KR20110072693A - 소직경 동축 케이블 - Google Patents

Abstract

소직경화, 유연성, 내굴곡성 향상과 함께, 실드 특성 및 감쇠량이 억제된 소직경 동축 케이블은, 중심 도체, 절연체, 실드층 및 외피를 동축 구조로 배치하고 있다. 중심 도체의 단면적이 0.003㎟~0.09㎟이며, 실드층은, 절연체 상에 제 1 방향으로 와인딩 각도 73°~83°로 횡권(橫券)으로 한 복수개의 선형상의 제 1 실드 도체로 이루어지는 내측 실드층과, 내측 실드층 상에 제 1 방향과는 반대의 제 2 방향으로 와인딩 각도 73°~83°로 횡권으로 한 복수개의 선형상의 제 2 실드 도체로 이루어지는 외측 실드층으로 이루어지고, 제 1 실드 도체의 직경이 내측 실드층의 외경의 0.05~0.12배이며, 제 2 실드 도체의 직경이 외측 실드층의 외경의 0.05~0.12배이다.

Description

소직경 동축 케이블{THIN COAXIAL CABLE}

본 발명은 고주파 신호를 이용한 통신을 행하는 기기 내에서의 배선에 바람직한 소직경의 동축 케이블에 관한 것이다.

휴대 전화, 무선 LAN에 대응한 노트북 컴퓨터, 게임기, ETC, GPS 등의 차재용(車載用) 무선 기기 등의 무선 통신 수단을 구비한 전자기기에서는, 안테나와 송수신 회로가 필요하게 된다. 통상, 안테나는 전자기기의 하우징 근방에 배치되고, 송수신 회로는 머더 보드 등의 회로 기판 상에 형성되어 기기 본체의 내부 측에 배치되는 경우가 많다. 안테나와 송수신 회로는, 고주파용 동축 케이블을 이용하여 접속되지만, 이러한 동축 케이블에는 소직경, 저감쇠인 것, 및 유연성, 내굴곡성 등이 필요하게 된다.

최근의 전자기기의 소형화, 개폐 기능의 다양화, 사용 주파수의 광대역ㆍ고주파화에 의해, 이들 요구에 응할 수 있는 동축 케이블의 제공은 곤란해지고 있다. 일본 특허 공개 평8-102222호 공보는, 소직경의 중심 도체, 절연체, 편조(編組) 도체로 이루어지는 실드층, 외피를 동축 구조로 배치하는 동축 케이블을 기재하고 있 다. 그러나, 실드층에 편조 도체를 이용하면, 동축 케이블의 한층 더한 소직경화가 어렵고, 또한, 케이블의 유연성이나 내굴곡성이 저하되어, 생산성이나 비용의 점에서도 충분하지 않았다.

이에 대하여, 일본 특허 공개 제2007-188782호 공보는, 실드층을 횡권(橫券)으로 형성함으로써, 소직경이고, 유연성, 내굴곡성을 갖으며, 저렴한 동축 케이블을 제안하고 있다. 실드층을 한층의 횡권 도체로 형성하면, 편조 도체를 실드층으로 한 동축 케이블과 비교하여 감쇠량이 증대하지만, 절연체를 내열성이 있는 불소화된 수지 재료로 형성함으로써, 그 감쇠량의 증대를 보충하고 있었다. 또한, 케이블을 구부리거나 비틀거나 했을 때에, 도체간에 극간이 생기거나 해서 실드가 불충분하게 되는 경우가 있어, 편조 도체를 실드층으로 한 동축 케이블과 비교하여 실드 특성이 뒤떨어진다. 횡권 도체를 동 방향으로 2층으로 감아서 실드층으로 하면, 실드 특성은 편조 도체를 실드층으로 한 동축 케이블과 동일한 정도로 개선되지만 감쇠량이 통상의 편조 도체의 경우보다 커지게 된다.

