KR20210017719A - 케이블 연결 소자 및 이를 이용한 케이블 연결 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동축 케이블과 마이크로스트립 선로를 연결하는데 있어서, 임피던스 정합 특성 개선 및 전송 손실을 감소시켜 높은 전송 효율을 얻을 수 있는 케이블 연결 소자 및 이를 이용한 케이블 연결 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 케이블 연결 소자는 기판의 하부면에 맞닿도록 결합되는 제1 접지 부재, 제1 접지 부재로부터 연장 형성되되, 기판의 측면을 따라 제1 접지 부재와 수직하게 절곡되며, 제2 고정홀이 형성되고 케이블의 심선이 제2 고정홀에 삽입되어 기판의 선로에 안착된 상태에서 케이블의 외부 도체와 전기적으로 연결되는 제2 접지 부재를 포함한다.

Description

케이블 연결 소자 및 이를 이용한 케이블 연결 장치{Cable connecting element and cable connecting device using the same}

본 발명은 케이블 연결 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동축 케이블과 마이크로스트립 선로를 연결하는데 있어서, 임피던스 정합 특성 개선 및 전송 손실을 감소시켜 높은 전송 효율을 얻을 수 있는 케이블 연결 소자 및 이를 이용한 케이블 연결 장치에 관한 것이다.

마이크로스트립 형태의 전송선로와 동축케이블을 연결하기 위해서는 마이크로스트립 선로의 접지면과 동축 케이블의 외부 도체, 그리고 마이크로스트립 선로와 케이블의 심선을 전기적으로 연결해야 한다.

이를 위하여 종래에는 마이크로스트립 선로가 형성된 인쇄회로기판 상에 동축 케이블의 심선을 안착시키고, 기판 측면에 동축 케이블의 외부 도체가 잠식해 위치한 형태로 납땜을 통해 연결하였다.

이를 해결하기 위하여, 한국등록특허 제10-0941620호에는 동축 케이블과 기판을 연결하는 케이블 연결 소자 및 이에 있어서 케이블 연결 방법에 대한 내용을 게시하고 있다.

게시된 케이블 연결 소자는 케이블이 삽입되도록 그의 종단에 특정 공간이 형성된 기본 부재 및 특정 공간에 대응하는 기본 부재의 측면들 중 적어도 일부 위에 형성된 제 1 도전체 부재를 포함하되, 케이블 연결시 케이블의 외부 도체가 제 1 도전체 부재에 연결되는 것을 특징으로 한다.

