KR20080101365A - 고속 통신용 케이블 - Google Patents

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KR20080101365A
KR20080101365A KR1020070048014A KR20070048014A KR20080101365A KR 20080101365 A KR20080101365 A KR 20080101365A KR 1020070048014 A KR1020070048014 A KR 1020070048014A KR 20070048014 A KR20070048014 A KR 20070048014A KR 20080101365 A KR20080101365 A KR 20080101365A
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Abstract

본 발명은 고속 통신용 케이블에 관한 것으로, 직경 d 를 갖는 도체가 절연체로 피복되어 외경 D 를 갖는 도선으로 형성되고, 상기 도선이 대연피치 p 를 갖도록 복수 개 꼬여져 연선부를 형성하며, 상기 연선부가 집합피치 P 를 갖도록 복수 개 꼬여져 형성되는 고속 통신용 케이블로서, 본 고속 통신용 케이블은 상기 연선부를 감싸를 시스부를 포함하며, 상기 도선의 임피던스(Z)는 90 이상 110 이하의 범위를 가지며, 상기 도체의 직경(d)은 0.53mm 이상 0.65mm 이하의 범위를 가지며, 상기 도선의 외경(D)은 0.9 mm 이상 1.1 mm 이하의 범위를 가지며, 상기 대연피치(p)는 8mm 이상 25 mm 이하의 범위를 가지며, 상기 집합피치(P)는 40 mm 이상 150 mm 의 범위를 가지며, 상기 도체의 직경에 대한 도선의 외경 비율(D/d)은 1.625 이상 1.835 이하의 범위를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 케이블 내부의 도선과 데이터 전송장비 간의 임피던스를 매칭시킴으로써, 케이블의 반사손실을 최소화시킬 수 있으면서도 높은 생산성 구현이 가능한 고속 데이터 전송용 케이블을 제공할 수 있다.
UTP, 케이블, 데이터, 전송

Description

고속 통신용 케이블{COMMUNICATION CABLE OF HIGH CAPACITY}
첨부의 하기 도면들은, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 고속 통신용 케이블의 구성을 도시하는 횡단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 고속 통신용 케이블의 연선부(20)를 도시한 평면도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 세퍼레이터를 포함하는 고속 통신용 케이블의 구성을 도시하는 횡단면도이며,
도 4는 본 발명에 따른 고속 통신용 케이블의 실시예와 비교예의 특성치를 나타낸 도표이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 도선 11: 도체
12 : 절연체 20: 연선부
30: 시스부 40: 세퍼레이터
본 발명은 통신용 케이블에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 데이터의 고속 전송을 가능하게 하는 임피던스 값을 가지면서도 반사손실이 감소되며, 또한 고생산성 구현이 가능한 고속 데이터 전송 케이블에 관한 것이다.
최근 ATM 및 Ethernet 등 통신기술의 급격한 발달에 따라 통신 케이블의 중요성이 대두되고 있는 실정이다.
일반적으로, 통신용 케이블은 구리 등의 도체와 이를 절연하는 피복으로 이루어진 도선들을 나선형으로 꼬아 페어(Pair)를 만들고, 이러한 개개의 페어들을 4개 정도 모아 다시 피복한 형태인 통상 UTP(Unshielded Twisted Pair)케이블이라고 명칭되는 비차폐 케이블이 많이 이용되고 있다.
이러한 통신 케이블은 최근 정보통신 기술의 발달에 따라 그 정보 전송능력 증대가 중요한 문제로 부각되고 있으며, 이러한 전송능력 증대를 구현하는 방향으로 개발 보완되어 왔다.
한편, 세계적인 규약에 의해 상기 통신 케이블은 신호전송능력에 따라 카테고리(Category 또는 Cat.)라는 식별기호와 숫자에 의해 구분되며, 본 숫자가 커질수록 높은 전송특성을 가진다.
예를 들면, Cat.3의 경우 16MHz, Cat.4는 20MHz, Cat.5는 100MHz의 신호 전송이 가능한데, 높은 변조 주파수를 사용할수록 단위시간당 보다 많은 양의 정보를 보낼 수 있음은 물론이다.
그러나, 높은 변조주파수를 이용할수록 케이블 간의 간섭과 도선 내부의 임피던스(Impedance) 변화에 의한 노이즈(Noise) 현상이 증가하여 신호 수신부(Receiver)에서의 신호 분리가 어려워지는 문제점이 있었다.
이와 같은 이유로, 그동안 UTP 케이블의 신호 전송한계는 155Mbps(Megabit per sec) 정도로 여겨져 왔다.
그러나, 최근 정보전송장비 기술의 발달에 따라 DSP(Digital Signal Processing) 장비 등에 의한 보상(Compensation) 방법을 이용하여 케이블 내 간섭에 의한 신호 열화(劣化)를 보상할 수 있게 됨으로써, Cat.5e 케이블을 이용하여 1000Mbps(1Gbps) 전송이 가능하게 되었으며, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 미국 전기ㆍ전자 기술자협회) 표준 위원회에서는 1999년에 이르러 1000 Base-T 를 이더넷(Ethernet) 표준으로 공식 규격화 하였다.