본 발명은 소직경이며, 유연성, 내굴곡성을 갖는 동시에, 실드 특성이 우수하여, 감쇠량이 억제된 소직경 동축 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

목적을 달성하기 위해, 중심 도체, 절연체, 실드층 및 외피를 동축 구조로 배치한 소직경 동축 케이블이 제공된다. 이 케이블에서는, 중심 도체의 단면적이 0.003㎟~0.09㎟이며, 실드층은, 절연체 상에 제 1 방향으로 와인딩(winding) 각도 73°~83°로 횡권으로 한 복수개의 선형상의 제 1 실드 도체로 이루어지는 내측 실드층과, 내측 실드층 상에 제 1 방향과는 반대의 제 2 방향으로 와인딩 각도 73°~83°로 횡권으로 한 복수개의 선형상의 제 2 실드 도체로 이루어지는 외측 실드층으로 이루어지고, 제 1 실드 도체의 직경이 내측 실드층의 외경의 0.05~0.12배이며, 제 2 실드 도체의 직경이 외측 실드층의 외경의 0.05~0.12배이다. 여기서, 「와인딩 각도」란, 케이블의 장축에 직교하는 단면과 도체가 이루는 각도인 것이다.

본 발명의 소직경 동축 케이블에 있어서, 제 1 실드 도체의 와인딩 각도 θ1과, 제 2 실드 도체의 와인딩 각도 θ2 사이에 θ1≥θ2로 되는 관계가 있는 것이 바람직하다. 또한, 특성 임피던스가 50Ω±2Ω인 것이 바람직하다.

본 발명의 소직경 동축 케이블에 의하면, 편조 도체를 실드층으로 한 소직경 동축 케이블과 동일한 정도의 실드 특성을 얻을 수 있다. 또한, 신호의 감쇠량을, 편조 도체를 실드층으로 한 소직경 동축 케이블보다 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 유연성이 우수하여 기기 내의 배선이 용이하고, 제조 비용도 저렴한 것으로 할 수 있다.

본 발명의 실시형태가, 이하에 있어서, 도면을 참조하여 설명된다. 도면은 설명을 목적으로 하고, 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 도면에 있어서, 설명의 중복을 피하기 위해서, 동일한 부호는 동일 부분을 나타낸다. 도면 중의 치수의 비율은, 반드시 정확하지 않다.

도 1(a), 도 1(b)는 본 발명의 실시형태인 소직경 동축 케이블(1)을 설명하는 개념도이며, 도 1(a)는 단면도, 도 1(b)는 내부 구조를 일부 노출시킨 상태에서의 사시도이다. 소직경 동축 케이블(1)은, 중심 도체(2)를 절연체(3)로 둘러싸고, 그 바깥쪽에 내측 실드층(4), 외측 실드층(5)으로 이루어지는 실드층(6)을 배치하며, 그 바깥쪽을 외피(7)로 피복하여 구성되어 있다. 중심 도체(2), 절연체(3), 실드층(6) 및 외피(7)는 특성 임피던스가 균일해지도록 케이블 전체 길이에 걸쳐서 동축 형상으로 형성되어 있다.

중심 도체(2)는 단선(單線) 또는 꼬임선으로 할 수 있고, 꼬임선의 경우는 통상 7개 꼬임으로 형성된다. 단선은 꼬임선과 비교하면, 도체 단면적이 동일한 경우 선직경이 다소 가늘어져, 보다 소직경화할 수 있고, 또한, 커넥터의 접점부에 납땜을 하기 쉽다고 하는 이점이 있다. 꼬임선은 단선과 비교하면 가요성이 우수하고, 단선(斷線)되기 어렵다고 하는 이점이 있다. 본 발명에 있어서는, 그 용도에 따라, 단선 또는 꼬임선 중 어느 것이나 적용할 수 있다.

본 발명은, 도체 단면적으로 0.003㎟~0.09㎟ 정도이고, AWG(American Wire Gauge)의 #28~#42에 상당하는 중심 도체(2)를 이용한 동축 케이블을 대상으로 하고 있다. 중심 도체(2)로서 사용되는 선재(線材)(소선(素線, sole wire))으로서는, 예컨대, 주석 도금 연동선이 이용된다. 구체적으로는, 외경 0.05mm의 소선을 7개 꼬아서, 외경 0.15mm(0.014㎟ AWG#36 상당)의 중심 도체로 하거나, 또는, 외경 0.102mm의 소선을 7개 꼬아서, 외경 0.31mm(0.057㎟ AWG#29 상당)의 중심 도체로 한다.

절연체(3)는 불소 수지, 가교 폴리올레핀, 불소화된 FEP(테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체), 불소화된 PFA(테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체)를 이용할 수 있다. 여기서, 불소화된 불소 수지(FEP, PFA)란, 말단기를 불소화(예컨대 CF₃를 부가함)한 불소 수지이다. 절연체(3)의 두께 및 외경은, 소정의 특성 임피던스(50Ω)를 얻기 위해서, 중심 도체 외경이 0.15mm인 경우는 0.14mm 두께, 절연체 외경 0.43mm로 되고, 중심 도체 외경이 0.31mm인 경우는 0.30mm 두께, 절연체 외경 0.90mm로 된다.

