KR20070014451A - 고주파 신호 전송용 ｕｔｐ케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자파 차폐 기능이 있는 UTP 케이블을 사용하여 500~700MHz 대역의 고주파 사용시, 인근 케이블과의 외계간섭 없이 수십Gbps 수준의 전송이 가능한 구조를 갖는 UTP 케이블에 관한 것이다.

본 발명에 따른 UTP 케이블은 절연 피복된 두 개의 도선이 나선형으로 꼬여져 있는 한 개 이상의 도선 페어와, 도선 페어를 감싸며, 고분자 수지 및 전도성 물질로 이루어진 전자파 차폐 시스와, 전자파 차폐 시스를 감싸며, 절연성 물질로 이루어진 절연 시스를 포함한다.

UTP 케이블, 전자파 차폐, FTP, STP

Description

고주파 신호 전송용 ＵＴＰ케이블{UTP cable for transmitting high frequency signal}

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

도 1은 UTP 케이블 내에 구비되는 통상의 도선 페어를 도시하는 사시도.

도 2는 종래 기술에 따른 FTP의 구성을 도시하는 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UTP 케이블의 구성을 도시하는 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 UTP 케이블의 구성을 도시하는 단면도.

도 5는 본 발명에서 사용한 전자파 차폐제의 차폐효율을 나타내는 그래프.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 UTP 케이블의 전송특성을 나타내는 그래프.

도 7은 종래 기술에 따른 UTP Cat.6 케이블의 전송 특성을 나타내는 그래프.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10..도선페어 20..전자파 차폐시스 30..절연시스

40..크로스필러 50..내부절연층

본 발명은 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블에 관한 것으로서, 특히 고주파 대역에서의 전송특성을 향상시키기 위해 외계 간섭현상을 억제할 수 있는 구조를 갖는 UTP 케이블에 관한 것이다.

일반적으로, 데이터 전송용 케이블에는 다양한 종류가 있으며, 그 중 UTP 케이블은 LAN, IBS의 대용량 데이터 전송의 신속성 및 고신뢰성이 요구되는 시스템에 사용되는 비차폐 연선 케이블로서, 주로 LAN, IBS 및 인터넷 등 PC통신, 주거용 건물 내 통신용 케이블 및 멀티-미디어 서비스(대용량 데이터 전송)용으로 사용된다.

UTP 케이블은, 도 1에 도시된 바와 같이, 절연 피복된 두 개의 도선(100, 101)이 서로 나선형으로 꼬인 도선 페어(P)를 내부에 구비하며, 통상적으로 둘 이상의 도선 페어가 집합된 번들 타입으로 형성된다. 이러한 UTP 케이블은 주파수 기준에 따라 Cat.(category)3(16MHz), Cat.4(20MHz), Cat.5(100MHz), Cat.6(200MHz)로 분류되는데, 숫자가 높아질수록 전송특성이 우수하다. 즉, 고주파수를 사용할수록 보다 많은 정보를 전송할 수 있다.

그동안 UTP 케이블의 정보전송한계는 155Mbps 정도였으나, 전송장비기술이 발달함에 따라 DSP(Digital Signal Processing) 등의 장비에 의한 보상 등의 방법을 사용함으로써, Cat. 5 케이블로 1000Mbps(1Gbps) 전송할 수 있게 되었다. 그러 나 최근 동화상 전송기술 등이 발전하면서 이보다 높은 정보 전송용량을 필요로 하게 되어 고주파를 많이 사용하는데, 고주파를 사용할수록 케이블 주위의 외계 간섭은 지수함수적으로 크게 증가한다.

즉, 높은 변조주파수를 사용할수록 인접케이블들이 서로 맞닿도록 배치되어 있는 구조상, 각 단일 UTP 케이블의 도선에서 유도되는 전자기장이 인접한 다른UTP 케이블에 전자기적 영향을 주는 외계 간섭(Alien cross talk)이 발생하여, 수신단에서 신호 분리가 어려운 한계점이 있다.