한편, 최근 동화상 전송기술 등 관련 기술의 발전 추세로 볼 때 멀지 않은 미래에 보다 높은 수준의 정보 전송을 가능하게 할 수 있는 케이블을 필요로 할 가능성이 크며, 주요 케이블 및 시스템 관련 업체에서는 이에 대비한 연구개발을 경쟁적으로 진행하고 있고, 또한 IEEE 내에도 고속 정보전송 케이블에 관한 규격 제정을 위한 전문위원회가 설치되고 있는 실정이다.
그런데, 전송용량을 증가시키기 위해서는 일반적으로 고주파를 이용하게 되고, 이러한 고주파를 이용하는 경우 삽입손실(Insertion Loss), 케이블 도선과 장비 간의 임피던스 미스매칭(Impedance Mismatching), 도선 상호 간의 간섭(Crosstalk)이 비례하여 증가하는 문제점이 발생된다.
대표적인 간섭현상으로는 RL(Return Loss), NEXT(Near End Crosstalk), FEXT(Far End Crosstalk) 등이 있으며, 이를 해결하기 위해, 전송시스템 자체에서 보상을 해주는 방법과 도선의 꼬이는 피치(Pitch), 도체경, 절연외경, 크로스필러(Cross Filler)의 형상 등을 변경하는 방법이 시도되고 있다.
UTP 케이블의 전송특성 향상과 관련된 특허들을 살펴보면, 개발의 초기 단계부터 내부 도선 간의 간섭현상이 전송품질 악화의 주요 요인으로 여겨졌으며, 또한 이를 해결하기 위한 많은 노력이 진행되어 왔다.
관련 주요 특허로는 US5,132,488, US5,969,295, US5,519,173, US5,952,615 등이 있으며, 내용을 살펴보면 간섭현상과 관련된 전송특성 향상을 위해 시스(Sheath) 내부에 금속 박막을 배치시키거나, 내부 간극제(Filler)를 삽입함으로써 간섭을 억제하고자 하는 내용을 제시하고 있다.
더욱이 최근의 경우 사용 주파수를 400MHz 이상의 주파수 대역, 특히 500~650MHz 범위의 주파수 대역으로 확장함으로써 이론적 전송능력(Shannon Capacity) 20Gbps 이상, 실제 전송용량 기준으로 10Gbps 전송이 가능하도록 하는 고주파 대역의 주파수 사용이 지속적으로 시도되고 있다.
이러한 고주파 대역의 주파수 사용의 경우, 케이블 내 단일 도선의 임피던스 값을 국제규격인 100ohm 부근의 값에 매칭(Matching)시켜, 케이블과 장비 간의 임피던스를 매칭시킴으로써, 케이블 내부의 노이즈를 최소화 시키는 것이 주요 문제로 부각되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고속 데이터 전송이 가능한 임피던스 값을 갖도록 구성된 고속 데이터 전송 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고속 데이터 전송이 가능한 100ohm 부근 범위의 임피던스 값을 가지면서도 반사손실을 감소시킬 수 있도록 구성된 고속 데이터 전송 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 케이블 내부에 포함되는 각 구성요소의 치수를 최적화 함으로써, 고속 데이터 전송이 가능한 임피던스 및 반사손실 특성을 가지면서도 높은 생산성 구현이 가능한 고속 데이터 전송 케이블을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고속 통신용 케이블은, 직경 d 를 갖는 도체가 절연체로 피복되어 외경 D 를 갖는 도선으로 형성되고, 상기 도선이 대연피치 p 를 갖도록 복수 개 꼬여져 연선부를 형성하며, 상기 연선부가 집합피치 P 를 갖도록 복수 개 꼬여져 형성되며, 상기 연선부를 감싸를 시스부를 포함하는 고속 통신용 케이블로서, 상기 도선의 임피던스(Z)는 90 이상 110 이하의 범위를 가지며, 상기 도체의 직경(d)은 0.53mm 이상 0.65mm 이하의 범위를 가지며, 상기 도선의 외경(D)은 0.9 mm 이상 1.1 mm 이하의 범위를 가지며, 상기 대연피치(p)는 8mm 이상 25 mm 이하의 범위를 가지며, 상기 집합피치(P)는 40 mm 이상 150 mm 이하의 범위를 가지며, 상기 도체의 직경에 대한 도선의 외경 비율(D/d)은 1.625 이상 1.835 이하의 범위를 갖도록 구성된다.
여기서, 상기 복수 개 연선부의 대연피치(p)는 각각 상이하게 구성된다.
바람직하게는, 상기 복수 개 연선부의 대연피치(p)와 도선의 외경(D) 사이의 관계는, p1 > p2 일 경우, D1 < D2 가 되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 고속 통신용 케이블은 상기 복수 개의 연선부를 분리하기 위한 세퍼레이터를 추가적으로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 세퍼레이터는 십자형 단면 형상을 가지도록 구성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고속 통신용 케이블의 구성을 도시하는 횡단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고속 통신용 케이블의 연선부(20)를 도시한 평면도이다.
도 1 및 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 고속 통신용 케이블은, 도체(11)가 절연체(12)로 피복되어 형성된 도선(10)과, 본 도선(10)이 복수 개 꼬여져 형성되는 연선부(20)와 복수 개의 연선부(20)를 감싸는 시스부(30)를 포함한다.