실드층(6)은, 2층의 횡권(나선 형상으로 감는 형태) 도체로 형성되어, 내측 실드층(4)과 외측 실드층(5)으로 이루어지고, 내측 실드층(4)과 외측 실드층(5) 각각은, 복수개의 선형상의 제 1 실드 도체와 복수개의 선형상의 제 2 실드 도체로 구성되어 있다. 제 1 실드 도체와 제 2 실드 도체는 서로 교차해서 접촉하고, 와인딩 방향이 상이하도록 감겨져 있다. 제 1 실드 도체와 제 2 실드 도체의 와인딩 방향은, 서로의 와인딩 방향이 상이하면 좋고, 오른쪽으로 감거나 또는 왼쪽으로 감는 것은 임의이다.

도 2는 소직경 동축 케이블(1)에 있어서의 실드 도체의 와인딩 각도를 설명하는 내부 구조를 일부 노출시킨 상태에서의 측면도이다. 실드층(6)은, 제 1 실드 도체가 와인딩 각도 θ1(이하, 와인딩 각도라고 함), 제 2 실드 도체가 와인딩 각도 θ2로 감겨져 있다. 소직경 동축 케이블의 실드 도체는, 커넥터로의 접속의 단말 가공시에 흩어짐을 방지하기 위해서, 일반적으로, 그 와인딩 각도 θ1, θ2가 70°~85°의 범위에 있는 것이 바람직하다고 되어 있다. 본 발명에 있어서는, 더욱 바람직한 와인딩 각도 θ1, θ2를, 73°~83°로 하고 있다.

실드 도체는, 그 와인딩 각도 θ1, θ2가 작을수록, 케이블을 구부렸을 때에 각 실드 도체의 와인딩 간격이 넓어지도록 움직이기 때문에, 구부림에 견딜 수 있다. 여기서, 실드층(6)을 2층으로 감은 경우, 케이블을 구부렸을 때에, 외측 실드층의 제 2 실드 도체에 가해지는 힘은, 내측 실드층의 제 1 실드 도체에 가해지는 힘보다는 커진다. 따라서, 제 2 실드 도체의 와인딩 각도 θ2를, 제 1 실드 도체의 와인딩 각도 θ1보다 다소 작게 하는 것이 바람직하다. 즉, θ1≥θ2로 하는 것에 의해, 제 2 실드 도체와 제 1 실드 도체의 구부림에 대한 내력을 동일하게 하여, 기계적 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 케이블을 비틀어서 돌릴 때에는, 제 1 실드 도체의 감겨짐이 느슨해지는 방향인 경우는, 제 2 실드 도체의 감겨짐은 반대로 조이는 방향으로 된다. 그러나, 상기한 바와 같이, θ1≥θ2로 하는 것에 의해, 제 2 실드 도체의 도체 길이가 길어지고, 제 1 실드 도체가 느슨해져서 바깥쪽으로 부풀어오르는 것에 반하여, 제 2 실드 도체의 조임량이 적어진다. 이 결과, 케이블을 비틀어서 돌릴 때에 있 어서의 제 1 실드 도체와 제 2 실드 도체 사이의 마찰력이 작아져서, 단선에 대한 내력이 향상하여, 기계적 신뢰성을 높일 수 있다.

제 1 실드 도체 및 제 2 실드 도체는, 예컨대, 중심 도체(2)와 동일한 주석 도금 연동선을 이용할 수 있다. 중심 도체 외경 0.15mm의 동축 케이블에서는, 예컨대, 내측 실드층(4) 및 외측 실드층(5) 중 어느 것이나, 실드 도체 직경이 0.05mm인 것 수십개(예컨대, 60본위(本位))를 병렬 형상으로 하여 피치 7mm(θ1=78°, θ2=75°)로 감아서 형성할 수 있다. 이 경우, 제 1 실드 도체의 직경은 내측 실드층(4)의 외경(이하, 실드 와인딩 직경이라고 함)에 대하여 (0.05/0.53)=0.094배로 되어 있다. 또한, 제 2 실드 도체의 직경은 외측 실드층(5)의 실드 와인딩 직경에 대하여 (0.05/0.63)=0.079배로 되어 있다.