대표적인 간섭 현상으로는 NEXT(Near End Cross Talk) 또는 FEXT(Far End Cross Talk)등이 있으며, 이를 해결하기 위하여 4개의 도선페어간의 접촉을 최대한 회피할 수 있도록 단면이 십자형으로 설계된 내부 간극재를 사용하거나, 페어간의 꼬임 간격을 조절하는 방법 등이 시도되어 왔다. 또한, FTP(Foiled Twisted Pair) 및 STP(Shielded Twisted Pair)등과 같이, 내부에 금속 박막을 피복하여 전자파 차폐 특성을 부여하는 방법이 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 FTP 케이블의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 2를 참조하면, FTP 케이블은 내부에 복수개의 도선페어(1)를 구비하고, 도선페어(1)를 피복하는 외부의 시스층(2)과, 도선페어(1)와 시스층(2) 사이에 개재되어 전자파를 차폐하는 금속박(3)으로 구성된다. 여기서, 금속박(3)은 각각의 도선페어(1) 근단간섭뿐만 아니라 외계간섭 등으로부터 보호될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

그러나 FTP구조와 같이 금속박을 이용하여 차폐를 구현한 경우, 밀도가 커서 무겁고, 유연성이 나쁘며, 부식이 되기 쉽고, 가공이 용이하지 않다는 단점이 있으며, 또한 제조하는데 있어서 추가의 가공 공정이 필요하여 불편하고, 별도의 운송 및 운반 비용, 불량률 등으로 인한 기타의 비용이 소모되며, 시공방법에 따른 제품성능의 편차가 커서 유지보수하는데 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전자파 차폐를 위한 금속박 등 별도의 구조변경 없이, 시스조성물 자체에 전자파 차폐 기능을 부여함으로써 500MHz이상의 고주파 대역에서도 외계간섭에 의한 방해 없이 높은 전송속도를 구현할 수 있는 UTP 케이블을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 UTP 케이블은 전자파 차폐 기능이 있는 시스를 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 UTP 케이블은, 절연 피복된 두 개의 도선이 나선형으로 꼬여져 있는 한 개 이상의 도선 페어와, 도선 페어를 감싸며, 고분자 수지 및 전도성 물질로 이루어진 전자파 차폐 시스와, 전자파 차폐 시스를 감싸며, 절연성 물질로 이루어진 절연 시스를 포함한다.

여기서, 전자파 차폐 시스는, 고분자 수지 100phr을 기준으로 했을 때 전도성 물질을 20 ~120phr포함하며, 전도성 물질로는 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 금속 섬유, 전도성 고분자, 금속분말 중에서 선택된 하나 또는 하나 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

바람직하게, 아세틸렌 블랙 0 ~ 70phr 과 전도성 고분자 20 ~ 50 phr의 혼합 물이 사용될 수 있다.

또한, 전자파 차폐 시스의 전자파 차폐율은 10~40dB이고, 전자파 차폐 시스의 두께는 0.5~2.5mm인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, UTP 케이블은 전자파 차폐 시스내에 종입되어 도선 페어들 상호간을 격리시키기 위한 크로스 필러(Cross filler)를 더 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 UTP 케이블은, 절연 피복된 두 개의 도선이 나선형으로 꼬여져 있는 한 개 이상의 도선 페어와, 고분자 수지 및 전도성 물질로 이루어진 전자파 차폐 시스와, 전자파 차폐 시스를 감싸며, 절연성 물질로 이루어진 절연 시스를 포함하고, 상기 전자파 차폐 시스 안쪽 면에 피복되어 있는 내부절연층을 더 포함한다.

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

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UTP 케이블의 구성을 도시하는 횡단면도 이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 UTP 케이블은, 내부에 절연 피복된 두 개의 도선이 나선형으로 꼬여져 있는 한 개 이상의 도선 페어(10)와, 도선 페어를 감싸며, 고분자 수지 및 전도성 물질로 이루어진 전자파 차폐 시스(20)와, 전자파 차폐 시스(20)를 감싸며, 절연성 물질로 이루어진 절연 시스(30)를 포함한다.

