KR20220131339A - 자동차 통신 케이블 - Google Patents

Abstract

플루오르중합체 절연체로 각각 코팅된, 와이어의 트위스트 페어의 쌍을 포함하는 통신 케이블이 제공된다. 와이어의 트위스트 페어는 차동 신호, 예를 들어 차동 데이터 신호 및/또는 차동 전력 신호를 전달하도록 구성된다. 플루오로중합체는 매우 효율적인 절연체이고, -40 ℃ 내지 150 ℃의 온도 범위에서 동작될 때에도 작은 케이블 감쇠(삽입 손실)를 유지하면서 내부 및 외부 전자기 간섭의 영향 모두를 상당히 감소시킨다.

Description

자동차 통신 케이블

본 개시 내용은 통신 케이블, 그리고 보다 구체적으로 자동차 산업에서 사용하기 위한 고온 통신 케이블에 관한 것이다.

최신 컴퓨터 시스템은 데이터에 대한 요구를 지속적으로 증가시켜 왔다. 이러한 증가되는 데이터 요구는 모터 차량에서 사용되는 컴퓨터 시스템에서 보다 더 나타나기 시작하고 있다. 모터 차량 컴퓨터 시스템에서 데이터를 전달하기 위해서 모터 차량 산업은 일반적으로 CAN(Controller Area Network) 버스 케이블에 의존하여 왔다. 불행하게도, CAN 버스 케이블은 현재 및 향후의 모터 차량 컴퓨터 시스템에 필요한 고대역폭, 저지연 적용예(예를 들어, 자율 주행)의 데이터 요구를 핸들링할 수 없다.

따라서, 건물에 사용되는 컴퓨터 시스템을 위한 범용 네트워킹 표준인 이더넷이 자동차 산업을 위한 네트워킹 프로토콜로서 사용되고 있다. IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.3 이더넷 그룹, SAE(Society of Automotive Engineers) 및 ISO(International Standards Organization)가 고속 모터 차량 네트워크(물리적 층 포함)에 대한 표준을 개발했거나 개발 중이다. 이러한 표준에 따르면, 자동차 이더넷 네트워크는 고성능 단일 트위스트 페어(pair) 케이블로 상호 연결될 것이다. 불행하게도, 이전에 알려진 자동차 케이블에 사용되는 재료는, 이더넷 케이블이 최신 모터 차량 컴퓨터 시스템의 데이터 요구를 충족시키기 위한 충분한 데이터 처리량을 여전히 제공할 수 있게 하면서 모터 차량 내의 환경 조건을 견딜 수는 없다.

따라서, 최신 모터 차량 컴퓨터 시스템의 높은 데이터 요구를 여전히 충족시키면서, 모터 차량에서 발견되는 상승된 온도 조건에서 사용될 수 있는 새로운 유형의 통신 케이블(예를 들어, 이더넷 케이블)이 필요하다.

이러한 개시 내용은 일반적으로, 모터 차량 산업과 같이, 열과 관련된 요구를 가지는 환경에서 사용하기 위한 통신 케이블에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 케이블은, FEP 절연체로 각각 절연된, 와이어의 트위스트 페어(twisted pair of wires)를 포함한다. 추가적인 실시형태는 절연된 트위스트 페어 주위에서 보호 자켓을 포함할 수 있고, 이는 와이어의 트위스트 페어를 환경 조건으로부터 보호하고 케이블의 구조적 무결성을 제공한다.

와이어의 트위스트 페어는 차동 신호, 예를 들어 차동 데이터 신호 및/또는 차동 전력 신호를 전달하도록 구성된다. 이를 위해서, 각각의 와이어의 코어가 전도체에 의해서 제공되어 차동 데이터 및/또는 전력 신호(들)를 전파시킨다. 트위스트 페어 내의 와이어의 각각에서, 와이어의 전도성 코어를 덮고 둘러싸는 와이어 절연부가 제공된다. 일 실시형태에서, 와이어 절연부는 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP)으로 형성된다. 이러한 재료는 매우 효과적인 절연체이고, 100 MHz 내지 10 GHz의 주파수 범위 및 -40 ℃ 내지 150 ℃ 의 온도 범위 내에서 동작하는 차동 신호를 전달할 때에도, 비교적 작은 삽입 손실(insertion loss)을 유지하면서 내부 및 외부 전자기 간섭 모두의 영향을 상당히 감소시킨다. 이러한 방식으로, 케이블은, 최신 모터 차량 컴퓨터 시스템의 높은 데이터 요구를 충족시키면서 모터 차량의 후드 아래에 존재하는 환경 조건을 핸들링할 수 있다.

전술한 내용은, 청구된 청구 대상의 일부 양태의 기본적인 이해를 제공하기 위해서 단순화된 요지를 나타낸다. 이러한 요지는 광범위한 개관은 아니다. 이는 핵심 또는 중요 요소를 식별하기 위한 것이 아니고, 또는 청구된 청구 대상의 범위를 경계 짓기 위한 것이 아니다. 그 유일한 목적은 일부 개념을, 추후에 제시되는 보다 구체적인 설명에 대한 전조로서, 단순화된 형태로 제시하는 것이다.

