블.
- 제12항에 있어서, 상기 나선형 꼬임이 피트 당 약 2 회전의 헬리시티를 가지는 케이블.
- 제12항에 있어서, 상기 포지셔너가 실질적으로 4 중 대칭(four-fold symmetric)인 케이블.
- 제15항에 있어서, 상기 포지셔너는 십자가 모양인 케이블.
- 제12항에 있어서, 상기 포지셔너는 실질적으로 2중 대칭인 케이블.
- 제12항에 있어서, 상기 포지져너는 실질적으로 8중 대칭인 케이블.
- 제12항에 있어서, 상기 포지져너는 실질적으로 원형 대칭인 케이블.
- 제12항에 있어서, 상기 물질은 실질적으로 4중 대칭인 케이블.
- 제12항에 있어서, 상기 물질은 실질적으로 원형 대칭인 케이블.
- 제12항에 있어서, 상기 물질은 실질적으로 2중 대칭인 케이블.
- 제12항에 있어서, 상기 물질은 실질적으로 8중 대칭인 케이블.
- 중심축과 길이를 가지고 공간을 차지하고 있는 전기 신호 케이블의 전자기 간섭에 대한 자화율을 감소시키는 기구에 있어서,a) 상기 케이블 내에 길이 방향으로(lengthwise) 배열되고 실질적으로 같은 길이를 갖는 적어도 두 개의 전기 도체와;b) 상기 케이블 내에 배열되어 있고, 상기 케이블의 길이의 상당한 부분을 따라 계속 이어져(extend) 있으며, 실질적인 유전 물질로 형성되어 있는 포지셔너---여기서 포지셔너는 포지셔너 안에 있는 적어도 두 개의 전기 도체의 위치를 유지하기 위한 것임---와;c) 외측 표면(outer surface)를 가지는 전자기장 투과 물질을 포함하고, 상기 포지셔너를 실질적으로 둘러싸고 있는 외측 하우징(outer housing)으로서, 상기 물질은 방사되는 입사 외부 전자기 에너지를 차단하고, 상기 외측 표면에 의해 입사 외부 전자기 간섭 에너지에 나타나는 전자기장 임피던스의 값을 가지게 되며, 상기 임피던스는 실질적으로 저항성이고, 상기 케이블을 포함하고 있지 않은 경우의 공간의 전자기장 임피던스와 같은 크기인 외측 하우징을 포함하는, 상기 전기 신호 케이블에 의해 흡수되는 전자기 간섭 에너지의 양을 감소시키는 기구.
- 제24항에 있어서, 상기 케이블은 동축 케이블 구조를 가지는 기구.
- 제24항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 전기 도체는 동축인 기구.
- 제24항에 있어서, 상기 나선형 꼬임은 피트 당 1 회전 내지 3 회전의 헬리시티(helicity)를 가지는 케이블.
- 제24항에 있어서, 상기 나선형 꼬임이 피트 당 약 2 회전의 헬리시티를 가지는 케이블.
- 제24항에 있어서, 상기 포지셔너가 실질적으로 4 중 대칭(four-fold symmetric)인 케이블.
- 제29항에 있어서, 상기 포지셔너는 십자가 모양인 케이블.
- 제24항에 있어서, 상기 포지셔너는 실질적으로 원형 대칭인 케이블.
- 제24항에 있어서, 상기 물질은 실질적으로 4중 대칭인 케이블.
- 제24항에 있어서, 상기 물질은 실질적으로 원형 대칭인 케이블.
- 제24항에 있어서, 상기 도체의 갯수가 네 개인 케이블.
- 제24항에 있어서, 방사되는 입사 외부 전자기 에너지를 차단하는 상기 물질이, 상기 외측 표면에 의해 입사 외측 전자기 간섭 에너지에 나타나고, 실질적으로 저항성이며, 그 값의 크기가 약 50 ohms 내지 500 ohms의 범위에 있는 전자기장 임피던스의 값을 가지는 케이블.
