KR20030019915A - 라디오 주파수 억제 케이블 - Google Patents

Abstract

케이블(10)은 복수의 상호 절연된 전도체(12,14,16,18,20)과 그로부터 라디오 주파수 송신을 막기 위한 전도체들로부터 전연되고, 그를 둘러싸는 저항 층(28)을 포함한다. 저항 층을 포함하는 물질의 벌크 저항은 전도체들을 포함하는 물질의 것보다 크다. 저항층의 두께는 스킨 깊이 δ보다 크며, 스킨 깊이 δ는 여기서 σ는 재료의 도전율이며, f는 주파수이고,은 자유 공간의 자기 투자율에 대한 자기 투자율이며,

Description

라디오 주파수 억제 케이블{Radio frequency suppressing cable}

많은 장치들 및 고정되거나 이동가능한 설치들에서 가변 전도성 링크들로 회로 보드들, 장치들 및 악세서리들을 인터커넥트하기 위한 요구들이 있다. 그러나 라디오 주파수 방사들과 관계된 규정들을 따르기 위해서, 이러한 가변 전도성 링크들로부터 라디오 주파수 방사의 누출을 억제해야 할 필요가 있다. 한가지 알려진 기술은 전도체가 튜블러(tubular)에 의해 삽입되고 둘러싸인 동축 케이블들과, 오퍼레이션이 일반적으로 접지된 웨이브진 금속성의 스크리닝 전도체을 사용하는 것이다. 많은 동축 케이블들의 유연성의 정도가 따라서 고정된 지역의 장비들 및 TV 안테나 리드(lead)들과 같은 정적 응용들에서 사용하기 위한 적당한 것을 만드는데 제한된다. 웨이브진 금속성의 스크리닝 전도체는 케이블의 외부에 아래로 흐르는의사(spurious) 전류들을 허용한다는 단점을 갖는다. 어떤 응용들에서 스탠딩 파들은 개인적인 응용들에서 사용된 케이블들 상에서 제공되는 것으로 보고되었고, 이것은 이러한 스탠딩 파들 및 사용자 사이의 결합에 따른 높은 SAR(specific absorption rate)의 결론으로 리드된다.

원치않는 라디오 신호 전파를 줄이기 위한 다른 알려진 기술에서, 페라이트 비드가 라디오 주파수 전류들을 생성시키는 장치로의 케이블의 부착 전에 가능한한 가까운 위치에서 케이블을 둘러싸며 감싸진다. 페라이트 비드 또는 복수의 이러한 비드들을 사용하는데 있어서의 단점은 이것 또는 이들이 단단해서 케이블의 유연성을 감소시키고 또한 방사가 그들 사이에서는 아니고, 단지 페라이트 비드들의 근처에서만 억제된다는 것이다.

본 발명은 라디오 주파수 신호들의 원치 않는 방사를 억제하기 위한 라디오 주파수 억제 케이블에 관한 것이다. 이러한 케이블은 라디오 주파수 테스트 및 측정 목적들을 위해 사용될 수 있는 장치들 및/또는 장비를 인터커넥트하기 위해 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 만들어진 저주파수 멀티코어 케이블의 실시예를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명에 따라 만들어진 케이블에 의해 서로 연결된 장치들을 포함하는 장비의 개략 블록 다이어그램.

본 발명의 목적은 실질적으로 케이블의 전체 길이를 따라 무선 주파수 억제를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 적어도 하나의 컨덕터 및 상기 적어도 하나의 컨덕터를 둘러싸고 그로부터 절연되는 저항층이 제공되며, 저항층을 포함하는 물질의 벌크 저항(bulk resistance)은 적어도 하나의 컨덕터를 포함하는 물질보다 크다.

본 발명의 일 실시예에서, 저항층의 두께는 스킨 깊이(skin depth)(δ)보다크며, 스킨 깊이(δ)는,

와 같고, 여기서, σ는 물질의 도전율이고, f는 주파수이고,r은 자유 공간에 비례하는 자기 투자율이며,는 자유 공간의 자기 투자율이다.

본 발명에 따라 만들어진 케이블은 그 길이를 따라 연속적인 무선 주파수 억제를 제공한다. 케이블의 컨덕터들의 수와 크기에 의존하여, 케이블은 비교적 얇을 수 있으며, 휴대용 장치 및 부속품들과 함께 사용될 수 있도록 하기에 유연하거나, 또는 고정적으로 설치된 설비들과 상호접속하는데 사용될 수 있도록 하기에 덜 유연할 수도 있다. 저항층의 제공은 존재할 수도 있는 임의의 정상파들(standing waves)을 억제하도록 작용한다.

저항층의 두께는 스킨 깊이의 2 내지 10배이다.