이러한 명세서 내에 포함되고 그 일부를 형성하는 첨부 도면이 본 개시 내용의 몇몇 양태를 묘사하고, 상세한 설명과 함께, 개시 내용의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 이러한 개시 내용에 따른 케이블(100)의 실시형태의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 케이블(100)의 실시형태의 횡단면도를 도시한다.
도 3은 -40 ℃, 23 ℃, 및 105 ℃의 온도에서 그리고 1 GHz, 2.5 GHz, 5 GHz, 및 10 GHz의 주파수 지점에서, 그리고 2.5 GHz에서 150℃의 온도에서 FEP 및 가교-결합 폴리에틸렌(XLPE)의 유전 상수의 측정치들을 플로팅(plot)한 행 및 열의 표이다.
도 4는 도 3에 도시된 동일 측정치를 플로팅하는 막대 차트이다.
도 5는, 2.5 GHz의 주파수 지점에서 그리고 150 ℃의 온도에서 측정될 때의, 시간에 걸친 XLPE의 유전 상수의 변동을 도시한다.
도 6은 -40 ℃, 23 ℃, 및 105 ℃의 온도에서 그리고 1 GHz, 2.5 GHz, 5 GHz, 및 10 GHz의 주파수 지점에서, 그리고 2.5 GHz에서 150℃의 온도에서 FEP 및 XLPE의 소산 인자(dissipation factor)의 측정치들을 플로팅한 행 및 열의 표이다.
도 7은 도 6에 도시된 동일 측정치를 플로팅하는 막대 차트이다.
도 8은, 2.5 GHz의 주파수 지점에서 그리고 150 ℃의 온도에서 측정될 때의, 시간에 걸친 XLPE의 소산 인자의 변동을 도시한다.
도 9는 - 40 ℃의 온도 그리고 15 미터의 케이블 길이에서의 유전 상수 및 소산 인자의 측정치를 기초로 하는 FEP 및 XLPE 절연 케이블에 대한 단일 페어 케이블 감쇠(삽입 손실)의 계산을 플로팅하는 행 및 열의 표이다.
도 10은 도 9와 동일한 계산을 기초로 하는 단일 페어 케이블 감쇠의 선 차트이다.
도 11은 15 미터의 케이블 길이와 23 ℃의 온도에서의 유전 상수 및 소산 인자의 측정치를 기초로 하는 FEP 및 XLPE 절연 케이블에 대한 단일 페어 케이블 감쇠의 계산을 플로팅하는 행 및 열의 표이다.
도 12는 도 11과 동일한 계산을 기초로 하는 단일 페어 케이블 감쇠의 선 차트이다.
도 13은 15 미터의 케이블 길이와 105 ℃의 온도에서의 유전 상수 및 소산 인자의 측정치를 기초로 하는 FEP 및 XLPE 절연 케이블에 대한 단일 페어 케이블 감쇠의 계산을 플로팅하는 행 및 열의 표이다.
도 14는 도 13과 동일한 계산을 기초로 하는 단일 페어 케이블 감쇠의 선 차트이다.
도 15는 100 미터의 케이블 길이와 105 ℃의 온도에서의 유전 상수 및 소산 인자의 측정치를 기초로 하는 FEP 및 XLPE에 대한 단일 페어 케이블 감쇠의 계산을 플로팅하는 행 및 열의 표이다.
도 16은 도 15와 동일한 계산을 기초로 하는 감쇠의 선 차트이다.
도 17은 일 실시형태에 따른 통신 케이블을 개략적으로 도시한다.
도 18은 예시적인 테스팅 장치를 개략적으로 도시한다.
도 19는 여러 온도 및 주파수에서 대표적인 자동차 통신 케이블의 삽입 손실(케이블 감쇠)을 보여 주는 선 차트이다.
도 20은 여러 온도 및 주파수에서 일 실시형태에 따른 FEP 절연 케이블의 삽입 손실을 보여 주는 선 차트이다.
도 21은 여러 온도 및 주파수에서 일 실시형태에 따른 FEP 절연 케이블의 측정된 삽입 손실 값을 보여 주는 행 및 열의 표이다.
도 22는 23 ℃에서 상이한 절연부들을 갖는 15 미터 길이의 케이블의 삽입 손실을 보여주는 선 차트이다.
도 23은 125 ℃에서 3시간 동안 유지된 후의, 상이한 절연부들을 갖는 15 미터 길이의 케이블의 삽입 손실을 보여주는 선 차트이다.
도 24는 125 ℃에서 240시간 동안 유지된 후의, 상이한 절연부들을 갖는 15 미터 길이의 케이블의 삽입 손실을 보여주는 선 차트이다.
도 25는 23 ℃ 및 주변 상대 습도에서, 상이한 절연부들을 갖는 15 미터 길이의 케이블의 삽입 손실을 보여주는 선 차트이다.
도 26은 85 ℃ 및 85%의 상대 습도에서 3시간 동안 유지된 후의, 상이한 절연부들을 갖는 15 미터 길이의 케이블의 삽입 손실을 보여주는 선 차트이다.
도 27은 85 ℃ 및 85%의 상대 습도에서 168시간 동안 유지된 후의, 상이한 절연부들을 갖는 15 미터 길이의 케이블의 삽입 손실을 보여주는 선 차트이다.
도 28은 소정 주파수 범위에 걸친 상승된 온도에서의 여러 케이블의 삽입 손실 값을 보여 주는 행 및 열의 표이다.
도 29는 소정 주파수 범위에 걸친 상승된 온도 및 습도에서의 여러 케이블의 삽입 손실 값을 보여 주는 행 및 열의 표이다.

이하에 기재된 개시 내용은 당업자가 실시형태를 실시할 수 있게 하는 필요 정보를 나타내고, 개시 내용의 최적의 실시 모드를 설명한다. 첨부 도면을 고려하여 이하의 설명을 읽을 때, 당업자는 개시 내용의 개념을 이해할 수 있을 것이고, 본원에서 특별히 설명되지 않은 이러한 개념의 적용예를 인지할 수 있을 것이다. 이러한 개념 및 적용예는 본 개시 내용 및 첨부된 청구항의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

달리 규정되는 바가 없는 한, 본원에서 사용된 모든 용어(기술적 및 과학적 용어를 포함)가 본 개시 내용의 당업자에 의해서 일반적으로 이해되는 바와 같은 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에서 규정된 용어와 같은 용어는 명세서의 맥락에서의 그 의미와 일치되는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하고, 본원에서 명시적으로 규정되지 않는 한, 이상적인 또는 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다는 것을 더 이해할 수 있을 것이다. 간결함 또는 명료함을 위해서, 주지의 기능 또는 구성이 구체적으로 설명되지 않을 수 있다.

"약" 및 "대략적으로"라는 용어는 일반적으로, 측정의 특성 또는 정밀도를 고려하여, 측정되는 양에 대한 허용 가능한 오차 또는 변동의 정도를 의미한다. 일반적이고 예시적인 오차 또는 변동 정도는 주어진 값 또는 값 범위의 20 퍼센트(%) 이내, 바람직하게는 10% 이내, 더욱 바람직하게는 5% 이내이다. 이러한 설명에서 주어진 수치는, 달리 명시되지 않는 한, 근사치이며, 이는 명시적으로 언급되지 않은 경우 "약" 또는 "대략적으로"라는 용어가 유추될 수 있음을 의미한다. 달리 기술되지 않는 한, 청구범위 내의 수치는 정확한 것이다.