UTP 케이블은, 절연 피복된 두 개의 도선이 상호 나선형으로 꼬여져 있는 도선 페어 다수 개가 시스 내에 집합된 구조를 갖는다. 예컨대, UTP 케이블의 시스 내에는 4개의 도선 페어(10)가 집합되며, 이때, 페어간의 피치 차이는 전자기적 상호작용을 최소화하도록 0.5~7.5mm(보다 바람직하게는 1.0~7.0mm)를 유지하는 것이 바람직하다. 여기서, 도선 페어의 수가 이러한 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.

부가적으로, 다수개의 도선 페어(10)를 구비한 UTP 케이블의 내부에는 도선 페어(10)들을 서로 격리시켜 도선 페어간의 외계간섭을 방지하는 크로스 필러(40)가 종입된다.

크로스 필러(40)는 도선 페어(10) 사이를 가로막도록 상호 교차하는 4개의 격벽이 구비된 구조를 갖고, 크로스 필러(40)의 두께는 0.2~1.0mm 정도가 바람직하다. 이러한 크로스 필러(40)는 도선 페어(10)간 거리를 최대한 떨어뜨리는 효과를 가져와 인접한 도선 페어(10)간의 외계간섭을 저감시킨다.

전자파 차폐 시스(20)는 도선 페어(10)를 감싸도록 피복되며, 고분자 수지와 전도성 물질로 구성된다. 그 재료로는 고분자 수지와, 전자파 차폐 특성을 갖는 전도성 물질로 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 금속 섬유, 전도성 고분자, 금속분말 중에서 선택된 하나 또는 하나 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 이때, 차폐 특성을 향상시키기 위하여 전자파 차폐 시스(20)에 포함되는 전도성 물질의 함량은, 고분자 수지의 함량을 100hpr으로 했을 때, 전도성 물질의 함량이 20~120phr 정도가 바람직하다. 전도성 물질의 함량이 20phr 이하에서는 만족스런 잔자파 차계효율을 얻기 어렵고, 120phr 이상에서는 전자파 차폐특성은 얻을 수 있으나 기계적 강도가 떨어지고, 재료가 딱딱하거나 쉽게 부스러지는 상태가 되어 압출이 원활하게 이루어 질 수 없다.

바람직하게, 전자파 차폐 시스에 포함되는 전도성 물질로 아세틸렌블랙 0 ~ 70 phr과 전도성 고분자 20 ~ 50 phr의 혼합물로 구성될 수 있다. 전도성 고분자는 컴파운드로 사용할 경우에도 형상(aggregate)이 유지되어 차폐특성이 우수한 특징을 나타내지만 단독으로 많은 양을 사용할 경우 재료가 딱딱해지는 현상이 발생하고, 아세틸렌블랙은 단독으로 사용할 경우 재료가 부드러운 측면이 있으나 차폐특성이 높게 나오지 않는다. 따라서, 아세틸렌블랙과 전도성 고분자를 상기 범위에서 혼합사용할 경우 차폐특성과 압출특성을 동시에 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 전자파 차폐 시스(20)는 전송 특성을 최적화하기 위해 전자파 차폐 효율이 10~40dB 범위인 것이 바람직하고, 그 두께는 0.5~2.5mm인 것이 바람직하다. 전자파 차폐 시스(20)의 두께가 0.5mm 보다 얇을 경우 차폐 특성이 잘 나타나지 않으며, 2.5mm 보다 두꺼울 경우 UTP 케이블이 과도하 게 두꺼워지는 문제점이 있다.