여기서 상기 도선(10)은, 전기적 신호로 변환된 데이터의 전송을 위해 구리와 같은 도체를 이용하여 직경 d 를 갖는 선재(線材) 형태로 형성한 이후, 이러한 도체(11)를 절연체(12)로 피복함으로써 외경 D 를 갖도록 형성된다.
상기 절연체(12)는 LDPE (Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene), FEP(Flourinated Ethylene Prophylene) 등의 유전율이 낮고 가공이 용이한 고분자로 구성된다.
상기 연선부(20)는 상기 도선(10)을 일정한 간격의 대연피치(p)로 복수 개 꼬아 형성되며, 통상적으로는 도 1 에 도시된 바와 같이, 두 가닥의 도선이 꼬여져 형성되지만 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형 실시가 가능하다.
또한, 상기 연선부(20)는 차폐효과 증대를 통해 신호 간섭을 감소킴으로써 전송특성을 보다 향상시킬 수 있도록, 상기 꼬여진 도선(10)의 외부를 피복한 구조로 구성될 수도 있다.
상기 연선부(20)는 고속 통신용 케이블에서 복수로 포함되며, 통상적으로는 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 시스부(30) 내에 4 개의 연선부(20)가 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형 실시가 가능하다.
한편, 상기 케이블 내에 포함되는 각 연선부(20) 간의 간섭을 억제하기 위해, 상기 각 연선부(20)의 대연피치(p)는 서로 상이하게 형성되며, 바람직하게는 0.5 ~ 10mm 차이를 가진다.
상기와 같이 복수 개로 포함된 연선부(20)는 그 전체가 상기 케이블의 길이방향으로 소정의 피치를 가지고 꼬여지는데, 이러한 전체 연선부(20)의 꼬여지는 피치간격을 집합피치(P)라 한다.
또한, 상기 케이블은 상기와 같이 꼬여진 전체 연선부(20)를 감싸며 외관을 형성하도록 구성된 시스부(30)를 포함한다.
여기서, 상기 시스부(30)는 상기 연선부(20)를 기계적으로 보호할 뿐만 아니라, 인접하는 타 케이블이나 기타 전자장비로부터 발생 되는 전자파에 의한 외계 간섭(Alien Crosstalk)을 차단하는 역할을 제공한다.
일반적으로, 상기 시스부(30)는 폴리에틸렌, PVC, 또는 올레핀(Olefin)계 고분자 물질 등의 절연성 물질로 형성되며, 그 두께는 0.3 ~ 1.5mm 범위의 값을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 상기 시스부(30)의 두께가 0.3mm 미만인 경우, 상기 외계간섭으로부터 도선(10)을 효과적으로 보호하지 못하며, 1.5mm 를 초과하는 경우, 상기 케이블의 두께가 두꺼워져 무게가 증가 되며 유연성이 떨어지기 때문이다.
바람직하게는, 외계간섭의 차단효과를 보다 높이기 위해, 상기 시스부(30) 내부에 전도성 물질로 이루어진 전자파 차폐 시스를 추가적으로 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 고속 통신용 케이블은 상기와 같은 구성요소들을 포함하며, 고속 데이터 전송에 적합한 케이블을 구현하기 위해, 케이블 내부의 도선(10)과 데이터 전송장비 간의 임피던스를 고속 전송에 부합되도록 매칭시킴으로써, 케이블의 반사손실을 최소화시킬 수 있도록 구성된다.
이에 따라, 먼저 상기 케이블에 포함된 도선(10)의 임피던스(Z)를 도출하기 위하여 다음과 같은 수식을 이용하였다.
Figure 112007036292924-PAT00001
여기서, R, L, G, C 는 각각 케이블에 포함된 도선(10)의 레지스턴스(R), 인턴스(L), 컨덕턴스(G), 커패시턴스(C)이다.
따라서, 상기 식(1)의 임피던스(Z)를 구하기 위해서는, 먼저 도선(10) 각각의 레지스턴스(R), 인덕턴스(L), 컨덕턴스(G) 및 커패시턴스(C)를 구해야 하는데, 도1 에 도시된 도체(11)와 절연체(12)를 포함하는 도선(10)의 경우 상기 값들은 각각 다음 식으로 구할 수 있다.
Figure 112007036292924-PAT00002
Figure 112007036292924-PAT00003
Figure 112007036292924-PAT00004
Figure 112007036292924-PAT00005
여기서, ε0εr은 절연체(12)의 유전율상수(ε0: 진공상태 유전율, εr:비유전율), μ0μr은 도체(11)의 투자율상수(μ0:진공상태 투자율, μr:비투자율), σ은 유전손실율상수이다.
따라서,
Figure 112007036292924-PAT00006
의 함수로 정의된 상기 식(2), 식(3), 식(4), 식(5)를 상기 식(1)에 대입하면, 도체(11)와 절연체(12)를 포함하는 도선(10)의 임피던스는 도체의 직경(d)과 도선(10)의 외경(D)에 의해 결정된다는 것을 알 수 있다.
즉, 상기 식에 의하여 매칭 임피던스에 따라 상기 케이블의 도체의 직경(d)과 도선의 외경(D)을 설정할 수 있다.