저항 물질은 그래파이트, 그래파이트 필라멘트에서 만들어진 짜여진 탄소 섬유 또는 그래파이트가 로드된 플라스틱과 같은 물질계의 탄소를 포함할 수도 있다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조로, 예시의 방법으로 이제 설명될 것이다.

도면에서 동일한 참조 번호들은 일치하는 특성을 가리키는데 사용되었다.

5 개의 컨덕터들(12, 14, 16, 18, 20)을 포함하는 도 1에 도시된 케이블은 절연 공간(22) 사이에서 상호 절연된다. 컨덕터(18)는 추가의 절연층(24)을 갖는다. 각각의 컨덕터들이 자체의 절연 커버를 가지고 있지 않을 경우 절연 공간(22)은 절연 플라스틱으로 채워진다. 하지만, 그들이 커버된다면 절연 공간(22)은 대신에 공기 유전체를 포함할 수 있다. 동축의 전도성있는 실딩은 절연 공간(22)을 둘러싼다. 외부의 절연 플라스틱 커버링(30)이 제공되고 저항층(28)이 전도성있는 실딩(26)과 외부 커버링(30)사이에 배치된다.

각각의 구성 요소 부분을 포함하는 케이블(10) 및 물질들의 교차 부분의 크기는 특정 엔드 유저(end user) 어플리케이션에 대하여 선택된다.

컨덕터들(12, 14, 16, 18 및 20)은 고체 또는 몇몇 스트랜드들을 포함할 수 있으며 동, 알루미늄 및 스틸과 같이 케이블 제품에 일반적으로 사용되는 금속들 중 하나가 될 수 있다. 물질은 절연 공간(22)에 채워지고 PVC(폴리 비닐 염화물), 실리콘을 주성분으로 한 플라스틱과 고무, 및 PTFE(폴리테트라 플루오르 에틸렌)과 같이 케이블을 만드는데에 보통 사용되는 물질들을 포함할 수 있는 절연층(24)을 형성한다.

저항층(28)은 컨덕터들(12, 14, 16, 18 및 20) 및 전도성있는 실딩으로부터의 라디오 주파수 신호들의 방출을 억제하기 위해 제공된다. 저항층(28)에서 사용된 물질의 벌크 저항이 먼저 도전 물질들의 것보다 매우 커야 하는 것이 필요하지만, 둘째로는 라디오 주파수 필드들이 여전히 도전체들에 연결되어있어 크지 않다. 이러한 두번째 제약이 이제 좀더 자세히 이하에서 설명될 것이다.

전도성/저항성 물질이 라디오 주파수 필드에 영향을 받을 때, 전류들이 이 물질의 표면 상에 그리고 근처에 흐른다. 최대 전류 밀도는 표면상이고 전류는 표면으로부터 멀어짐에 따라 지수적으로 감소한다. 이 현상은 "표면 효과"라 불린다. 전류 밀도가 그 초기 값의 1/e 값까지 떨어지는 거리가 표면 깊이()로 불리며, 이표면 깊이()는 다음식과 같으며,

여기서 σ는 물질의 도전율이고,

f는 주파수이며,

은 자유 공간의 자기 투자율에 관한 자기 투자율이며,

은 자유 공간의 자기 투자율이다.

거의 모든 물질들()은 1에 가깝다.

그 두께가 그것의 표면 깊이와 대략 같거나 작은 물질은 그것이 전자 필드의 효과들로 부터 포위하는 어떤 것이든지 차폐하는 것에 효과가 없다. 만약 그러한물질이 케이블들의 라디오 차폐로서 의도된 목적에 사용된다면 라디오 주파수 신호들은 케이블의 전도체들(12-20)에 여전히 결합될 것이며 이들은 (다소 감쇄된)(아마 공진)라디오 주파수 전류들을 지지할 수 있을 것이다. 그러므로, 층(28)을 형성하는 저항성 물질은 그 표면 깊이 보다 다소 더 두꺼워야 하며, 예를 들어 2-10배의 표면 깊이가 수용가능한 두께들로서 종종 취해진다.

휴대용 장비를 상호 연결하기에 적합한 케이블은 몇 밀리미터의 오더(order)의 두께를 가질 수 있다. 4 밀리미터 지름 케이블은 일부 응용들에 대해 두껍다고 고려될 수 있다. 케이블을 수용할 수 없는 두께로 만드는 것을 피하기 위해 저항성 층(28)의 두께는 약 0.5 mm 두께이어야 하므로, 지름을 1mm 까지 증가시킨다. 숫자 예들은 900Mhz에서 동작하고 저항성 층에 대해 표면 깊이 두께의 5배의 요구를 갖는 케이블을 사용하는 장비에 대해 고려된다.