절연 시스(30)는 전자파 차폐 시스(20)를 감싸도록 피복되어, UTP 케이블의 가장 외부에 구비되는 것으로서, 외부환경에 대하여 절연특성을 확보할 뿐 아니라 전자파 차폐 시스(20)에 의한 전도성을 차단하는 역할을 한다. 따라서, 그 두께는 1~2mm 가 바람직한데, 두께가 1mm보다 얇을 경우 피복재로서 필요한 인장 강도 및 신율 특성을 갖기 어렵고, 두께가 2mm보다 두꺼울 경우 자재 소모량이 불필요하게 많을 뿐 아니라 UTP 케이블의 무게가 크게 늘어나는 문제점이 발생한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 UTP 케이블의 구성을 도시하는 횡단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 UTP 케이블은, 내부에 절연 피복된 두 개의 도선이 나선형으로 꼬여져 있는 한 개 이상의 도선 페어(10')와, 도선 페어(10')를 감싸며, 고분자 수지 및 전도성 물질로 이루어진 전자파 차폐 시스(20')와, 전자파 차폐 시스(20')를 감싸며, 절연성 물질로 이루어진 절연 시스(30')를 포함하고, 상기 전자파 차폐 시스(20') 안쪽 면에 내부절연층(50)이 피복되어 있는 것을 특징으로 한다.

내부절연층(50)은 전자파 차폐 시스(20')의 안쪽에 피복되어 전기적인 영향을 억제하는 역할을 하는 것으로서, 내부절연층(50)을 사용할 경우, 보다 안정적인 특성을 확보할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 전자파 차폐 시스는 도전성을 가지고 있으므로 고주파를 이용한 신호전송시에 표피효과(Skin Effect)를 받게 되며, 이러한 표피효과에 의하여 도전성을 갖는 시스는 전송에너지를 흡수하게 된다. 따 라서 200MHz이상의 고주파로 갈수록 전송손실(Atteunation)이 발생하게 되는데 이를 방지하기 위해 절연층을 이용하여 전자파 차폐시스와 내부코어사이를 이격시켜 주는 것이 바람직하다. 상기 절연층으로 절연필름을 사용할 수도 있다.

여기서, 내부절연층(50)의 두께는 0.1~0.5mm 정도가 바람직한데, 이는 0.1mm 이하의 필름은 표피효과에 의한 전송손실을 줄이는데 효과적이지 못하며, 0.5mm 이상의 필름은 불필요하게 케이블을 대형화, 중량화시킬 뿐만 아니라, 가공이 어렵기 때문이다.

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 UTP 케이블의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

<실시예>

먼저, 500~650MHz 범위의 고주파 대역에서도 10Gpbs 이상의 전송 특성을 갖는 UTP 케이블을 제조하기 위하여, 절연 피복된 두 개의 도선을 나선형으로 꼬아서 도선 페어를 형성하고, 같은 방법으로 형성된 도선 페어를 4개 마련한다.

4개의 도선 페어가 준비되면, 약 0.3mm 두께를 갖는 십자형 크로스 필러의 날개 사이에 도선 페어를 하나씩 위치시켜 십자형 크로스 필러를 경계로 4개의 도선 페어가 격리된 집합체를 형성한다.

그리고 나서, 집합체를 감싸도록 피복되는 다수의 시스층을 형성하는데, 먼저, 전자파 차폐 기능을 갖는 전자파 차폐 시스를 만들기 위해 고분자 수지와 전도성 물질을 준비한다. 여기에 사용되는 고분자 수지로는, 미국 듀폰(Dupont)사의 EVA421이 기본재료로 사용되고, 전도성 물질로는 카본 블랙을 사용한다. 고분자 수 지(EVA421), 전도성 물질(카본 블랙), 결합재 및 기타 첨가제를 각각 100phr, 70phr, 10phr 및 소량 합하여 총량이 190phr가 되도록 혼합물을 만들어 전자파 차폐 시스를 제조한다. 이렇게 제조된 전자파 차폐 시스의 전자파 차폐 특성은 휴렛팩커드사의 네트워크 분석기(network analyzer)로 평가되고, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전자파 차폐시스를 평가한 결과 500~650MHz 범위에서 약 30dB(~99.9%) 수준의 우수한 차폐효율을 확인하였다.(도 5참조)

또한, 전자파 차폐시스의 전도성 영향을 최대한 차단하기 위하여 도선페어로 구성된 집합체를 내부절연층으로 피복할 수 있으며, 내부절연층으로 폴리에틸렌(PE) 필름이 사용될 수도 있다. 이때, 사용되는 내부절연층의 두께는 0.2mm가 바람직하다.