그러나 게시된 케이블 연결 소자는 케이블 외부도체와 전송선로의 접지면 연결에서 임피던스 정합에 불리한 구조적 문제를 갖는다. 즉 고주파를 사용하는 이동 통신의 경우, 신호선과 접지 사이에는 교류에너지가 집중되면서 필드가 형성된다. 이때, 원형의 케이블 심선은 관 내에 갇힌 형태로 신호가 전송되고, 평면의 마이크로스트립 선로는 심선과 접지면 사이 그리고 신호선의 양쪽 방향으로 필드를 형성하면서 전송된다. 이에 따라 서로 다른 형태의 전송 선로가 연결될 경우 연결되는 지점에서는 서로 다른 형태의 필드가 충돌하며 손실이 발생하고, 임피던스 정합에도 불리한 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 동축 케이블과 마이크로스트립 선로를 연결하는데 있어서, 임피던스 정합 특성 개선 및 전송 손실을 감소시켜 높은 전송 효율을 얻을 수 있는 케이블 연결 소자 및 이를 이용한 케이블 연결 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 케이블 연결 소자는 기판의 하부면에 맞닿도록 결합되는 제1 접지 부재, 상기 제1 접지 부재로부터 연장 형성되되, 상기 기판의 측면을 따라 상기 제1 접지 부재와 수직하게 절곡되며, 제2 고정홀이 형성되고 상기 케이블의 심선이 상기 제2 고정홀에 삽입되어 상기 기판의 선로에 안착된 상태에서 상기 케이블의 외부 도체와 전기적으로 연결되는 제2 접지 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 케이블 연결 소자에 있어서, 상기 제1 접지 부재는 판 형태로 형성되어 상부면이 상기 기판의 하부면과 맞닿는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 케이블 연결 소자에 있어서, 상기 제1 접지 부재는 측면으로부터 수직하게 절곡되어 연장 형성되고, 상기 기판에 형성되는 결합홀에 삽입되어 상기 기판에 결합되는 적어도 하나의 걸림부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 케이블 연결 소자에 있어서, 상기 제1 접지 부재는 상부면과 하부면을 관통하도록 형성되는 적어도 하나의 제1 고정홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 케이블 연결 소자에 있어서, 상기 제2 접지 부재는 판 형태로 형성되어, 적어도 일면이 상기 외부 도체와 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 케이블 연결 소자에 있어서, 상기 기판의 하부면 및 상기 케이블의 외부 도체는 상기 제1 고정홀 및 상기 제2 고정홀에 솔더링을 통해 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 케이블 연결 장치는 유전체와, 상기 유전체의 상부면에 형성되어 케이블의 심선이 안착되는 선로를 포함하는 기판, 상기 기판의 하부면에 맞닿도록 결합되는 제1 접지 부재, 상기 제1 접지 부재로부터 연장 형성되되, 상기 기판의 측면을 따라 상기 제1 접지 부재와 수직하게 절곡되며, 제2 고정홀이 형성되고 상기 케이블의 심선이 상기 제2 고정홀에 삽입되어 상기 기판의 선로에 안착된 상태에서 상기 케이블의 외부 도체와 전기적으로 연결되는 제2 접지 부재를 포함하는 케이블 연결 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 케이블 연결 장치는 기판의 하부면에 맞닿도록 결합되는 제1 접지 부재와, 제1 접지 부재로부터 연장 형성되되, 기판의 측면을 따라 제1 접지 부재와 수직하게 절곡되는 제2 접지 부재의 적어도 일면에 케이블의 외부 도체가 연결됨으로써, 접지를 위한 외부 도체와의 접촉 면적을 넓힘으로써 미스 매칭(mismatching)을 감소시킬 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 케이블 연결 장치는 임피던스 정합 특성 개선 및 전송 손실을 감소시켜 높은 전송 효율을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 케이블 연결 장치의 구성을 나타낸 분해도이다.
도 2는 본 발명에 따른 케이블 연결 장치를 나타낸 결합도이다.
도 3은 비교예에 따른 케이블 연결 장치를 나타낸 이미지이다.
도 4 및 도 5는 비교예에 따른 케이블 연결 장치의 반사 손실을 측정한 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 케이블 연결 장치의 반사 손실을 측정한 그래프이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 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.

본 발명은 동축 케이블과 마이크로스트립 선로를 연결하는데 있어서, 임피던스 정합 특성 개선 및 전송 손실을 감소시켜 높은 전송 효율을 얻을 수 있는 방안과 관련한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 케이블 연결 장치의 구성을 나타낸 분해도이고, 도 2는 본 발명에 따른 케이블 연결 장치를 나타낸 결합도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 케이블 연결 장치(300)는 기판(100) 및 케이블 연결 소자(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

기판(100)은 유전율을 갖는 유전체 물질로 형성되는 유전체(110)와, 유전체(110)의 상부면에 형성되어 케이블(10)의 심선(11)이 안착되는 선로(120)가 형성될 수 있다. 이러한 기판(100)은 유전체(110) 하부면에 그라운드(Ground)를 형성하고, 선로(120)를 신호선으로 이용할 수 있다.

여기서 케이블(10)은 신호를 전달하는 심선(11), 심선(11)의 외부면을 감싸며 그라운드와 연결되는 외부 도체(12) 및 심선(11)과 외부 도체(12)를 보호하는 피복(13)으로 구성될 수 있다.

유전체(110)는 하부면에 그라운드가 형성될 수 있으며, 예를 들어 테플론 기판, BT 레진 기판 등이 사용될 수 있다. 예를 들어 그라운드는 동박으로 형성될 수 있다.

여기서 테플론 기판은 마이크로파에 사용되는 기판으로 유전체 손실(tanδ)이 0.001 정도로 낮아서 마이크로파에 최적이며, 테플론과 유리섬유를 그물처럼 엮은 구조이다.

BT 레진 기판은 고주파에 사용되는 기판으로 가공성이 좋으며, 유전체 손실이 0.003 정도가 될 수 있다.

선로(120)는 케이블(10)로부터 전달되는 신호를 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 선로(120)는 구리를 포함하는 도체를 이용하여 프린트 배선 기술을 통해 유전체(110) 상에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 마이크로스트립 선로(Microstrip Line)가 될 수 있다.

케이블 연결 소자(200)는 한편 케이블 연결 소자(200)는 케이블(10)의 외부 도체(12)와 유전체(110)의 하부면과의 그라운드를 위하여 전기적 연결이 가능한 도체로 형성될 수 있다. 이러한 케이블 연결 소자(200)는 제1 접지 부재(210), 제2 접지 부재(220)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1 접지 부재(210)는 판 형태로 형성되어 상부면이 기판(100)의 유전체(110)의 하부면, 즉 그라운드와 맞닿아 배치될 수 있다. 예를 들어 제1 접지 부재(210)는 사각형의 판 형태로 형성될 수 있다.