이들 요건들은 대략 28000 S/m(지멘스/미터)보다 큰 값을 가진 재료 δ의 도전율을 부여하기 위해 재배열된 항들 및 상기 식으로 대체된다. 이것은 예를 들면 5.7x106 S/m인 구리와 1.1x 10106 S/m인 스테인레스 스틸에 모두 공통으로 사용된 금속들의 도전성보다 훨씬 낮다. 그라파이트는 약 7x104 S/m의 도전성을 가지며 그 저항 응용들에 대해 잘 알려져 있다.

그 벌크 저항으로 인해, 그래파이트는 몇몇 관점에서 저항층(28)에 유용한 물질이다. 그래파이트는 많은 방법들로 사용될 수 있다. 예를 들면 그래파이트는 약간의 유연성을 가진 필라멘트들로 그래파이트를 압출함으로써 형성된 탄소 섬유로 형성될 수 있다. 탄소 섬유들을 만들고 또한 이들을 직조하기 위한 기술은 잘정립되어 있으므로 저항층은 경제적으로 제조될 수 있다. 다른 예에 있어서 저항층은 고체 그래파이트의 것보다 저항이 증가한 재료를 주기 위해 고농도의 그래파이트 분말이 섞인 플라스틱들로 구성될 수 있다.

그래파이트의 벌크 도전성 및 모든 대다수의 금속들은 스킨 효과 때문에 약 1000 배만큼 다르지만, 무선 주파수들에서의 도전성은 벌크 도전성의 평방근만큼만 다르다. 그 결과 저항층(28)의 저항은 외부 무선 주파수 필드로부터 떨어져 있는 도전체들(12 내지 20)의 저항보다 약 30 배 크다.

도 2를 참조하면 장치는 본 발명에 따라 만들어진 케이블(10)로 수신 장치(34)에 결합된 송신 장치(32)를 포함한다. 이 장치들(32, 34)은 이동 무선 환경에서 사용하기 위한 장치들 및 장비 또는 측정 장치들 및 무선 주파수 테스트를 포함할 수 있다.

저항층(28)이 케이블(10)로부터의 억압 방사들로서 기술되어 잇지만, 저항층(28)은 또한 외부 rf 방사가 도전체들에 도달하는 것을 억제할 수 있다.

본 명세서와 청구항들 있어서, 구성성분들 앞에 나오는 단어 "하나(a)" 또는 "하나(an)"는 복수의 그러한 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 또한, 단어 "포함하다(comprising)"는 이렇게 나열된 이상의 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.

본 개시물을 읽음으로부터, 다른 수정들은 이 기술분야에 숙련된 자들에게 명백해질 것이다. 그러한 수정들은 무선 주파수 억제 케이블들의 설계, 제조 및 이용과 그것에 대한 구성성분 부분들이 이미 알려지고 여기에 이미 설명된 특징들 대신에 또는 그 특징들 이외에 이용될 수 있는 다른 특징들을 포함할 수 있다.

Claims (11)

1. 케이블에 있어서,

   적어도 하나의 도전체와 상기 적어도 하나의 도전체로 둘러싸여 있고, 그것으로부터 절연되어 있는 저항층을 포함하며,

   상기 저항층을 포함하는 재료의 벌크 저항은 상기 적어도 하나의 도전체를 포함하는 재료의 벌크 저항보다 큰, 케이블.
2. 제 1 항에 있어서,

   저항층의 두께는 스킨 깊이 δ보다 크며, 상기 스킨 깊이 δ는

   이며,

   여기서 σ는 재료의 도전율이며, f는 주파수이고,은 자유 공간의 자기 투자율에 대한 자기 투자율이며,는 자유 공간의 자기 투자율인, 케이블.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   다수의 상호 절연된 도전체들은 저항층으로 둘러싸인, 케이블.
4. 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저항층의 두께는 스킨 깊이 δ의 2 및 10배 사이에 있는, 케이블.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저항층은 유연한, 케이블.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저항층은 탄소 기반 저항 재료(carbon based resistive material)로 이루어진, 케이블.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저항층은 그래파이트(graphite)를 포함하는, 케이블.
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저항층은 탄소 주입 실리콘(carbon impregnated silicone)을 포함하는, 케이블.
9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저항층은 짜여진 탄소 섬유(woven carbon fibre)를 포함하는, 케이블.
10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 저항층은 그래파이트 적재된 플라스틱(graphite loaded plastic)들을 포함하는, 케이블.
11. 송신 및 수신 디바이스들을 전기적으로 함께 결합하기 위해 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 청구된 케이블, 송신 디바이스 및, 수신 디바이스 및 케이블을 포함하는 장치.