내부절연층이 마련된 도선페어 집합체는 내부의 전자파 차폐시스 및 외부의 절연시스와 함께 압출다이스에 장착되어 공압출 방식으로 동시에 압출된다. 바람직하게, 압출다이스에 의해 압력으로 밀려나는 전자파 차폐 시스 및 절연 시스의 두께는 각각 2mm, 1.2mm 가 되도록 한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 UTP 케이블의 전송특성을 나타내는 그래프이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 10Gbps 전송 특성을 측정한 결과, 인근 케이블과의 외계간섭은 4개의 도선페어, 즉, 도선페어 1, 도선페어 2, 도선페어 3 및 도선페어 4에서 모두 IEEE(국제전기전자학회)에서 권고한 스펙값을 상회하는 수준으로서, 상호간섭이 적은 상태로 10Gbps전송이 가능한 우수한 특성을 보여준다.

<비교예>

종래 기술에 의한 UTP 케이블 중 가장 우수한 전송특성을 갖는 Cat.6제품을 이용하여 상술한 실시예와 마찬가지로 10Gbps 전송특성을 확인한 결과, 인근 케이블에 의한 도선페어간의 간섭이 극심하여 IEEE가 권고한 스펙값을 크게 밑돌고 있음을 확인하였다. (도 7참조)

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

본 발명에 의하면 UTP 케이블에 전자파 차폐 기능이 있는 시스를 구비함으로써, 500~700MHz의 고주파 대역에서도 인근 케이블과의 간섭에 의한 외부 잡음을 차단하여 수십Gbps 수준의 전송이 가능한 고속 통신용 케이블을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은 시스 조성물 자체에 전자파 차폐 기능을 부여함으로써, 별도의 구조변경이 없어 제조공정시 편리한 이점이 있다.

Claims (15)

1. 절연 피복된 두 개의 도선이 나선형으로 꼬여져 있는 한 개 이상의 도선 페어;

   상기 도선 페어를 감싸며, 고분자 수지 및 전도성 물질로 이루어진 전자파 차폐 시스; 및

   상기 전자파 차폐 시스를 감싸며, 절연성 물질로 이루어진 절연 시스;를 포함하는 UTP 케이블
2. 절연 피복된 두 개의 도선이 나선형으로 꼬여져 있는 한 개 이상의 도선 페어;

   상기 도선 페어를 감싸며, 고분자 수지 및 전도성 물질로 이루어진 전자파 차폐 시스;

   상기 전자파 차폐 시스 안쪽 면에 피복된 내부절연층; 및

   상기 전자파 차폐 시스를 감싸며, 절연성 물질로 이루어진 절연 시스;를 포함하는 UTP 케이블
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전자파 차폐 시스에 있어서,

   전도성 물질은 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 금속 섬유, 전도성 고분자, 금속분말 중 선택된 하나 또는 하나 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 혼합물에는 전도성 고분자 또는 아세틸렌 블랙를 포함하는 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전자파 차폐 시스는, 고분자 수지 100phr을 기준으로 전도성 물질의 함량이 20 내지 120phr인 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전도성 물질은 고분자 수지 100phr을 기준으로 아세틸렌 블랙 0~70phr, 전도성 고분자 20 ~ 50phr의 혼합인 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전자파 차폐 시스의 전자파 차폐율은 10 내지 40dB인 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전자파 차폐 시스의 두께는 0.5 내지 2.5mm인 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 절연 시스의 두께는 1.0 내지 2.0mm인 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

    상기 하나 이상의 도선 페어는 상이한 피치 값을 가지는 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 하나 이상의 도선 페어간의 피치 차이는 0.5 내지 7.5mm인 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 하나 이상의 도선 페어간의 피치 차이는 1.0 내지 7.0mm인 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

    상기 UTP 케이블의 전자파 차폐 시스내에 종입되어 상기 도선 페어들 상호간을 격리시키기 위한 크로스 필러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 크로스 필러의 두께는 0.2 내지 1.0mm인 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.
15. 제 2항에 있어서,

    상기 내부절연층의 두께는 0.1~0.5mm 인 것을 특징으로 하는 UTP 케이블.

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