- 제35항에 있어서, 상기 물질은 약 377 ohms의 전자기장 임피던스 값을 가지는 케이블.
- 제24항에 있어서, 방사되는 입사 외부 전자기 에너지를 차단하는 상기 물질이, 상기 외측 표면에 의해 입사 외측 전자기 간섭 에너지에 나타나고, 상기 신호 케이블이 공간을 차지하고 있지 않을 경우의 공간의 전자기장 임피던스와 같은 크기를 갖는 전자기장 임피던스의 값을 가지는 케이블.
- 제24항에 있어서, 입사하는 전자기 간섭 에너지를 약하게 하는 외부층과 상기 외부층을 통해 전달되는 입사하는 전자기 간섭 에너지에 의해 발생하는 필드(field)를 실질적인 대칭으로 만드는 내부층을 포함하고, 상기 외측 하우징 내에 있는 시미트라이져를 더 포함하는 케이블.
- 제38항에 있어서, 상기 외부층은 도전 물질(conductive material)을 포함하는 케이블.
- 제38항에 있어서, 상기 내부층은 도전 물질을 포함하는 케이블.
- 중심축과 길이를 가지고 공간을 차지하고 있는 전기 신호 케이블의 전자기 간섭에 대한 자화율을 감소시키는 기구에 있어서,a) 상기 케이블 내에 길이 방향으로(lengthwise) 배열되고, 실질적으로 같은 길이를 가지며, 도체 쌍을 형성하는 적어도 두 개의 전기 도체와;b) 상기 케이블 내에 배열되어 있고, 상기 케이블의 길이의 상당한 부분을 따라 계속 이어져(extend) 있으며, 실질적인 유전 물질로 형성되어 있는 포지셔너---여기서, 포지셔너는 포지셔너 안에 있는 적어도 두 개의 전기 도체의 위치를 유지하기 위한 것임---와;c) 외측 표면(outer surface)를 가지는 전자기장 투과 물질을 포함하고, 상기 포지셔너를 실질적으로 둘러싸고 있는 외측 하우징(outer housing)으로서, 상기 물질은 입사되는 외부 전자기 에너지를 차단하고, 상기 외측 표면에 의해 입사 외부 전자기 간섭 에너지에 나타나는 전자기장 임피던스의 값을 가지게 되며, 상기 임피던스는 실질적으로 저항성이고, 상기 케이블을 포함하고 있지 않은 경우의 공간의 전자기장 임피던스와 같은 크기인 외측 하우징을 포함하여, 상기 도체 쌍을 통해서 엔드-엔드 전송되는 신호에 균형있게 나타나는 입사 외부 전자기 간섭 에너지를 상당히 감소시키는 기구.
- 중심축과 길이를 가지고 공간을 차지하고 있는 전기 신호 케이블의 전자기 간섭에 대한 자화를 감소시키는 기구에 있어서,a) 상기 케이블 내에 길이 방향으로(lengthwise) 배열된 적어도 한 개의 전기 도체와;b) 상기 케이블 내에 배열되어 있고, 상기 케이블의 길이의 상당한 부분을 따라 계속 이어져(extend) 있으며, 실질적인 유전 물질로 형성되어 있는 포지셔너---여기서, 포지셔너는 포지셔너 안에 있는 적어도 한 개의 전기 도체의 위치를 유지하기 위한 것임---와;c) 외측 표면(outer surface)를 가지는 전자기장 투과 물질을 포함하고, 상기 포지셔너를 실질적으로 둘러싸고 있는 외측 하우징(outer housing)으로서, 상기 물질은 방사되는 입사 외부 전자기 에너지를 차단하고, 상기 외측 표면에 의해 입사 외부 전자기 간섭 에너지에 나타나는 전자기장 임피던스의 값을 가지게 되며, 상기 임피던스는 실질적으로 저항성이고, 상기 케이블을 포함하고 있지 않은 경우의 공간의 전자기장 임피던스와 같은 크기인 외측 하우징을 포함하여, 상기 전기 신호 케이블에 의해 흡수되는 전자기 간섭 에너지의 양을 감소시키는 기구.