특징부 또는 요소가 다른 특징부 또는 요소 "상에" 있는 것으로 지칭될 때, 그러한 것이 다른 특징부 또는 요소 상에 직접적으로 위치될 수 있거나 개재되는 특징부 및/또는 요소가 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 대조적으로, 특징부 또는 요소가 다른 특징부 또는 요소 "상에 직접적으로" 위치되는 것으로 지칭될 때, 개재되는 특징부 또는 요소는 존재하지 않는다. 또한, 특징부 또는 요소가 다른 특징부 또는 요소에 "연결된", "부착된", 또는 "커플링된" 것으로 지칭될 때, 이는 다른 특징부 또는 요소에 직접적으로 연결, 부착 또는 커플링될 수 있거나 개재 특징부 또는 요소가 존재할 수 있다는 점이 또한 이해될 것이다. 대조적으로, 특징부 또는 요소가 다른 특징부 또는 요소에 "직접적으로 연결된", "직접적으로 부착된", 또는 "직접적으로 커플링된" 것으로 지칭될 때, 개재되는 특징부 또는 요소는 존재하지 않는다. 일 실시형태와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 그렇게 설명되고 도시된 특징부 및 요소가 다른 실시형태에 적용될 수 있다.

본원에서 사용된 용어는 단지 특별한 실시형태를 설명하기 위한 것이고 제한을 위한 것이 아니다. 본원에서 사용된 바와 같이, 문맥상 달리 명백하게 표시된 바가 없는 한, 단수 형태("a," "an" 및 "the")는 복수의 형태를 또한 포함하도록 의도된 것이다.

"제1" 및 "제2" 및 기타의 용어는 본원에서 다양한 특징부 또는 요소를 설명하기 위해서 사용될 수 있지만, 이러한 특징부 또는 요소가 이러한 용어에 의해서 제한되지 않아야 한다. 이러한 용어는 단지 하나의 특징부 또는 요소를 다른 특징부 또는 요소로부터 구별하기 위해서 이용될 수 있다. 따라서, 본 개시 내용의 교시 내용으로부터 벗어나지 않으면서, 후술되는 제1 특징부 또는 요소는 제2 특징부 또는 요소로 지칭될 수 있고, 유사하게, 후술되는 제2 특징부 또는 요소가 제1 특징부 또는 요소로 지칭될 수 있다.

"A와 B 중 적어도 하나"와 같은 용어는 "A만, B만, 또는 A와 B 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 더 긴 목록(예를 들어, "A, B, 및 C 중 적어도 하나")에도 동일한 구성이 적용되어야 한다.

"본질적으로 ~로 구성되는"이라는 용어는, 인용된 요소에 추가하여, 청구된 것이 또한, 본 개시 내용에 언급된 바와 같은 의도된 목적을 위해서 청구된 것의 동작성에 부정적인 영향을 미치지 않는 다른 요소(단계, 구조, 성분, 구성요소 등)도 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 용어는, 다른 요소가 일부 다른 목적을 위해 청구된 것의 동작성을 향상시킬 수 있더라도, 본 개시 내용에 언급된 바와 같은 의도된 목적을 위해서 청구된 것의 동작성에 부정적인 영향을 미치는 다른 요소는 배제한다.

어떤 곳에서는, 표준 방법을 참조하나, 측정 방법으로 제한되지 않는다. 그러한 표준은 수시로 수정되며, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 개시 내용의 그러한 표준에 대한 언급은 출원 시점을 기준으로 가장 최근에 공개된 표준을 언급하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 이해해야 한다.

이러한 개시 내용은 이더넷 케이블과 같은 통신 케이블의 실시형태를 설명한다. 케이블은, 고온에 노출되나 데이터 요구가 점점 더 증가되는 모터 차량 컴퓨터 시스템에서 특히 유용하다. 케이블의 하나의 특정 실시형태는 와이어의 단일 트위스트 페어를 포함한다. 이러한 와이어의 각각의 와이어 절연부는 FEP과 같은 고절연성, 저감쇠, 및 내열성 재료에 의해서 제공된다. 와이어의 트위스트 페어는 차동 데이터 및/또는 전력 신호를 전달하도록 구성된다. 와이어 절연체로서 FEP을 이용하는 것은, 케이블이, 모터 차량에 의해서 제공되는 더 극단적인 열 조건을 핸들링할 수 있게 하면서, 고주파수 범위(예를 들어, 100 MHz 내지10 GHz) 내에서 차동 신호를 전달할 수 있게 한다. 차동 데이터 및/또는 전력 신호를 위한 다수의 경로를 제공하기 위해서, 케이블의 다른 실시형태가 몇 개의 와이어의 페어를 포함할 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 케이블의 추가적인 실시형태는 하나 초과의 트위스트 페어를 포함한다. 케이블의 특정 실시형태는 적어도 1, 2, 3, 또는 4개의 트위스트 페어를 포함한다. 케이블의 또한 추가적인 특정 실시형태는 정확하게 1, 2, 3, 또는 4개의 트위스트 페어를 포함한다. 이러한 와이어의 페어는 케이블 자켓 내로 삽입될 수 있고, 케이블 자켓은 이더넷 케이블에 그 구조적 무결성을 제공한다. 일부 실시형태에서, 하나 초과의 트위스트 페어를 갖는 케이블은 케이블 내에서 분리부를 포함한다. 일부 실시형태에서, 정확히 하나의 트위스트 페어를 갖는 실시형태는 케이블 내에서 분리부를 포함하지 않는다. 또한, 일부 구현예에서, 케이블을 전자기 간섭으로부터 보호하는데 도움을 주기 위해서, 케이블이 차폐될 수 있다.