또한 제1 접지 부재(210)는 측면으로부터 수직하게 절곡되어 연장 형성되고, 기판(100)의 유전체(110)에 형성되는 결합홀(111)에 삽입되어, 기판(100)에 결합되는 적어도 하나의 걸림부(211)가 형성될 수 있다.

여기서 결합홀(111)은 유전체(110)의 상부면과 하부면을 관통하여 형성될 수 있다. 하지만 이에 한정된 것은 아니고, 결합홀(111)은 유전체(110)의 하부면으로부터 상부면으로 향하는 홈 형태가 될 수 있다.

이때, 걸림부(211)는 제1 접지 부재(210)가 유전체(110)의 하부에서 결합되면서 결합홀(111)에 끼움 결합 될 수 있다. 이러한 걸림부(211)는 케이블 연결 소자(200)가 기판(100)에 결합되는 과정에서 가이드 역할을 수행할 수 있다.

또한 제1 접지 부재(210)는 상부면과 하부면을 관통하도록 형성되는 적어도 하나의 제1 고정홀(212)이 형성된다. 여기서 제1 고정홀(212)은 솔더링(Soldering)을 위한 공간을 형성하며, 납땜 용액이 공간에 충진되면서 제1 접지 부재(210)와 유전체(110)를 고정할 수 있다. 이러한 제1 고정홀(212)은 제1 접지 부재(210)의 중심부에 형성된 것으로 도시되지만, 이에 한정된 것은 아니고 제1 접지 부재(210) 상에 다양한 위치에 형성될 수 있다.

즉 제1 접지 부재(210)는 케이블(10)의 외부 도체(12)를 제2 접지 부재(220)를 통해 유전체(110)에 연결하는 역할을 수행할 수 있다.

제2 접지 부재(220)는 기판(100)의 측면을 따라 제1 접지 부재(210)와 수직하게 절곡되어 형성된다. 이러한 제2 접지 부재(220)는 판 형태로 형성될 수 있으며, 적어도 일면이 케이블(10)의 외부 도체(12)와 연결될 수 있다. 여기서 제2 접지 부재(220)는 솔더링을 통해 케이블(10)의 외부 도체(12)와 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 따라 제2 접지 부재(220)는 제2 고정홀(221)이 형성될 수 있다. 여기서 제2 고정홀(221)은 제2 접지 부재(220)의 양측면을 관통하여 형성될 수 있으며, 케이블(10)의 심선(11)이 삽입될 수 있는 공간 및 외부 도체(12)가 제2 접지 부재(220)와의 솔더링을 위한 공간을 형성한다. 이때 외부 도체(12)는 제2 접지 부재(220)의 외측면에 밀착된 상태로 솔더링되거나, 제2 고정홀(221)에 수용된 상태로 솔더링되어 제2 접지 부재(220)에 고정될 수 있다.

이와 같이 케이블(10)의 외부 도체(12)가 제2 접지 부재(220)의 면과 접촉됨으로써 접촉 면적을 넓힘에 따라 임피던스 정합에 유리한 조건을 갖는다. 즉 접지를 위한 외부 도체(12)와의 접촉 면적을 넓힘으로써 미스 매칭(mismatching)을 감소시킬 수 있다.

또한 제2 접지 부재(220)와 넓은 면적으로 접촉될 뿐 아니라, 제2 접지 부재(220)로부터 연장된 제1 접지 부재(220)가 기판(100)의 하부로 유전체(110)와 접촉하기 때문에, 서로 다른 필드(Field)가 크게 충돌 하지 않고 효율적으로 정합해 전송하도록 한다.

즉 케이블(10)의 심선(11)과 선로(120)에 의한 필드가 기판(100)을 중심으로 상부에 형성되게 되는데, 그라운드를 'L' 형태의 제2 접지 부재(220) 및 제1 접지 부재(210)를 통해 유전체(110)의 하부로 연결함으로써, 필드가 충돌하는 것을 최소화할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 케이블 연결 장치와 비교예에 따른 케이블 연결 장치의 반사 손실에 대한 비교를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 케이블 연결 장치의 효과에 대하여 설명하도록 한다.