- 중심축과 길이를 가지는 쿼드 전기 신호 케이블에 있어서,a) 상기 케이블 내에 길이 방향으로 배열되어 있고, 길이가 실질적으로 동일한 네 개의 전기 도체---여기서, 네 개의 도체는 두 개씩 관련되어 있는 두 쌍의 도체임---과;b) 상기 케이블 내에 배열되어 있고, 상기 케이블 길이의 상당한 부분을 따라 계속 이어져(extend) 있고, 실질적인 절연 물질로 구성되어 있는 포지셔너(positioner)와;c) 일반적으로 상기 케이블의 상기 길이에서 계속 이어져 있고, 상당히 유사한 쿼드 단면을 가지며, 적어도 두 개의 개구 공간---여기서, 각 개구 공간은 두 개의 개별적인 방사상 표면(radial surface)에 위치함---을 가지는 길이방향(longitudinal)으로 실질적으로 동일한 네 개의 유전 및 정치(定置) 멤버(member)를 상기 포지셔너가 포함하도록 하고; 상기 네 개의 멤버의 컨졍션(conjunction)이 여덟 개의 상기 개구 공간의 페어와이즈(pairwise) 컨졍션에 의해 형성된 네 개의 공간으로 된 하나의 세트 중 각자 공간에서 상기 네 개의 도체를 보유하도록 하기 위해 상기 포지셔너를 실질적으로 둘러싸고 있는 시미트라이져를 포함하고;상기 도체는 상기 중심축으로부터 실질적으로 같은 거리에 방사상으로 위치하도록 하고, 상기 각 도체 쌍 중의 각 도체는 상기 각 도체 쌍 중의 다른 도체와 정반대에 위치하도록 하고, 상기 도체 쌍은 다른 도체 쌍에 대해서 90 도의 각도로 마주 대하고 있도록 하고, 또한 상기 도체 쌍은 상기 케이블 길이의 상당 부분에 걸쳐서 나선형 꼬임을 가지도록 하고, 이에 의해 상기 케이블의 상기 길이에 걸쳐서 실질적인 나선형 전기 신호 및 직각(orthogonal) 전기 신호가 형성되도록 케이블 내에 있는 상기 포지셔너에 의해서 상기 두 쌍의 도체들이 배열되고;상기 포지셔너를 형성하는 물질이, 상당히 낮은 유전 상수와 낮은 유전 손실을 가지는 몰더블(moldable)한 열가소성 물질로 구성된 그룹에서 선택되도록 하고;상기 포지셔너가 상기 중심축을 중심으로 하고, 또한 상기 중심축으로부터 방사상으로 상기 도체의 최외각 범위까지의 방사상 거리(radial distance)의 두 배보다 더 큰 바깥 직경을 가지는쿼드 전기 신호 케이블.
- 제43항에 있어서, 상기 나선형 꼬임은 피트 당 1 회전 내지 3 회전의 헬리시티(helicity)를 가지는 케이블.
- 제43항에 있어서, 상기 나선형 꼬임이 피트 당 약 2 회전의 헬리시티를 가지는 케이블.
- 제43항에 있어서, 상기 포지셔너가 실질적으로 4 중 대칭(four-fold symmetric)인 케이블.
- 제46항에 있어서, 상기 포지셔너는 십자가 모양인 케이블.
- 제43항에 있어서, 상기 포지셔너는 열가소성 물질로 만들어지는 케이블.
- 제48항에 있어서, 상기 포지셔너를 이루고 있는 물질의 유전 상수는 약 4 이하인 케이블.
- 제48항에 있어서, 상기 포지셔너를 이루고 있는 물질의 유전 손실은 주파수 범위에 걸쳐서 대략, 약 0.1 이하의 손실의 탄젠트값 이하인 케이블.
- 제44항에 있어서, 상기 네 개의 공간 각각은 실질적으로 원형인 케이블.