도 1은 이러한 개시 내용에 따른 케이블(100)의 실시형태의 사시도를 도시하는 한편, 도 2는 도 1에 도시된 케이블(100)의 실시형태의 횡단면도를 도시한다. 케이블(100)은, 와이어(102, 104)의 트위스트 페어를 형성하기 위해서 함께 트위스트되는 와이어(102, 104)의 페어를 포함한다. 와이어(102)는 전도체(106)(도 2 참조)를 포함하는 한편, 와이어(104)는 전도체(108)(도 2 참조)를 포함하고, 이러한 전도체들은 전도성 재료로 각각 형성된다. 전도체(106, 108)를 형성하는 전도성 재료는, 금속, 합금, 및 기타를 포함하는, 임의의 전도성 재료일 수 있다. 일 실시형태에서, 와이어(102, 104) 내의 전도체(106, 108)는 구리로 각각 형성된다. 전도체(106, 108)의 페어는 일부 구현예에서 차동 신호의 전파를 위해서 사용될 수 있고, 그에 따라 전도체들(106, 108)은, 약 180도의 위상차의 상보적인 신호들을 전달할 수 있다. 따라서, 와이어들(102, 104) 사이의 전자기 간섭을 상쇄시키고 전도체(106, 108) 페어의 균형을 유지하는데 도움을 주기 위해서, 와이어(102, 104)의 페어가 트위스트된다. 일부 구현예에서, 와이어(102, 104)의 페어는 데이터 신호 전달 및 전력 전송 모두를 핸들링하기 위해서 사용될 것이다. 예를 들어, 와이어(102, 104)의 페어는 센서 및 능동 통신 장치에 최대 50와트의 전력을 전달하는 데 사용될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 와이어(102, 104)의 각각이 와이어 절연부(110, 112)를 각각 포함한다. 와이어(102)의 와이어 절연부(110)는 전도체(106)를 둘러싸고 덮는 한편, 와이어(104)의 와이어 절연부(112)는 전도체(108)를 둘러싸고 덮는다. 일부 실시형태에서, 와이어 절연부는 전도체 주위에서 실질적으로 기밀적인 밀봉을 생성한다. 일부 실시형태에서, 와이어 절연부는 전도체와 직접 접촉되고 절연부와 전도체 사이에서 실질적으로 기밀인 밀봉을 형성한다. 일부 실시형태에서, 절연부는 전도체의 전체 외부 주변부 및 길이와 직접 접촉된다. 전도체의 길이의 작은 부분이 연결부(118) 내로 삽입될 수 있고 절연부와 직접 접촉되지 않을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

와이어 절연부(110) 및 와이어 절연부(112)는, 낮은 유전 상수 및 낮은 유전율을 가지고 그에 따라 큰 전하 및 전류의 존재 하에서 플럭스의 전자기 라인의 집중에 저항하는, 절연 재료로 형성된다. 이는 와이어(102, 104)의 페어가 고주파수 신호를 전파할 수 있게 한다. 일 구현예에서, 케이블(100)은 카테고리 6A 이더넷 케이블이고, 이는 케이블(100)이, 외부 노이즈 영향 및 내부 누화 소스, 예를 들어 NEXT(Near End Crosstalk) 및 FEXT(Far End Crosstalk)를 최소화하면서, 10 MHz 내지 500 MHz의 동작 주파수 및 초당 10 기가비트(Gbps)의 시스템 스루풋(system throughput)을 갖는 신호를 전달할 수 있을 것을 요구한다. 카테고리 6A 케이블(100)의 적절한 형태의 예는 비차폐 트위스트 페어 케이블(UTP), 세그먼트 차폐 트위스트 페어(SSTP) 및 차폐 트위스트 페어(STP)을 포함한다. 하나의 적절한 형태의 STP는 한쪽에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 그리고 다른 쪽에서 알루미늄을 가지는 차폐부, 및 드레인 와이어를 포함한다. SSTP의 하나의 적절한 형태는 한쪽에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 그리고 다른 쪽에서 알루미늄을 가지는 차폐부를 포함하고, 알루미늄은 일정한 간격으로 절단되는 반면 PET는 차폐부의 길이를 따라 손상되지 않으므로, 드레인 와이어를 필요로 하지 않는다.

일부 실시형태에서, 와이어 절연부(110) 및 와이어 절연부(112)를 형성하는 절연 재료는 최신 자동차 엔진의 후드 아래에서 발생되는 온도에서 약 1.2 내지 약 2.1의 유전 상수를 갖는다. 일반적으로, 이러한 온도는 -40 ℃ 내지 200 ℃에서 변동된다. 다른 실시형태에서, 와이어 절연부(110) 및 와이어 절연부(112)를 형성하는 절연 재료는 최신 자동차 엔진의 후드 아래에서 발생되는 온도에서 약 1.5 내지 약 2.1의 유전 상수를 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 와이어 절연부(110) 및 와이어 절연부(112)를 형성하는 절연 재료는 최신 자동차 엔진의 후드 아래에서 발생되는 온도에서 약 1.7 내지 약 2.1의 유전 상수를 갖는다.

FEP은 이하 중 하나 이상과 같은 몇몇 장점을 갖는다: 넓은 온도 범위에 걸친 양호한 성능, 높은 융점, 용매에 대한 큰 내성, 산에 대한 큰 내성, 염기에 대한 큰 내성, 내마모성, 오일에 대한 내성, 작은 마찰, 및 큰 안정성. 적합한 FEP의 예로서 CAS Registry Number 25067-11-2가 있다. FEP는 헥사플루오로프로필렌과 테트라플루오로에틸렌(TFE)의 용융-가공 가능 공중합체이다. PFA 또는 일부 다른 플루오로중합체와 달리, FEP의 각 탄소는 플루오린 원자로 포화된다. TFE 서브유닛은 -(CF₂CF₂) -의 일반식을 가지며, 헥사플루오로프로필렌 서브유닛은 -(CF₂CF(CF₃)) -의 일반식을 갖는다.

전술한 플루오로중합체는 발포되거나 고체 형태일 수 있다. 일 실시형태에서, 플루오로중합체는 발포 구조를 갖는다. 이러한 양태에서, 플루오로중합체는 발포를 촉진하는 제제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 플루오로중합체는 핵 생성제를 포함할 수 있다. 적합한 제제는, 비제한적으로, 붕소 질화물; 무기염류, 예를 들어 사붕산칼슘, 사붕산나트륨, 사붕산칼륨, 탄산칼슘, 사붕산아연, 및 질산바륨; 활석; 및 금속 산화물, 예를 들어 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물 및 이산화규소를 포함한다. 일 실시형태에서, 플루오로중합체는 붕소 질화물을 포함한다.