도 3은 비교예에 따른 케이블 연결 장치를 나타낸 이미지이고, 도 4 및 도 5는 비교예에 따른 케이블 연결 장치의 반사 손실을 측정한 그래프이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 케이블 연결 장치의 반사 손실을 측정한 그래프이다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 먼저 비교예는 도 3에 도시된 바와 같이, 별도의 연결 소자를 구비하지 않고, 유전체 상부면에 외부 도체를 연결하여 그라운드로 사용하고, 심선을 선로에 연결하였다.

실시예는 상술한 바와 같이, 제1 접지 부재 및 제2 접지 부재를 포함하는 'L' 형태의 케이블 연결 소자에 외부 도체를 연결하여 유전체의 하부면으로 그라운드 하고, 심선을 선로에 연결하였다.

그 결과, 비교예는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 반사 손실이 -20dB 이상에 존재하고, polar chart의 괘적이 chart의 중심으로부터 벗어나 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 임피던스 정합이 충분히 이루어지지 않은 상태를 의미한다.

반면에 실시예는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 반사 손실이 -20dB 이하에 존재하고, polar chart의 괘적이 chart의 중심에 수렴되어 있는 것을 확인할 수 있다.

즉 본 발명의 실시예에 따른 케이블 연결 소자를 사용할 경우, 반사 손실이 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 이는 접지를 위한 외부 도체와의 접촉 면적을 넓힘으로써 미스 매칭(mismatching)을 감소시킨 것으로 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 케이블 연결 장치는 기판의 하부면에 맞닿도록 결합되는 제1 접지 부재와, 제1 접지 부재로부터 연장 형성되되, 기판의 측면을 따라 제1 접지 부재와 수직하게 절곡되는 제2 접지 부재의 적어도 일면에 케이블의 외부 도체가 연결됨으로써, 접지를 위한 외부 도체와의 접촉 면적을 넓힘으로써 미스 매칭(mismatching)을 감소시킬 수 있다.

이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 케이블 연결 장치는 임피던스 정합 특성 개선 및 전송 손실을 감소시켜 높은 전송 효율을 얻을 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

10 : 케이블 11 : 심선
12 : 외부 도체 13 : 피복
100 : 기판 110 : 유전체
120 : 선로 200 : 케이블 연결 소자
210 : 제1 접지 부재 220 : 제2 접지 부재
300 : 케이블 연결 장치

Claims (7)

1. 기판의 하부면에 맞닿도록 결합되는 제1 접지 부재;
   상기 제1 접지 부재로부터 연장 형성되되, 상기 기판의 측면을 따라 상기 제1 접지 부재와 수직하게 절곡되며, 제2 고정홀이 형성되고 상기 케이블의 심선이 상기 제2 고정홀에 삽입되어 상기 기판의 선로에 안착된 상태에서 상기 케이블의 외부 도체와 전기적으로 연결되는 제2 접지 부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 연결 소자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 접지 부재는,
   판 형태로 형성되어 상부면이 상기 기판의 하부면에 형성된 그라운드와 맞닿는 것을 특징으로 하는 케이블 연결 소자.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 접지 부재는,
   측면으로부터 수직하게 절곡되어 연장 형성되고, 상기 기판에 형성되는 결합홀에 삽입되어 상기 기판에 결합되는 적어도 하나의 걸림부가 형성된 것을 특징으로 하는 케이블 연결 소자.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 접지 부재는,
   상부면과 하부면을 관통하도록 형성되는 적어도 하나의 제1 고정홀이 형성된 것을 특징으로 하는 케이블 연결 소자.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 접지 부재는,
   판 형태로 형성되어, 적어도 일면이 상기 외부 도체와 연결되는 것을 특징으로 하는 케이블 연결 소자.
6. 제4항에 있어서,
   상기 기판의 하부면 및 상기 케이블의 외부 도체는 상기 제1 고정홀 및 상기 제2 고정홀에 솔더링을 통해 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 케이블 연결 소자.
7. 유전체와, 상기 유전체의 상부면에 형성되어 케이블의 심선이 안착되는 선로를 포함하는 기판;
   상기 기판의 하부면에 맞닿도록 결합되는 제1 접지 부재, 상기 제1 접지 부재로부터 연장 형성되되, 상기 기판의 측면을 따라 상기 제1 접지 부재와 수직하게 절곡되며, 제2 고정홀이 형성되고 상기 케이블의 심선이 상기 제2 고정홀에 삽입되어 상기 기판의 선로에 안착된 상태에서 상기 케이블의 외부 도체와 전기적으로 연결되는 제2 접지 부재를 포함하는 케이블 연결 소자;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 연결 장치.

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