그러나, 상기 식에 의해 매칭 임피던스에 적합한 도체의 직경(d)과 도선의 외경(D)을 갖는 케이블을 구성할 경우, 실제 측정된 임피던스는 이론적 매칭 임피던스와는 차이가 난다.
이와 같은 임피던스의 차이는 유전율(ε0εr)의 오차에 의한 부분과 대연피치(p) 및 집합피치(P) 등에 의한 설계적 요소들에 기인한 오차로 나뉠 수 있다.
여기서, 유전율(ε0εr)의 오차에 의한 부분은, 통상 절연체(12)로 사용되는 HDPE(High Density Polyethylene), FEP 와 같은 절연물질의 유전율은 2.1 ~ 2.3이 며 공기 중의 유전율은 1인데, 상기 도체(11) 간에 형성되는 유전율은 상기 절연물질의 유전율과 공기 중의 유전율이 동시에 영향을 미침으로 인해 복합적으로 형성되는데, 이 유전율 값을 완전하게 정의할 수 없기 때문에 발생한다.
또한, 설계적 요소들에 기인한 오차 부분은 대연피치(p)와 집합피치(P)에 의한 연입율 변화 때문에 발생되며, 여기서, 연입율이라 함은 단위 길이의 케이블을 형성하기 위해 요구되는 도선 길이의 비율로서, 도선이 꼬여져 형성됨으로 인한 길이의 증가 비율을 의미한다.
한편, 커패시턴스 값은 도선 간의 거리에 반비례하고 각 도선의 단면적에 비례하는데, 상기와 같이 도선이 꼬여져 형성됨으로 인한 대연피치(p), 집합피치(P)에 의한 연입율의 증가/감소는 특정 지점에서의 도선 단면적을 증가/감소시키게 되어 커패시턴스 값에 영향을 줌으로써 임피던스(Z)를 변화시키게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 케이블은 상기와 같은 오차를 보정할 수 있는 보정요소를 도입함으로써, 상기 식(1), 식(2), 식(3), 식(4), 식(5)에 의해 다음과 같은 식을 도출하였다.
Figure 112007036292924-PAT00007
여기서, 보정계수 A는 절연체 유전율(ε0εr), 도체 투자율(μ0μr), 표피효과(Skin Effect) 및 근접효과(Proxi Effect)에 의한 상수로서, 81 ≤ A ≤ 83 범위의 값을 가진다.
또한, 보정계수 B는 집합피치, 대연피치에 의한 연입율에 대하여 커패시턴스 값을 보정하여 얻은 상수로서, 0.005 ≤ B ≤ 0.007 범위의 값을 가진다.
여기서, 보정계수 A, B 의 유도식은 다음과 같으며, a, b 는 상수이다.
Figure 112007036292924-PAT00008
,
Figure 112007036292924-PAT00009
케이블의 기하학적 구조로 인해 정확한 유전율과 투자율의 값은 계산할 수 없다.
그러나, 실험에 의해 얻어진 수치를 기준으로 유전율, 투자율, 표면저항, 고주파 발생에 의한 영향, 연입율 등을 바탕으로 상기 식(7)에 의해 a, b 상수값을 도출하여 보정계수 A, B 를 얻게 되었다.
여기서, 상기 임피던스(Z)는 UTP케이블에 관한 규격 Cat.6 또는 Cat.6A의 매칭 임피던스인 100Ω에 부합되도록 90Ω 이상 110Ω 이하의 범위 값을 가지도록 구성된다.
따라서, 상기 식(6)에 의하면, 상기 케이블의 임피던스는 대연피치(p), 집합피치 및 도체의 직경(d)에 대한 도선(10)의 외경(D) 비율(D/d)에 의하여 도출될 수 있으며, 본 발명에 따른 케이블은 상기 90Ω 이상 110Ω 이하의 임피던스를 갖도록 하기 위하여, 상기 대연피치(p)는 8mm 이상 25 mm 이하의 범위를 가지며, 상기 집합피치(P)는 40 mm 이상 150 mm 이하의 범위를 가지며, 상기 도체의 직경에 대한 도선의 외경 비율(D/d)은 1.625 이상 1.835 이하의 범위를 갖도록 구성된다.
또한, 상기 도체의 직경(d)은 0.53mm 이상 0.65mm 이하의 범위 값을 갖도록 구성되며, 상기 도선 외경(D)은 0.9mm 이상 1.1mm 이하의 범위를 가지게 구성된다.
여기서, 상기 대연피치(p)는 8mm 이상 25 mm 이하의 범위를 가지도록 구성되는데, 상기 대연피치(p)가 8mm 미만일 경우, 짧은 피치로 인해 꼬여지는 전체 도선(10)의 길이가 증가됨으로써, 자재 소모량의 증가뿐만 아니라 데이터의 전송손실 급증을 초래하고, 25mm를 초과할 경우에는 구조가 안정적이지 못하여 연선부(20)의 형체를 유지하기 어렵게 되기 때문이다.