FEP와 같은, 본원에서 설명된 발포 플루오로중합체는, 와이어 절연부(110) 및 와이어 절연부(112)를 형성하는 절연 재료에서 사용하기에 적합하다. 일 실시형태에서, 절연 재료가 발포 플루오로중합체로 구성될 때, 절연 재료는 약 1.2 내지 약 1.7의 유전 상수를 갖는다. 다른 실시형태에서, 절연 재료가 발포 플루오로중합체로 구성될 때, 절연 재료는 약 1.4 내지 약 1.6의 유전 상수를 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 절연 재료가 발포 플루오로중합체로 구성될 때, 절연 재료는 약 1.4 내지 약 1.5의 유전 상수를 갖는다.

각각의 전도성 와이어의 절연체는 플루오로중합체의 적어도 95% w/w일 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 각각의 전도성 와이어는 플루오로중합체의 적어도 95, 96, 97, 98, 99, 99.9, 또는 100%일 수 있다.

일부 실시형태에서, 절연 재료는 첨가제, 개질제, 또는 보강제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 재료는 식별을 위해서 착색되거나 착색제를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 절연 재료는 금속 불활성화제, UV 안정화제, 및/또는 구리 안정호제를 포함한다. 일부 실시형태에서, 절연 재료는 극성 첨가제를 포함하지 않고/않거나 모든 첨가제를 실질적으로 포함하지 않는다.

카테고리 5e, 카테고리 6, 카테고리 7, 카테고리 7A 및 카테고리 8과 같은 다른 카테고리의 이더넷 케이블이 되도록, 케이블(100)의 다른 실시형태가 제공될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 케이블(100)의 대안적인 실시형태가 100BASE-T1 케이블을 포함하는 다른 유형의 이더넷 케이블로서 제공될 수 있다. 케이블(100)의 다른 예가 따를 수 있는 이더넷 표준의 일부가 IEEE 802.3cg, IEEE 802.3bw, IEEE 802.3bp, IEEE 802.3ch, IEEE 802.3bu 이더넷 표준을 포함한다. 또한, 일부 케이블 표준에는 SAE J3117/1, SAE J3117/2 및 SAE J3117/3이 포함된다.

[실시예]

도 1 및 도 2에 도시된 케이블(100)의 실시형태는, 케이블(100)의 길이를 따라서 차동 데이터 및/또는 전력 신호를 전달하는 와이어(102, 104)를 둘러싸는, 차폐부(114) 및 케이블 자켓(116)을 포함한다. 이러한 예에서, 차폐부(114)는 와이어(102, 104)와 케이블 자켓(116) 사이에 제공된다. 차폐부(114)는 EMI를 반사하도록 및/또는 EMI을 접지로 안전하게 전도하도록 구성된다. 어느 경우이든, 차폐부(114)는 EMI이 와이어(102, 104) 내의 전도체(106, 108)에 영향을 미치는 것을 방지하는데 도움을 준다. 따라서, 일부 EMI가 차폐부(100)를 통과하는 경우에도, 이는 크게 감소되고, 와이어(102, 104)의 전도체(106, 108)를 따라서 전송되는 데이터 및/또는 전력 신호와 크게 간섭하지 않는다. 일부 실시형태에서, 차폐부(114)는 와이어(102, 104)와 직접 접촉되고, 차폐부와 와이어(102, 104) 사이에서 실질적으로 기밀인 밀봉을 형성한다. 일부 실시형태에서, 차폐부(114)는 와이어(102, 104)의 외부 주변부 및 길이와 직접 접촉된다. 와이어(102, 104)의 길이의 작은 부분이 연결부(118) 내로 삽입될 수 있고 차폐부(114)와 직접 접촉되지 않을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

이러한 실시예에서, 차폐부(114)는, 구리와 같은 금속의 직조된 메시로서 형성될 수 있는 브레이드(braid)로서 제공된다. 따라서, 차폐부(114)는 접지까지의 큰 전도성의 경로를 제공할 수 있다. 케이블(100)의 이러한 실시형태는 차폐 트위스트 페어 케이블(STP)의 예이다. 일부 구현예에서, 케이블(100)은 길이가 40 미터까지이고 특히 대형 트럭에서의 사용에 유용하다. 대안적인 예에서, 차폐부(114)는, 알루미늄과 같은 금속의 얇은 층에 의해서 형성될 수 있는 호일 차폐부로서 제공될 수 있다. 호일 차폐부는 강도 및 거칠기(ruggedness)를 부가하기 위해서 (폴리에스터와 같은 재료로 형성될 수 있는) 캐리어에 부착될 수 있다. 또 다른 예에서, 케이블(100)은, 매우 노이즈가 많은 환경에서 특히 유용한, 다수의 동심적인 차폐부들을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 케이블(100)은 차폐되지 않을 수 있고, 그에 따라 자켓(116)과 와이어(102, 104) 사이에 차폐부(114)가 없을 수 있다. 이는 비차폐 트위스트 페어 케이블(UTP)의 예일 수 있다. 일부 구현예에서, UTP 케이블은 길이가 15 미터까지 일 수 있고, 표준 소비자 자동차에서 특히 유용할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 케이블(100)의 실시형태는 또한 자켓(116)을 포함하고, 이러한 자켓은 케이블(100)의 최외부 층을 형성하고 외부 환경에 노출된다. 일부 실시형태에서, 자켓(116)은 차폐부(114) 및 와이어(102, 104) 중 하나 또는 둘 모두를 둘러싼다. 이러한 방식으로, 자켓(116)은 차폐부(114), 절연부(110, 112), 및 전도체(106, 108)를 EMI, 외부의 물리적 힘, 열, 및 화학적 열화로부터 보호하도록 구성된다. 자켓(116)은 폴리염화비닐(PVC), 폴리우레탄(PUR), 염소화 폴리에틸렌(CPE), XLPE, 에틸렌 프로필렌 고무(EPR), FEP, PFA, 또는 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE)과 같은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 일부 대안적인 예에서, 충진재, 가소제, 활성제, 및 억제제를 자켓(116)에 첨가하여, 자켓(116)의 특정의 물리적, 전기적, 또는 화학적 특성을 향상시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 자켓(116)은 차폐부(114)와 직접 접촉되고 자켓(116)과 차폐부(114) 사이에서 실질적으로 기밀인 밀봉을 형성한다. 일부 실시형태에서, 자켓(116)은 차폐부(114)의 전체 외부 주변부 및 길이와 직접 접촉된다. 차폐부(114)의 길이의 작은 부분이 연결부(118) 내로 삽입될 수 있고 자켓(116)과 직접 접촉되지 않을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도 1에 도시된 케이블(100)의 실시형태는, 케이블(100)의 일 단부(120)에 연결된 연결부(118)를 포함한다. 더 구체적으로, 연결부(118)는 전도성 부재(122, 124)의 쌍을 포함하고, 와이어(102)의 전도체(106)의 (명시적으로 도시되지 않은) 상응 단부가 전도성 부재(122)에 연결되고 와이어(104)의 전도체(108)의 (명시적으로 도시되지 않은) 상응 단부가 전도성 부재(124)에 연결된다. 전도성 부재(122, 124)는 케이블(100)의 차동 입력/출력 포트를 제공할 수 있고, 그에 따라 와이어(102, 104)를 통해서 전파되는 차동 데이터 및/또는 전력 신호가 케이블(100)의 내부로 및/또는 외부로 입력 및/또는 출력될 수 있다. 연결부(118)는 전도성 부재(122, 124)의 쌍을 수용하는 연결부 하우징(126)을 또한 포함한다. 차폐부(114) 및 자켓(116)은 하우징(126) 내에서 종료되고 그 내부에 부착된다. 하우징(126)은 삽입 가능 부분(128)을 더 포함하고, 이러한 삽입 가능 부분은 전도성 부재(122, 124)를 둘러싸고 데이터 및/또는 전력 차동 신호가 케이블(100)의 내부로 입력 및/또는 외부로 출력될 수 있도록 (명시적으로 도시되지 않은) 반대 연결부(antipodal connector) 내로 삽입될 수 있다.