- 제44항에 있어서, 상기 시미트라이져가 입사 전자기 간섭 에너지를 약하게 하는 외부층과, 외부층을 통해 전달되는 입사 전자기 간섭 에너지에 의해 발생되는 필드(field)를 실질적인 대칭으로 만드는 내부층을 포함하는 케이블.
- 제52항에 있어서, 상기 외부층은 도전 물질을 포함하는 케이블.
- 제52항에 있어서, 상기 내부층은 페라이트(ferrite)를 포함하는 케이블.
- 중심축과 길이를 가지며 약간의 공간을 차지하고 있는 전기 신호 케이블의 전자기 간섭에 대한 자화율을 감소시키는 기구에 있어서,a) 상기 케이블 내에 길이 방향으로(lengthwise) 배열되고 실질적으로 같은 길이를 갖는 적어도 두 개의 전기 도체와;b) 상기 케이블 내에 배열되어 있고, 상기 케이블의 길이의 상당한 부분을 따라 계속 이어져(extend) 있으며, 실질적인 유전 물질로 형성되어 있는 포지셔너---여기서, 포지셔너는 포지셔너 안에 있는 적어도 두 개의 전기 도체의 위치를 유지하기 위한 것임---와;c) 전자기장 투과 물질로 이루어져 있고, 상기 포지셔너를 실질적으로 둘러싸고 있는 외측 하우징(outer housing)으로서, 상기 물질은 방사되는 입사 외부 전자기 에너지를 차단하고, 상기 물질의 외측 표면에 의해 입사 외부 전자기 간섭 에너지에 나타나는 전자기장 임피던스의 값을 가지게 되며, 상기 임피던스는 실질적으로 저항성이고, 상기 케이블을 포함하고 있지 않은 경우의 공간의 전자기장 임피던스와 같은 크기인 외측 하우징을 포함하는 전기 신호 케이블의 전자기 간섭에 대한 자화율을 감소시키는 기구.
- 제55항에 있어서, 상기 포지셔너는 실질적으로 4중 대칭인 케이블.
- 제55항에 있어서, 상기 포지셔너는 실질적으로 원형 대칭인 케이블.
- 제55항에 있어서, 상기 포지셔너는 실질적으로 열가소성 물질로 만들어지는 케이블.
- 제55항에 있어서, 방사하는 입사 외부 전자기 에너지를 차단하는 상기 물질은, 상기 물질의 외측 표면에 의해 입사 외부 전자기 간섭 에너지에서 나타나고, 실질적으로 저항성이며, 약 100 ohms 내지 500 ohms의 범위인 전자기장 임피던스의 값을 가지는 케이블.
- 제59항에 있어서, 상기 복합 물질(composite material)은 약 377 ohms의 전자기장 임피던스 값을 갖는 케이블.
- 제55항에 있어서, 방사하는 입사 외부 전자기 에너지를 차단하는 상기 복합 물질은 상기 물질의 외측 표면에 의해 입사 외부 전자기 간섭 에너지에서 나타나는 전자기장 임피던스의 값을 가지고, 상기 전자기장 임피던스의 값은 상기 신호 케이블이 공간을 차지하지 않았을 때의 공간의 전자기장 임피던스와 같고, 약 100 ohms 내지 500 ohms의 범위에 있는 케이블.
- 제55항에 있어서, 입사하는 전자기 간섭 에너지를 약하게 하는 외부층과 상기 외부층을 통해 전달되는 입사하는 전자기 간섭 에너지에 의해 발생하는 필드(field)를 실질적인 대칭으로 만드는 내부층을 포함하는 시미트라이져를 더 포함하는 케이블.
- 제62항에 있어서, 상기 외부층은 도전 물질을 포함하는 케이블.
- 제62항에 있어서, 상기 내부층은 페라이트를 포함하는 케이블.