또한, 상기 도체의 직경(d)에 대한 도선(10)의 외경(D) 비율 D/d 는 1.625 이상 1.835 이하의 범위 값을 갖도록 구성되는데, 상기 비율이 1.625 미만일 경우, 도체 직경에 대한 절연체 두께의 지나친 감소로 인해 충분한 차폐 효과를 발휘하기 어렵게 되며, 1.835 를 초과할 경우 전체 케이블 직경 증가에 의한 자재 소모량 증가뿐만 아니라, 케이블의 유연성을 감소시켜 포설의 어려움을 초래하게 된다.
상기된 바와 같이, 상기 도체의 직경(d)은 0.53mm 이상 0.65mm 이하의 범위 값을 갖도록 구성되는데, 도체의 직경(d)이 0.53mm 미만일 경우, 도체(11)의 저항 증가에 의한 감쇄특성 불량으로 데이터의 고속전송에 악영향을 초래하고, 0.65mm 이상일 경우 도체(11)의 자재 소모량 증가 및 케이블 유연성을 감소시키는 문제점을 초래하게 된다.
이 경우, 상기 도체의 직경(d)에 대한 범위와 도체의 직경에 대한 도선의 외경 비율(D/d)의 범위에 따라 도선 외경(D)은 0.9mm 이상 1.1mm 이하의 범위를 가지게 된다.
또한, 상기 집합피치(P)의 범위는 상기 대연피치(p), 비율(D/d) 및 식(6)을 이용하여 설정할 수 있는데, 이때 집합피치(P)의 범위는 40mm 이상 150mm 이하의 범위 값을 가진다.
상기와 같은 범위의 도체의 직경(d), 도선의 외경(D), 대연피치(p) 및 집합피치(P)를 가지는 본 발명에 따른 케이블은 상기 식(6)에 의하여, 본 대연피치(p)와 도선 외경(D) 사이의 관계는 서로 반비례 관계가 형성됨을 알 수 있다.
즉, 특정 임피던스(Z), 도체 직경(d) 값에 대하여 도선 외경(D)이 작아질 경우,
Figure 112007036292924-PAT00010
의 값은 커져야 하는데, 통상적으로 집합피치(P)가 대연피치(p)보다 큰 P > p 인 관계에서 상기
Figure 112007036292924-PAT00011
값이 커지기 위해서는 p 의 값이 P 의 값에 근접해야 되므로, 결과적으로 p 값이 증가되어야 한다.
따라서, 상기 대연피치(p)가 각 연선부(20)마다 서로 상이하게 구성되는 경우, 상기 절연체 외경(D) 또한 각 연선부(20)마다 상이하게 구성될 수 있으며, 이때 상기 대연피치(p)가 증가될수록 상기 절연체 외경(D)은 작아지도록 구성된다.
즉, 상기 대연피치(p)가 p1 > p2 일 경우, 본 대연피치 p1, p2 를 갖는 도선 외경(D1, D2)은 D1 < D2 의 관계가 되도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 복수 개의 연선부(20)를 각각 분리하기 위한 세퍼레이터(40)를 포함하는 고속 통신용 케이블의 구성을 도시하는 횡 단면도이다.
도 3 을 참조하면, 상기 세퍼레이터(40)는 상기 복수 개 연선부(20) 사이의 내부간섭을 방지하기 위하여, 연선부(20) 사이를 가로막도록 상호 교차하는 격벽(42, 44, 46, 48)을 포함하는 구조로 형성된다.
여기서, 상기 세퍼레이터(40)는 상기 복수 개의 연선부(20)가 집합피치(P)를 형성하며 꼬여질 수 있도록, 상기 케이블의 길이 방향으로 상기 집합피치(P)와 동일한 피치를 가지는 나선형의 구조로 형성된다.
또한, 상기 세퍼레이터(40)는 상기 연선부(20)의 갯수에 따라, 이들을 이격시킬 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 상기 연선부(20)가 4개로 구성되는 경우, 바람직하게는, 도 3에 도시된 바와 같이 십자형 단면 형상을 가지도록 형성된다.
이와 같이 십자형 단면으로 형성됨으로써, 상기 각 연선부(20) 사이의 간격을 최대한 넓혀 인접한 연선부(20)간의 간섭을 억제시키는 효과를 발휘할 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 고속 통신용 케이블의 실시예들과 비교예들의 특성치를 나타낸 도표이다.
도 4 를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도체의 직경(d), 절연체 외경(D), 대연피치(p), 집합피치(P)를 갖는 고속 통신용 케이블과 종래 기술에 따른 고속 통신용 케이블을 비교하기로 한다.
제 1 실시예
본 발명의 제 1 실시예에 따른 케이블은 직경 d를 갖는 도체(11)와 외경 D 를 갖는 절연체(12)로 이루어진 두 개의 도선(10)이 대연피치 p 를 이루며 나선형으로 꼬여져 연선부(20)를 형성하고, 4 개의 연선부(20)가 집합피치 P 를 이루며 나선형으로 꼬여져 형성된다.
상기 제 1 실시예에서 연선부(20)에 포함되는 도체의 직경(d)은 0.56mm, 절연체 외경(D)은 0.99mm, 대연피치(p)는 각각 12.0mm, 14.0mm, 13.0mm, 15.0mm, 집합피치(P)는 100mm 로 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 케이블의 (D/d) 값은 1.77로서, 1.625 이상 1.835 이하의 범위에 속함을 알 수 있다.