이러한 예에서, 연결부(118)는 숫놈형 차동 연결부인데, 이는 전도성 부재(122, 124)의 쌍이 데이터 및/또는 전력 차동 신호를 입력 또는 출력하기 위한 숫놈형 연결을 제공하기 때문이라는 것에 주목하여야 한다. 대안적인 실시형태에서, 연결부(118)는 암놈형 연결부일 수 있고, 그에 따라 숫놈형 차동 연결부를 수용하도록 구성된 전도성 채널의 쌍을 포함할 수 있다. 또한, 케이블(100)의 이러한 실시형태에서, 연결부(118)와 같은 다른 연결부가 케이블(100)의 타 단부(128)에서 제공되지 않는다. 그 대신, 연결이 케이블(100)의 이러한 단부(128)에서 전도체(106, 108)에 직접적으로 제공될 수 있다. 그러나, 대안적인 실시형태에서, 연결부(118)와 같은 다른 연결부가 케이블(100)의 이러한 단부(128)에 연결된다.

이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 도 3 내지 도 8은, 예를 들어 XLPE 또는 폴리프로필렌과 같이 자동차 산업에서 사용되는 전형적인 절연 재료에 대비되는, FEP를 절연부(110, 112)로서 사용하는 것의 전기적 장점을 예시한다.

전기 측정을 결정하기 위해서, 공진 공동 섭동 기술을 이용하였다. 보다 구체적으로, ASTM D2520 방법 B로 설명된 공진 공동 섭동 기술을 1 GHz 내지 10 GHz의 주파수 범위에서 수행하였다. 공진 공동이 제공되고 오실로스코프에 연결된다. 재료의 전기적 특성을 결정하기 위해서, 재료를 공진 공동 내에 배치하였다. 재료가 공진 공동 내에 배치될 때, 재료에 의해서 유발되는 유전율 또는 투자율의 변화에 의해서 공진 공동이 섭동된다. 재료가 있는 그리고 없는 상태에서, 유전율 또는 투자율의 변화가 공진 공동의 주파수 응답의 측정에 의해서 검출된다. 이어서, 재료로 인한 공진 공동의 주파수 응답의 변화(예를 들어, 공진 주파수의 변화)를 결정하여, 재료의 전기적 특성을 계산할 수 있다.

일부 예에서, FEP 및 XLPE의 유전 상수 및 소산 인자를 온도 -40 ℃, 23 ℃ 및 105 ℃ 및 주파수 지점 1 GHz, 2.5 GHz, 5 GHz 및 10 GHz에서 측정하였다. FEP 및 XLPE의 유전 상수 및 소산 인자를 150 ℃에서 2.5 GHz 주파수에서 측정하였는데, 이는 이러한 온도가 모터 차량의 후드 아래에서 발생되는 평균 온도 이상일 가능성이 높기 때문이다. 3개의 샘플의 평균을 각각의 주파수에서 테스트하였고, 달리 명시되지 않은 경우에, 15분의 재료 안정화 기간 후에 테스트 값을 취하였다.

도 3 및 도 4는 -40 ℃, 23 ℃, 및 105 ℃의 온도에서 그리고 1 GHz, 2.5 GHz, 5 GHz, 및 10 GHz의 주파수 지점에서, 그리고 2.5 GHz에서 150℃의 온도에서 FEP 및 XLPE의 유전 상수의 측정치들을 플로팅한 차트이다. 도 3은 문자의 행 및 열의 표인 한편, 도 4는 유전 상수의 측정치를 디스플레이하는 막대 차트이다. 유전 상수는 진공의 유전율에 대한 재료의 절대 유전율의 비율이다. 따라서, 유전 상수가 작을수록, 전기장을 감쇠시킬 수 있는 재료의 능력이 커진다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, FEP의 유전 상수는 모든 주파수 및 온도에서 XLPE보다 항상 작다. 또한, XLPE의 유전 상수에 비교할 때, 모든 주파수 및 온도에 걸친 FEP의 유전 상수의 변동이 훨씬 더 작다.