또한, 중심 도체 외경 0.31mm의 동축 케이블에서는, 제 1 실드 도체 직경을 0.05mm, 제 2 실드 도체 직경을 0.064mm으로 하여, 피치 12mm(θ1=76°, θ2=73°)로 감아서 실드층을 형성할 수 있다. 이 경우, 실드 도체 직경은, 실드 와인딩 직경에 대하여, 내측 실드층(4)에서는 (0.05/1.0)=0.05배, 외측 실드층(5)에서는 (0.064/1.128)=0.057배로 되어 있다.

또한, 중심 도체(2)의 도체 단면적이 0,03㎟(AWG#42 상당)인 경우는, 특성 임피던스 50Ω을 얻기 위한 절연체(3)의 외경은 0.2mm로 된다. 이 경우, 제 1 실드 도체 직경을 0.03mm 이하, 제 2 실드 도체 직경을 0.04mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 실드 도체 직경은, 실드 와인딩 직경에 대하여, 내측 실드층(4)에서는 (0.03/0.26)=0.115배 이하, 외측 실드층(5)에서는 (0.04/0.34)=0.118 배 이하로 된다.

상기한 바와 같이, 소직경화된 동축 케이블로서, 실드 도체 직경을 실드 와인딩 직경의 0.05~0.12배로 한다. 실드 도체 직경이, 실드 와인딩 직경의 0.05배 미만의 가늘기에서는, 실드 특성의 확보가 어렵게 되어, 실드 도체의 저항값도 높아지고, 감쇠 특성의 점에서 불리해진다. 또한, 실드 도체 직경이, 실드 와인딩 직경의 0.12배를 넘는 굵기에서는, 반복되는 구부림에 의해 절단되기 쉬워져서, 기계적 신뢰성의 점에서 불리해진다.

외피(7)는 압출기에 의한 압출 성형에 의해 형성할 수 있다. 외피 재료로는 FEP, PFA 외에 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), ETFE(테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체)를 이용할 수 있다. 또한, 이들 불소 수지는, 박육(薄肉) 가공성이 양호하기 때문에, 이것들을 외피로서 이용함으로써 동축 케이블을 소직경화하기 쉽다. 또한, 움직임 마찰 계수가 낮기 때문에 내굴곡성이 양호해지므로, 비틀어서 돌리는 부분을 갖는 전자기기의 동축 케이블에 적합하다.

외피(7)는, 중심 도체 외경 0.15mm의 동축 케이블에서는, 예컨대, PFA를 이용하여, 두께 0,09mm, 외피 외경 0.81mm로 할 수 있다. 또한, 중심 도체 외경 0.31mm의 동축 케이블에서는, 두께 0.12mm, 외피 외경 1.35mm로 할 수 있다.

도 3은 소직경 동축 케이블(1)의 평가 결과를, 종래 표준품(편조 실드) 및 비교예(횡권 1층 실드, 동방향 2층 실드)의 평가 결과와 함께 나타내는 표이다. 어느 쪽의 평가품에서도, 중심 도체는 외경 0.102mm의 주석 도금 연동선을 7개 꼬아서, 외경 0.31mm(0.057㎟ AWG#29 상당)로 한 것을 이용하였다. 절연체(3)의 외 경은 0.9mm이고 불소화된 PFA(편조 표준품은, 통상의 불소 수지)로 형성하였다. 실드층(6)은 주석 도금 연동선을 이용하여 형성하였다. 외피(7)는 통상의 PFA로 외경 1.35mm이 되도록 압출 성형으로 형성하였다. 실드층에 대해서는, 종래 표준품(편조)은 직경 0.05mm의 실드 도체로 1층, 비교예(1층 횡권)는 직경 0.1mm의 실드 도체로 1층, 비교예(2층 동방향 횡권)는 직경 0.05mm의 내측 실드 도체와 직경 0.064mm의 외측 실드 도체, 본 발명품(2층 이방향 횡권)은 직경 0.05mm의 내측 실드 도체와 직경 0.064mm 외측 실드 도체로 형성하였다.