한편, 상기와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제조된 케이블을 이용하여 임피던스를 측정한 결과, 각각의 연선부(20)에 대해 101.5Ω, 102.3Ω, 101.9Ω, 102.7Ω의 임피던스가 측정되었다.
이는 IEEE 802.3의 위원회에서 제시한, 10Gbps급의 데이터 전송을 가능케 하는 케이블인 Cat.6, Cat.6A의 매칭 임피던스 100Ω에 근접하는 임피던스로서, 최적의 데이터 전송을 구현할 수 있는 케이블임을 나타낸다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 케이블의 망대특성 반사손실은 6.5dB로 매우 양호함을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 케이블과 비교될 수 있는 종래의 케이블이 비교예1에 나타나 있으며, 비교예1에 따른 케이블은 도체의 직경(d) 0.56mm, 절연체 외경(D) 0.8mm, 대연피치(p)는 각각 12.0mm, 14.0mm, 13.0mm, 15.0mm, 집합피치(P)는 100mm로 형성된다.
이 경우 상기 비교예1에 따른 케이블의 임피던스를 측정하면, 각각의 연선부(20)에 대해 78.9Ω, 79.7Ω, 79.4Ω, 80.1Ω의 임피던스가 측정되었으며, 이는 Cat.6, Cat.6A의 매칭 임피던스인 100Ω과는 다소 차이가 있는 값임을 알 수 있다.
또한, 상기 비교1에 따른 케이블의 망대특성 반사손실은 -1.0dB로서 본 발명의 제 1 실시예에 따른 케이블의 망대특성 반사손실에 비해 양호하지 못함을 알 수 있다.
제 2 실시예
본 발명의 제 2 실시예에 따른 케이블은 직경 d를 갖는 도체(11)와 외경 D 를 갖는 절연체(12)로 이루어진 두 개의 도선(10)이 대연피치 p 를 이루며 나선형으로 꼬여져 연선부(20)를 형성하고, 4 개의 연선부(20)가 집합피치 P 를 이루며 나선형으로 꼬여져 형성된다.
상기 제 2 실시예에서 연선부(20)에 포함되는 도체의 직경(d)은 0.56mm이며, 절연체 외경(D)은 각각 0.99mm, 0.97mm, 0.98mm, 0.96mm, 대연피치(p)는 각각 12.0mm, 14.0mm, 13.0mm, 15.0mm, 집합피치(P)는 100mm로 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 케이블의 (D/d) 값은 각각 1.77, 1.73, 1.75, 1.72 로서, 모두 1.625 이상 1.835 이하의 범위에 속함을 알 수 있다.
한편, 상기와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따라 제조된 케이블을 이용하여 임피던스를 측정한 결과, 각각의 연선부(20)에 대해 101.5Ω, 100.3Ω, 100.9Ω, 99.6Ω의 임피던스가 측정되었다.
이는 IEEE 802.3의 위원회에서 제시한 10Gbps급의 데이터 전송이 가능케 하는 케이블인 Cat.6, Cat.6A의 매칭 임피던스인 100Ω에 근접하는 임피던스로서, 최적의 데이터 전송을 구현할 수 있는 케이블임을 나타낸다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 케이블의 망대특성 반사손실은 7.0dB로 매우 양호함을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 케이블과 비교될 수 있는 종래의 케이블이 비교예2, 비교예3에 나타나 있으며, 비교2에 따른 케이블은 도체의 직경(d) 0.56mm, 절연체 외경(D) 1.2mm, 대연피치(p)는 각각 12.0mm, 14.0mm, 13.0mm, 15.0mm, 집합피치(P)는 100mm를 이루며 형성된다.
이 경우 상기 비교예2에 따른 케이블의 임피던스를 측정하면, 각각의 연선부(20)에 대해 119.9Ω, 120.7Ω, 120.3Ω, 121.1Ω의 임피던스가 측정되었으며, 이는 Cat.6, Cat.6A의 매칭 임피던스인 100Ω과는 다소 차이가 있는 값임을 알 수 있다.
또한, 비교3에 따른 케이블은 도체의 직경(d) 0.50mm, 절연체 외경(D)은 각각 1.2mm, 1.5mm, 1.2mm, 1.5mm, 대연피치(p)는 각각 30.0mm, 30.0mm, 20.0mm, 20.0mm, 집합피치(P)는 160mm로 형성된다.
이 경우 상기 비교예3에 따른 케이블의 임피던스를 측정하면, 각각의 연선 부(20)에 대해 137.2Ω, 156.9Ω, 133.7Ω, 153.5Ω의 임피던스가 측정되었으며, 이 역시 상기 매칭 임피던스인 100Ω과는 다소 차이가 있는 값임을 알 수 있다.
또한, 비교2와 비교3에 따른 케이블의 망대특성 반사손실은 각각 -1.0dB, -3.0dB로서 본 발명의 제 2 실시예에 따른 케이블의 망대특성 반사손실에 비해 양호하지 못함을 알 수 있다.