FEP의 다른 장점은, FEP의 유전 상수가 150 ℃에서도 시간에 걸쳐 비교적 일정하게 유지된다는 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, XLPE의 유전 상수가 105 ℃에서 시간에 걸쳐 비교적 일정하게 유지되지만, XLPE의 유전 상수는 150 ℃에서는 시간에 걸쳐 일정하게 유지되지 않는다. 더 구체적으로, 도 5는, 2.5 GHz의 주파수 지점에서 그리고 150 ℃의 온도에서 측정될 때의, 시간에 걸친 XLPE의 유전 상수의 변동을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 약 2.14로부터 2.12로 초기에 감소된 후에, XLPE의 유전 상수는 단지 4시간의 간격에 걸쳐 거의 2.24까지 증가된다.

도 6 및 도 7은 23 ℃, -40 ℃ 및 105 ℃의 온도에서 그리고 1 GHz, 2.5 GHz, 5 GHz, 및 10 GHz의 주파수 지점에서, 그리고 2.5 GHz에서 150 ℃의 온도에서 FEP 및 XLPE의 소산 인자의 측정치들을 플로팅한 차트이다. 도 6은 문자의 행 및 열의 표인 한편, 도 7는 소산 인자의 측정치를 디스플레이하는 막대 차트이다. 재료의 소산 인자는 그 품질 인자의 역수이다. 품질 인자는 컨덕턴스에 대한 서셉턴스의 절대값의 비율과 같다. 따라서, 소산 인자는 재료 내의 진동 모드에 대한 에너지 손실율의 측정치이다. 따라서, 소산 인자가 작을수록, 에너지 진동을 소산시킬 수 있는 재료의 능력이 커진다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, FEP의 소산 인자는 일반적으로 모든 주파수 및 온도에서 XLPE의 소산 인자보다 작다. 이는, XLPE에 대해서 비교할 때, FEP의 더 우수한 성능을 나타낸다(예를 들어, 와이어의 길이를 따른 신호 또는 전력의 손실이 작다).

XLPE보다 우수한 FEP의 장점은, XLPE의 소산 인자와 달리, FEP의 소산 인자가 시간에 걸쳐 비교적 일정하게 유지된다는 것이다. 이러한 것이 도 8에 도시되어 있다. 더 구체적으로, 도 8은, 2.5 GHz의 주파수 지점에서 그리고 150 ℃의 온도에서 측정될 때의, 시간에 걸친 XLPE의 소산 인자의 변동을 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 0 바로 위로 초기에 감소된 후에, 소산 인자는 거의 4시간의 간격에 걸쳐 0.01000 초과까지 증가된다. 실험을 또한 23 ℃에서 수행하였고, 여기에서 XLPE의 소산 인자는 실험전에 0.000337였고 실험 후에는 0.000505였다. 이러한 것은 소산 인자의 50% 증가이고, 이는 고주파수 이더넷 케이블 적용예에서 의미가 있다.

도 3 내지 도 8과 관련된 전술한 테스트 데이터로부터 확인될 수 있는 바와 같이, XLPE과 비교할 때, FEP은 150 ℃에서 안정적인 재료이다.

XLPE은 자동차 산업에서 일반적으로 이용되는 와이어 절연 재료의 단지 하나의 예이다. XLPE의 -40 ℃ 및 23 ℃ 유전 특성이 양호하지만, XLPE은 105 ℃ 이상에서 자동차 적용예를 위한 이더넷 케이블 내의 와이어링의 절연체로 사용될 수 있을 정도로 열적 및 전기적으로 충분히 안정적이지 못하다.

유전 상수 및 소산 인자에 대한 실험 정보가 주어지면, 와이어(102, 104)의 단일 페어 케이블 감쇠(삽입 손실)이 이하의 식으로 계산될 수 있다:

여기에서 A는 감쇠(데시벨)이고, L은 케이블(100)의 길이(미터)이고, f는 주파수(헤르쯔의 배수, 즉 MHz 또는 GHz)이고, 매개변수 a, b, 및 c는 유전 상수 및 소산 인자로부터 도출될 수 있다.

더 구체적으로, "I/L"은 100 m와 다른 케이블 길이에 대한 길이 교정 인자 또는 선형 조정이다. 예를 들어, 케이블이 15 m인 경우에, 감쇠 값은 15/100 또는 100 m 값의 15 퍼센트일 것이다. 매개변수 "a"는 절연 재료의 유전 상수(DC) 더하기 2.75 표준으로부터의 조정 인자(멀티-기가비트 이더넷(IEEE802.3ch)에 대한 채널 요건으로부터 도출됨), 그리고 AWG, 전도도, 및 스트랜딩 인자(stranding factor)를 포함하는 구리 인자를 포함한다. 본 개시 내용의 목적을 위해, 24 AWG 베어 구리가 계산을 위해 사용된다. 매개변수 "b"는 절연 재료의 소산 인자(DF) 또는 손실 탄젠트(tan δ)에 0.005 표준으로부터의 조정 인자를 더한 것을 포함한다. 매개변수 "c"는 저주파수에서의 감쇠에 영향을 미친다. 이러한 용어는, 표피 효과, 인덕턴스, 및 전도체의 진원도와 같은 매개변수가 감쇠 계산에 어떻게 영향을 미치는 지를 고려하는 계산 조정이다. 일부 실시형태에서, 감쇠가 고주파수(최대 10 GHz)에서 평가되기 때문에, 이러한 항은 최소의 영향을 가질 것이다.

도 9 및 도 10은 - 40 ℃의 온도 그리고 15 미터의 케이블 길이에서의 유전 상수 및 소산 인자의 측정치를 기초로 하는 FEP 및 XLPE로 절연된 케이블에 대한 단일 페어 케이블 감쇠의 계산을 플로팅하는 차트이다. 도 9는 문자의 행 및 열의 표인 한편, 도 10은 케이블 감쇠의 계산을 디스플레이하는 선 차트이다. 케이블 감쇠 값의 밴드가 1 GHz와 10 GHz 사이에서 도 9에 강조되어 있고, 여기에서 FEP 절연 케이블에 대한 케이블 감쇠 값은 상자로 오프셋되어 있다.

계산은, 1 GHz와 10 GHz 사이에서, FEP로 절연된 케이블의 단일 페어 케이블 감쇠가 XLPE 절연 케이블의 케이블 감쇠 값보다 0.4 내지 1.5 dB 더 작다는 것을 보여준다. -40 ℃ 온도에서의 FEP 절연 케이블의 계산된 전기적 성능의 장점은, -40 ℃ 온도에서의 FEP의 더 작은 유전 상수 및 소산 인자 때문이다.