- 중심축과 길이를 가지는 쿼드 전기 신호 케이블에 있어서,a) 상기 케이블 내에 길이 방향으로 배열되어 있고, 길이가 실질적으로 동일한 네 개의 전기 도체---여기서, 네 개의 도체는 두 개씩 관련되어 있는 두 쌍의 도체로 됨---과;b) 상기 케이블 내에 배열되어 있고, 상기 케이블 길이의 상당한 부분을 따라 계속 이어져(extend) 있고, 실질적인 절연 물질로 구성되어 있는 포지셔너(positioner)c) 상기 포지셔너가, 일반적으로 상기 케이블의 상기 길이에서 계속 이어져 있고, 각각 상당히 유사한 쿼드 단면(quadrant cross section)을 가지고 있는 길이 방향으로 있는 네 개의 절연 및 정치 멤버---여기서, 각각의 길이 방향의 멤버는 방사성 표면(radial surface)에 적어도 하나의 프로젝션(projection)과 반대편 방사성 표면에서 대응하는 인터로킹 리세스(interlocking recess)를 가짐---를 가지도록 하고 ; 상기 네 개의 멤버의 컨졍션(conjunction)이 여덟 개의 상기 개구 공간의 페어와이즈(pairwise) 컨졍션에 의해 형성된 네 개의 공간으로 된 하나의 세트 중 각자 공간에서 상기 네 개의 도체를 보유하도록 하는, 실질적으로 상기 포지셔너를 둘러싸고 있는 시미트라이져를 포함하고;상기 도체는 상기 중심축으로부터 실질적으로 같은 거리에 방사상으로 위치하도록 하고, 상기 각 도체 쌍 중의 각 도체는 상기 각 도체 쌍 중의 다른 도체와 정반대에 위치하도록 하고, 상기 도체 쌍은 다른 도체 쌍에 대해서 90 도의 각도로 마주 대하고 있도록 하고, 또한 상기 도체 쌍은 상기 케이블 길이의 상당 부분에 걸쳐서 나선형 꼬임을 가지도록 하고, 이에 의해 상기 케이블의 상기 길이에 걸쳐서 실질적인 나선형 전기 신호 및 직각(orthogonal) 전기 신호가 형성되도록, 케이블 내에 있는 상기 포지셔너에 의해서 상기 도체 쌍들이 배열되고;상당히 낮은 유전 상수와 낮은 유전 손실을 가지는 몰더블(moldable)한 열가소성 물질로 구성된 그룹에서 상기 포지셔너를 형성하는 물질이 선택되도록 하고;상기 포지셔너가 상기 중심축을 중심으로 하고, 또한 상기 중심축으로부터 방사상으로 상기 도체의 최외각 범위까지의 방사상 거리(radial distance)의 두 배보다 더 큰 바깥 직경을 가지는 쿼드 전기 신호 케이블.
- 제65항에 있어서, 상기 나선형 꼬임은 피트 당 1 회전 내지 3 회전의 헬리시티(helicity)를 가지는 케이블.
- 제65항에 있어서, 상기 나선형 꼬임이 피트 당 약 2 회전의 헬리시티를 가지는 케이블.
- 제65항에 있어서, 상기 포지셔너가 실질적으로 4 중 대칭(four-fold symmetric)인 케이블.
- 제68항에 있어서, 상기 포지셔너는 십자가 모양인 케이블.
- 제65항에 있어서, 상기 포지셔너는 실질적으로 2중 대칭인 케이블.
- 제65항에 있어서, 상기 포지져너는 실질적으로 8중 대칭인 케이블.
- 제65항에 있어서, 상기 포지셔너는 열가소성 물질로 만들어진 케이블.
- 제72항에 있어서, 상기 포지셔너를 이루는 상기 물질의 유전 상수가 약 4 이하인 케이블.
- 제72항에 있어서, 상기 포지셔너를 이루는 상기 물질의 유전 상수는 주파수 범위에 걸쳐서 대략, 약 0.1보다 적은 손실의 탄젠트 값보다 작은 케이블.
- 제65항에 있어서, 상기 네 개의 공간 각각은 실질적으로 원형인 케이블.