제 3 실시예
본 발명의 제 3 실시예에 따른 케이블은 직경 d를 갖는 도체(11)와 외경 D 를 갖는 절연체(12)로 이루어진 두 개의 도선(10)이 대연피치 p 를 이루며 나선형으로 꼬여져 연선부(20)를 형성하고, 4 개의 연선부(20)가 집합피치 P 를 이루며 나선형으로 꼬여져 형성된다.
상기 제 3 실시예에서 연선부(20)에 포함되는 도체의 직경(d)은 0.64mm, 절연체 외경(D)은 각각 1.05mm, 1.05mm, 1.10mm, 1.10mm, 대연피치(p)는 각각 25.0mm, 20.0mm, 23.0mm, 21.0mm, 집합피치(P)는 140mm로 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 케이블의 (D/d) 값은 각각 1.64, 1.64, 1.72, 1.72로서, 모두 1.625 이상 1.835 이하의 범위에 속함을 알 수 있다.
한편, 상기와 같이 본 발명의 제 3 실시예에 따라 제조된 케이블을 이용하여, 임피던스를 측정한 결과, 각각의 연선부(20)에 대해 99.0Ω, 97.3Ω, 103.1Ω, 102.4Ω의 임피던스가 측정되었다.
이는 IEEE 802.3의 위원회에서 제시한 10Gbps급의 데이터 전송을 가능케 하는 케이블인 Cat6, Cat6A의 매칭 임피던스 100Ω에 근접하는 임피던스로 최적의 데이터 전송을 구현할 수 있는 케이블임을 나타낸다.
또한, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 케이블의 망대특성 반사손실은 6.1dB로 매우 양호함을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 케이블과 비교될 수 있는 종래의 케이블이 비교예4에 나타나 있으며, 비교예4에 따른 케이블은 도체의 직경(d) 0.69mm, 절연체 외경(D)은 각각 0.85mm, 0.75mm, 0.80mm, 0.70mm, 대연피치(p)는 6.0mm, 집합피치(P)는 180mm로 형성된다.
이 경우 상기 비교예4에 따른 케이블의 임피던스를 측정하면, 각각의 연선부(20)에 대해 57.8Ω, 37.0Ω, 48.7Ω, 17.0Ω의 임피던스가 측정되었으며, 이는 Cat.6, Cat.6A의 매칭 임피던스인 100Ω과는 다소 차이가 있는 값임을 알 수 있다.
또한, 비교예4에 따른 케이블의 망대특성 반사손실은 -5.0dB로서 본 발명의 제 3 실시예에 따른 케이블의 망대특성 반사손실에 비해 양호하지 못함을 알 수 있다.
제 4 실시예
본 발명의 제 4 실시예에 따른 케이블은 직경 d를 갖는 도체(11)와 외경 D 를 갖는 절연체(12)로 이루어진 두 개의 도선(10)이 대연피치 p 를 이루며 나선형으로 꼬여져 연선부(20)를 형성하고, 4 개의 연선부(20)가 집합피치 P 를 이루며 나선형으로 꼬여져 형성된다.
상기 제 4 실시예에서 연선부(20)에 포함되는 도체의 직경(d)은 0.56mm, 절연체 외경(D)은 0.91mm, 대연피치(p)는 각각 12.0mm, 14.0mm, 13.0mm, 15.0mm, 집합피치(P)는 100mm로 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 4 실시예에 따른 케이블의 (D/d) 값은 1.625로서, 1.625 이상 1.835 이하의 범위에 속함을 알 수 있다.
한편, 상기와 같이 본 발명의 제 4 실시예에 따라 제조된 케이블을 이용하여 임피던스를 측정한 결과, 각각의 연선부(20)에 대해 93.0Ω, 93.7Ω, 93.4Ω, 94.1Ω의 임피던스가 측정되었다.
이는 IEEE 802.3의 위원회에서 제시한, 10Gbps급의 데이터 전송을 가능케 하는 케이블인 Cat6, Cat6A의 매칭 임피던스 100Ω에 근접하는 임피던스로서, 최적의 데이터 전송을 구현할 수 있는 케이블임을 나타낸다.
또한, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 케이블의 망대특성 반사손실은 5.2dB로 매우 양호함을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 케이블과 비교될 수 있는 종래의 케이블이 비교예5에 나타나 있으며, 비교5에 따른 케이블은 도체의 직경(d) 0.56mm이며, 절연체 외경(D)은 각각 0.85mm, 0.83mm, 0.84mm, 0.82mm, 대연피치(p)는 각각 12.0mm, 14.0mm, 13.0mm, 15.0mm, 연선부(20)의 집합피치(P)는 100mm로 형성된다.
이 경우 상기 비교예1에 따른 케이블의 임피던스를 측정하면, 각각의 연선 부(20)에 대해 85.7Ω, 83.9Ω, 84.8Ω, 82.9Ω의 임피던스가 측정되었으며, 본 임피던스는 여타 비교예들보다는 100Ω의 임피던스에 근접한 값이나, 본 발명에 따른 실시예들보다는 다소 차이가 있는 값임을 알 수 있다.
또한, 비교5에 따른 케이블의 망대특성 반사손실은 1.0dB로서 다소 양호한 편이나 본 발명에 따른 실시예들 보다는 양호하지 못함을 알 수 있다.