평가의 결과, 특성 임피던스는 어느 쪽의 평가품도 50Ω±2를 확보할 수 있었다. 도 4는 소직경 동축 케이블(1)의 실드 특성을 종래 표준품(편조) 및 비교예(1층 횡권)의 실드 특성과 함께 나타내는 그래프이다. 비교예(1층 횡권)의 실드 특성(누설 전압이 적음)은, 종래의 표준품의 실드 특성에 비교하여 뒤떨어진다. 그러나, 소직경 동축 케이블(1)은, 종래의 표준품과 동일한 정도의 실드 특성을 확보할 수 있었다. (비교예(2층 동방향 횡권)의 실드 특성도 종래의 표준품의 실드 특성과 동일한 정도였다.) 비용에 대해서는, 비교예(1층 횡권)가 가장 저렴하고, 종래 표준품(편조)이 가장 비싸고, 비교예(2층 동방향 횡권)과 본 발명품은 그 중간이었다.

신호의 감쇠량에 대해서는, 비교예(1층 횡권)는, 종래 표준품(편조)에 비교해서 저감되어 양호한 결과를 나타내지만, 실드 특성을 개선한 비교예(2층 동방향 횡권)에 있어서는, 주파수가 높게(6.0GHz) 되면 손실이 커졌다. 그러나, 본 발명의 경우는, 종래 표준품(편조)에 비교하여 신호의 감쇠량은 10% 정도 저감하여, 비 교예(1층 횡권)와 동일한 정도로 억제할 수 있었다. 이 고주파 신호의 감쇠는, 실드 도체끼리의 접촉 저항과 표피 효과가 영향을 준다. 이 때문에, 본 발명과 같이, 2층의 실드층에 있어서의 와인딩 각도 θ1, θ2가 73°~83°이고, 와인딩 방향이 역방향이면, 제 1 실드 도체와 제 2 실드 도체가 작은 접촉 저항으로 접하고 있고, 또한, 표피 효과의 영향이 작은 상태에 있다고 생각된다.

동축 케이블(1)에 의하면, 실드 특성을 편조 실드한 동축 케이블과 동일한 정도로 유지할 수 있는 동시에, 신호의 감쇠량을 10% 정도 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 비용도 편조 실드 구조의 동축 케이블보다는 저렴한 것으로 할 수 있고, 횡권에 의한 유연성이 우수해 기기 내의 배선을 용이하게 하여, 소직경화를 가능하게 한다.

도 1(a), 도 1(b)는 본 발명의 소직경 동축 케이블의 실시형태를 설명하는 개념도이며, 도 1(a)는 단면도, 도 1(b)는 내부 구조를 일부 노출시킨 상태에서의 사시도,

도 2는 본 발명의 소직경 동축 케이블의 실시형태에 있어서의 실드 도체의 와인딩 각도를 설명하는 내부 구조를 일부 노출시킨 상태에서의 측면도,

도 3은 본 발명의 소직경 동축 케이블의 실시형태를 평가한 결과를 비교예의 평가 결과와 함께 나타내는 표,

도 4는 본 발명의 소직경 동축 케이블의 실시형태에 있어서의 실드 특성과 비교예에 있어서의 실드 특성을 나타내는 그래프.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 소직경 동축 케이블 2: 중심 도체

3: 절연체 4: 내측 실드층

5: 외측 실드층 6: 실드층

7: 외피

Claims (3)

1. 중심 도체, 절연체, 실드층 및 외피를 동축 구조로 배치한 소직경 동축 케이블로서,

   상기 중심 도체의 단면적은 0.003㎟~0.09㎟이고,

   상기 실드층은, 상기 절연체 상에, 제 1 방향으로 와인딩(winding) 각도 73°~83°로 횡권(橫券)으로 한 복수개의 선형상의 제 1 실드 도체로 이루어지는 내측 실드층과, 상기 내측 실드층 상에, 상기 제 1 방향과는 반대의 제 2 방향으로 와인딩 각도 73°~83°로 횡권으로 한 복수개의 선형상의 제 2 실드 도체로 이루어지는 외측 실드층으로 이루어지고,

   상기 제 1 실드 도체의 직경은 상기 내측 실드층의 외경의 0.05~0.12배이고, 상기 제 2 실드 도체의 직경은 상기 외측 실드층의 외경의 0.05~0.12배인

   소직경 동축 케이블.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 실드 도체의 와인딩 각도 θ1과, 상기 제 2 실드 도체의 와인딩 각도 θ2 간에는 θ1≥θ2로 되는 관계가 있는 것을 특징으로 하는 소직경 동축 케이블.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   특성 임피던스가 50Ω±2Ω인 소직경 동축 케이블.

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