- 제65항에 있어서, 상기 시미트라이져가 입사하는 전자기 간섭 에너지를 약하게 하는 외부층과 상기 외부층을 통해 전달되는 입사하는 전자기 간섭 에너지에 의해 발생하는 필드(field)를 실질적인 대칭으로 만드는 내부층을 포함하는 케이블.
- 제76항에 있어서, 상기 외부층은 도전 물질을 포함하는 케이블.
- 제76항에 있어서, 상기 내부층은 페라이트를 포함하는 케이블.
- 중심축과 길이를 가지는 쿼드 전기 신호 케이블에 있어서,a) 상기 케이블 내에 길이 방향으로 배열되어 있는 적어도 하나의 전기 도체와;b) 상기 케이블 내에 배열되어 있고, 상기 케이블 길이의 상당한 부분을 따라 계속 이어져(extend) 있고, 실질적인 절연 물질---여기서, 절연 물질은 상당히 낮은 유전 상수와 낮은 유전 손실을 가지는 몰더블(moldable)한 열가소성 물질로 구성된 그룹에서 선택됨---로 형성되어 있고, 상기 중심축을 중심으로 하고, 또한 상기 중심축으로부터 방사상으로 상기 도체의 최외각 범위까지의 방사상 거리(radial distance)의 두 배보다 더 큰 바깥 직경을 가지며, 그 안에 배열된 적어도 하나의 전기 도체의 위치를 유지하는 포지져너와;c) 상기 외측 하우징 구조가, 입사 전자기 간섭 에너지를 약하게 하는 외부층과, 외부층을 통해 전달되는 입사 전자기 간섭 에너지에 의해 발생되는 필드(field)를 실질적인 대칭으로 만드는 내부층을 포함하도록, 상기 포지셔너를 실질적으로 둘러싸는 시미트라이져를 포함하는 전기 신호 케이블.
- 제79항에 있어서, 상기 포지셔너가 열가소성 물질로 이루어져 있는 케이블.
- 제80항에 있어서, 상기 포지셔너를 이루고 있는 물질의 유전 상수는 약 4 이하인 케이블.
- 제80항에 있어서, 상기 포지셔너를 이루고 있는 물질의 유전 손실은 주파수 범위에 걸쳐서 대략 약 0.1 이하의 손실의 탄젠트값보다 적은 케이블.
- 각 케이블이 중심축과 길이를 가지고, 어레이가 중심 어레이 축을 가지고 있는 유니터리(unitary) 어레이의 전기 신호 케이블에 있어서,각 케이블이a) 상기 케이블 내에 길이 방향으로 배열되어 있는 적어도 하나의 전기 도체와;b) 상기 케이블 내에 배열되어 있고, 실질적인 절연 물질---여기서, 절연 물질은 상당히 낮은 유전 상수와 낮은 유전 손실을 가지는 몰더블(moldable)한 열가소성 물질로 구성된 그룹에서 선택됨---로 형성되어 있고, 상기 중심축을 중심으로 하고, 또한 상기 중심축으로부터 방사상으로 상기 도체의 최외각 범위까지의 방사상 거리(radial distance)의 두 배보다 더 큰 바깥 직경을 가지는 포지셔너로서, 상기 포지셔너 내에 배열되어 있는 적어도 하나의 전기 도체의 위치를 유지하기 위하여 상기 케이블 길이의 상당한 부분을 따라 계속 이어져(extend) 있는 포지셔너와;c) 상기 포지셔너를 실질적으로 둘러싸는 시미트라이져로서, 입사 전자기 간섭 에너지를 약하게 하는 외부층과, 외부층을 통해 전달되는 입사 전자기 간섭 에너지에 의해 발생되는 필드(field)를 실질적인 대칭으로 만드는 내부층을 포함하는 시미트라이져와;d) 어레이에 있는 케이블의 위치를 유지하는 어레이 포지셔너로서, 케이블의 상기 어레이가 충분한 대칭성으로 구조화되고 배열되어서, 상기 어레이를 투과하는 입사 외부 전자기 간섭 에너지가 상기 중심 어레이 축 주위에 실질적인 대칭적 분포를 가진 필드(field)를 생성하는 어레이 포지셔너를 포함하는, 어레이로 배열된 복수개의 전기 신호 케이블을 포함하는 유니터리 어레이의 전기 신호 케이블.