제 5 실시예
본 발명의 제 5 실시예에 따른 케이블은 직경 d를 갖는 도체(11)와 외경 D 를 갖는 절연체(12)로 이루어진 두 개의 도선(10)이 대연피치 p 를 이루며 나선형으로 꼬여져 연선부(20)를 형성하고, 4 개의 연선부(20)가 집합피치 P 를 이루며 나선형으로 꼬여져 형성된다.
상기 제 5 실시예에서 연선부(20)에 포함되는 도체의 직경(d)은 0.60mm, 절연체 외경(D)은 1.10mm, 대연피치(p)는 각각 12.0mm, 14.0mm, 13.0mm, 15.0mm, 집합피치(P)는 100mm로 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 5 실시예에 따른 케이블의 (D/d) 값은 1.833으로서, 1.625 이상 1.835 이하의 범위에 속함을 알 수 있다.
한편, 상기와 같이 본 발명의 제 5 실시예에 따라 제조된 케이블을 이용하여, 임피던스를 측정한 결과, 각각의 연선부(20)에 대해 105.1Ω, 105.9Ω, 105.5Ω, 106.3Ω의 임피던스가 측정되었다.
이는 IEEE 802.3의 위원회에서 제시한 10Gbps급의 데이터 전송을 가능케 하 는 케이블인 Cat6, Cat6A의 매칭 임피던스 100Ω에 근접하는 임피던스로서, 최적의 데이터 전송을 구현할 수 있는 케이블임을 나타낸다.
또한, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 케이블의 망대특성 반사손실은 4.3dB로 매우 양호함을 알 수 있다.
도 4 를 참조하면, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 케이블과 비교될 수 있는 종래의 케이블이 비교예6에 나타나 있으며, 비교예6에 따른 케이블은 도체의 직경(d)은 0.53mm, 절연체 외경(D)은 각각 1.15mm, 1.17mm, 1.16mm, 1.17mm, 대연피치(p)는 각각 14.0mm, 12.0mm, 15.0mm, 13.0mm, 집합피치(P)는 90mm로 형성된다.
이 경우 비교예6에 따른 케이블의 임피던스를 측정하면, 각각의 연선부(20)에 대해 121.8Ω, 122.6Ω, 129.9Ω, 123.0Ω의 임피던스가 측정되었으며, 이는 Cat.6, Cat.6A의 매칭 임피던스인 100Ω과는 다소 차이가 있는 값임을 알 수 있다.
또한, 상기 비교예6에 따른 케이블의 망대특성 반사손실은 -1.0dB로서 본 발명의 제 5 실시예에 따른 케이블의 망대특성 반사손실에 비해 양호하지 못함을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 제 1 내지 제 5 실시예에 따른 케이블들은 종래의 비교예1 내지 비교예6에 따른 케이블에 비해, 10Gbps급의 데이터 전송을 가능케 하는 매칭 임피던스인 100Ω에 보다 근접한 임피던스 특성을 가지면서도 양호한 망대특성 반사손실을 보임을 알 수 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
본 발명에 의해, 고속 데이터 전송이 가능한 임피던스 값을 갖도록 데이터 전송 케이블을 구성할 수 있다.
또한, 고속 데이터 전송이 가능한 100ohm 부근 범위의 임피던스 값을 가지면서도 반사손실을 감소시킬 수 있도록 데이터 전송 케이블을 구성할 수 있다.
또한, 케이블 내부에 포함되는 각 구성요소의 치수를 최적화 함으로써, 고속 데이터 전송이 가능한 임피던스 및 반사손실 특성을 가지면서도 높은 생산성 구현이 가능한 데이터 전송 케이블을 구성할 수 있다.

Claims (5)

  1. 직경 d 를 갖는 도체가 절연체로 피복되어 외경 D 를 갖는 도선으로 형성되고,
    상기 도선이 대연피치 p 를 갖도록 복수 개 꼬여져 연선부를 형성하며,
    상기 연선부가 집합피치 P 를 갖도록 복수 개 꼬여져 형성되는 고속 통신용 케이블로서, 본 고속 통신용 케이블은 상기 연선부를 감싸를 시스부를 포함하며,
    상기 도선의 임피던스(Z)는 90 이상 110 이하의 범위를 가지며,
    상기 도체의 직경(d)은 0.53mm 이상 0.65mm 이하의 범위를 가지며,
    상기 도선의 외경(D)은 0.9 mm 이상 1.1 mm 이하의 범위를 가지며,
    상기 대연피치(p)는 8mm 이상 25 mm 이하의 범위를 가지며,
    상기 집합피치(P)는 40 mm 이상 150mm 이하의 범위를 가지며,
    상기 도체의 직경에 대한 도선의 외경 비율(D/d)은 1.625 이상 1.835 이하의 범위를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 통신용 케이블.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개 연선부의 대연피치(p)는 각각 상이하게 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 통신용 케이블.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수 개 연선부의 대연피치(p)와 도선의 외경(D) 사이의 관계는,
    p1 > p2 일 경우, D1 < D2 이 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 통신용 케이블.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고속 통신용 케이블은 상기 복수 개의 연선부를 분리하기 위한 세퍼레이터를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 통신용 케이블.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 십자형 단면 형상을 가지는 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 고속 통신용 케이블.
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