- 제83항에 있어서, 상기 포지셔너는 열가소성 물질로 이루어져 있는 케이블.
- 제83항에 있어서, 상기 포지셔너를 이루고 있는 물질의 유전 상수는 약 4 이하인 케이블.
- 제83항에 있어서, 상기 포지셔너를 이루고 있는 물질의 유전 손실은 주파수 범위에 걸쳐서 대략, 약 0.1 이하의 손실의 탄젠트값보다 적은 케이블.
- 포지셔너에 있어서,열가소성 물질로 제조되고, 실질적으로 절연하는 물질로 형성되고, 상당히 작은 유전 상수와 상당히 적은 유전 손실을 가지며, 상기 포지셔너가 주위(ambient) 조건의 변동에 의해 유도되는 변화에도 실질적으로 불변하는 전자기 기능성(electromagnetic functionality)을 유지하기 위한 탄성 계수를 가지는 전기 신호 전달 케이블용 포지셔너.
- 제87항에 있어서, 상기 포지셔너가 주변 조건의 변동에 의해 유도되는 변화에도 불구하고 실질적인 불변의 전자기 기능성을 유지하기 위하여, 상기 물질은 크리프(creep)를 가지는 포지셔너.
- 제87항에 있어서, 상기 실질적인 유전 물질은 대략 105ohms-sec과 1018ohms-sec 사이의 저항을 가지는 포지셔너.
- 제87항에 있어서, 상기 상당히 낮은 유전 상수는 대략 1.05과 4.0 사이인 포지셔너.
- 제87항에 있어서, 상기 상당히 적은 유전 손실은 목표로 하는 주파수 범위에 걸쳐서 약 0.1 이하의 손실의 탄젠트값인 포지셔너.
- 제87항에 있어서, 상기 포지셔너가 주위의 조건 변동에 의해 유도되는 변화에도 불구하고 실질적으로 불변인 전자기 기능성을 유지하는 정도로 상기 물질이 노화되는(age) 포지셔너.
- 제92항에 있어서, -50 ℃ 내지 +50 ℃의 온도 범위와 0 % 내지 100 %의 습도 범위에 대해서, 상기 전자기 기능성의 변화가 약 1 %이하가 되는 정도로 상기 물질이 노화되거나 변화되는(weather) 포지셔너.
- 감소된 내부 압력을 갖는 형상이 만들어지는 사출 형상(extruded form) 제조 공정에 있어서,a) 녹은 압출물을 제조 툴(tool)에 옮기는 단계와;b) 상기 녹은 압출물의 온도가 유리 전이 온도 이하로 내려갈 때까지, 상기 녹은 압출물의 온도를 올리면서 상기 녹은 압출물에 압력을 주기적으로 가하는 단계와;c) 제어되는 온도와 압력 하에서 바스(bath)안에서 냉각시키는 단계를 포함하는 사출형상 제조 공정.
- 제94항에 있어서, 상기 냉각 단계가 제어되는 온도와 압력하에서 점차 온도가 낮아지는 순차적인 일련의 바스(bath)안에서 상기 압출물을 냉각시키는 단계를 더 포함하는 사출형상 제조 공정.
- 제94항에 있어서, 상기 주기적인 압력은 약 0 psi의 저압과 약 2000 psi의 고압 사이에서 변화하는 사출형상 제조 공정.
- 제94항에 있어서, 상기 주기적인 압력의 시간 주기는 약 1 milliseconds 와 약 10 milliseconds 사이인 사출형상 제조 공정.
- 제94항에 있어서, 상기 압출물의 녹는 온도가 약 100 ℃와 약 300 ℃ 사이인 사출형상 제조 공정.
- 제94항에 있어서, 상기 유리 전이 온도가 약 -50 ℃ 내지 50 ℃인 사출형상 제조 공정.
- 멀티 도체 케이블에 사용되는 환상 도체(annular conductor)에 있어서,a) 광섬유를 포함하기 위한 체적을 안쪽에 포함하고 있는 환상 지지용 쉬뜨(sheath)와;b) 각 개별 도체가ⅰ) 인장 코어와;ⅱ) 상기 인장 코어를 둘러싸고 있는 도체층(conductor layer)과;ⅲ) 상당히 높은 투자율을 가지고, 상기 도체층을 둘러싸고 있는 매트릭스층 및ⅳ) 상기 매트릭스층을 둘러싸고 있는 절연층을 포함하는 복수개의 개별 도체가 안쪽에 배열되어 있는 상기 환상 지지용 쉬뜨를 둘러싸고 있는 브레이드된 위브(braided weave)를 포함하는 멀티 도체 케이블용 환상 도체.
- 제100항에 있어서, 환상 도체 안에 배열된 적어도 하나의 광섬유를 더 포함하는 멀티 도체 케이블용 환상 도체.
- 제101항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광섬유를 둘러싸고 있는 필러겔(filler gel)을 더 포함하는 멀티 도체 케이블용 환상 도체.
- 제102항에 있어서, 상기 필러겔은 수증기를 흡수하여 움직이지 못하게 하는 멀티 도체 케이블용 환상 도체.
- 제103항에 있어서, 상기 필러겔은 초강력 흡수제인 멀티 도체 케이블용 환상 도체.
- 환상 도체에 사용되는 개별 도체에 있어서,a) 인장 코어와;b) 상기 인장 코어를 둘러싸고 있는 도체층(conductor layer)과;c) 상당히 높은 투자율을 가지고, 상기 도체층을 둘러싸고 있는 매트릭스층 및d) 상기 매트릭스층을 둘러싸고 있는 절연층을 포함하는 환상 도체용 개별 도체.
- 제105항에 있어서, 상기 인장 코어는 강자성체로 이루어진 환상 도체용 개별 도체.
- 제106항에 있어서, 상기 인장 코어는 강철로 이루어진 환상 도체용 개별 도체.
- 제105항에 있어서, 상기 인장 코어에 고전도성 금속 코팅을 더 포함하는 환상 도체용 개별 도체.
- 제105항에 있어서, 상기 매트릭스층은 매트릭스 바인더(binder)를 갖는 미세 입자상물질(fine particulate material)로 이루어지는 환상 도체용 개별 도체.
- 제105항에 있어서, 상기 매트릭스층은 투자율 값과 유전율 값에 있어서 공간적 이방성을 갖는 환상 도체용 개별 도체.
- 제109항에 있어서, 상기 매트릭스층은 고주파 페라이트로 이루어져 있는 환상 도체용 개별 도체.
- 제105항에 있어서, 상기 매트릭스층은 도체의 길이를 따라 주기적으로 변화하는 자화(magnetization)를 갖는 환상 도체용 개별 도체.
- 데이터 전송용 케이블 시스템에 있어서,a) ⅰ) 저주파 신호, 전력 또는 DC 신호를 전송하기 위한 저주파 회로 및 ⅱ) 데이터 전송용 고주파 회로를 포함하고, 네트워크에 연결하는 노드 인터페이스 장치와;b) 주위 공간과 실질적으로 같은 임피던스인 약 100 ohms 내지 500 ohms를 갖는 층을 가지는 외부 임피던스 매칭 하우징을 가지고, 상기 노드 인터페이스 장치에 연결된 케이블 및c) ⅰ) 저주파 신호, 전력 또는 DC 신호를 전송하기 위한 저주파 회로, ⅱ) 데이터 전송용 고주파 회로 및 ⅲ) 신호들을 복수개의 입력 장치로 전송하고, 복수개의 입력로부터 전송해오는 복수개의 인터페이스를 포함하고, 상기 케이블을 복수개의 데이터 장치에 연결하는 사용자 인터페이스 장치를 포함하는 데이터 전송용 케이블 시스템.
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