도 11 및 도 12는 23 ℃의 온도 그리고 15 미터의 케이블 길이에서의 유전 상수 및 소산 인자의 측정치를 기초로 하는 FEP 및 XLPE로 절연된 케이블에 대한 단일 페어 케이블 감쇠의 계산을 플로팅하는 차트이다. 도 11은 문자의 행 및 열의 표인 한편, 도 12는 케이블 감쇠의 계산을 디스플레이하는 선 차트이다. 케이블 감쇠 값의 밴드가 1 GHz와 10 GHz 사이에서 도 11에 강조되어 있고, 여기에서 FEP 절연 케이블에 대한 케이블 감쇠 값은 상자로 오프셋되어 있다.

계산은, 1 GHz와 10 GHz 사이에서, FEP로 절연된 케이블의 단일 페어 케이블 감쇠가 XLPE 절연 케이블의 케이블 감쇠 값보다 0.4 내지 1.5 dB 더 양호하다는 것을 보여준다. 23 ℃ 온도에서의 FEP 절연 케이블의 계산된 전기적 성능의 장점은, 23 ℃ 온도에서의 FEP의 더 작은 유전 상수 및 소산 인자 때문이다.

도 13 및 도 14는 105 ℃의 온도 그리고 15 미터의 케이블 길이에서의 유전 상수 및 소산 인자의 측정치를 기초로 하는 FEP 및 XLPE 절연 케이블에 대한 단일 페어 케이블 감쇠의 계산을 플로팅하는 차트이다. 도 13은 문자의 행 및 열의 표인 한편, 도 14는 케이블 감쇠의 계산을 디스플레이하는 선 차트이다. 케이블 감쇠 값의 밴드가 1 GHz 내지 10 GHz에서 도 13에 강조되어 있다. 105 ℃의 온도에서, 계산이 더 어려워지기 시작하는데, 이는 XLPE의 소산 인자가 안정화되지 않기 때문이다. 따라서, 4시간의 기간이 경과된 후의 소산 인자의 측정 값이 사용되는데, 이는 그러한 것이 최악의 시나리오에 상응하기 때문이다. 다른 한편으로, 가교-결합 FEP의 유전 상수는 안정적이고, 그에 따라 그와 관련된 문제는 없다.

FEP 및 XLPE 모두에 대해서 10 GHz에서 측정된 유전 상수 및 소산 인자를 앞서 인용된 감쇠 식에 삽입하였다. XLPE보다 뛰어난 FEP로 절연된 케이블의 단일 페어 케이블 감쇠 장점은 1 GHz 내지 10 GHz 대역에서 0.4 내지 1.6 dB의 범위에서 달성되었고, 이는 -40 ℃ 및 23 ℃에서 FEP 및 XLPE에서 관찰된 성능 장점과 유사하다.

도 15 및 도 16은 105 ℃의 온도 그리고 100 미터의 케이블 길이에서의 유전 상수 및 소산 인자의 측정치를 기초로 하는 FEP 및 XLPE 절연 케이블에 대한 케이블 감쇠의 계산을 플로팅하는 차트이다. 도 15는 문자의 행 및 열의 표인 한편, 도 16는 감쇠의 계산을 디스플레이하는 선 차트이다. 케이블 감쇠 값의 밴드가 1 GHz 내지 10 GHz에서 도 15에 강조되어 있다. 그에 의해서, 도 15 및 도 16에 도시된 결과를 도 13 및 도 14의 결과와 비교하여 케이블 길이의 영향을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 도 13 및 도 14의 계산을 도 15 및 도 16의 계산과 비교함으로써, XLPE로 절연된 케이블보다 우수한 FEP로 절연된 케이블의 감쇠 장점이 1 GHz에서 2.6 dB로 증가하고 105 ℃의 온도와 10 GHZ에서 10.8 dB로 증가한다는 것이 확인될 수 있다. 따라서, 케이블(100)의 와이어(102, 104)를 위한 절연부(106, 108)를 제공하는 것은, XLPE와 같은 이전에 알려진 절연 재료보다 우수한 중요하고 의미 있는 케이블 감쇠 장점을 모터 차량 산업에 제공한다. 특히, 도 9 내지 도 16은, FEP가 와이어(102, 104)의 절연부(112, 114)를 제공하기 위해 사용될 때 FEP의 유전 특성이 케이블(100)의 단일 페어 케이블 감쇠 특성에서 상당한 차이를 만든다는 것을 보여 준다.

전술한 바와 같이 중합체를 테스트하는 것에 더하여, 추가 분석을 가능하게 하기 위해서, 개시된 발명의 실시형태에 따라 기능성 케이블을 제조하였다. 케이블들의 길이는 각각 15 미터였다.

도 17에 개략적으로 도시된 바와 같이, 단일 트위스트 페어 케이블을 22 AWG 구리 와이어의 페어를 이용하여 제조하였다. 각각의 구리 와이어를 FEP 와이어 절연부로 절연하였다. FEP 절연 와이어를 FEP 내부 자켓, 호일 차폐부, 브레이드된 알루미늄 차폐부, 및 외부 자켓 내에 수용하였다.

제2 단일 트위스트 페어 케이블이 와이어 절연부 및 내부 자켓을 위해서, FEP 대신, XLPE을 포함하였다는 것을 제외하고, 제2 단일 트위스트 페어 케이블을 실질적으로 동일한 구성으로 제조하였다. XLPE 절연 단일 트위스트 페어 케이블은 대표적인 자동차 이더넷 케이블로 간주된다.

도 18에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제조된 케이블의 삽입 손실을 측정하도록, 테스팅 장치를 구성하였다. 수행된 테스트는 케이블에 대한 1000BASE-T1 링크 세그먼트 유형 A v2.0 - 섹션 6.1.2 요건(SCC 컨텍스트)에 대한 Open Alliance 채널 및 구성요소 요건을 포함하는 Open Alliance 삽입 손실(케이블 감쇠) 테스트를 따랐다. 이용된 삽입 손실 식은 다음과 같았다.

테스팅 장치는 벡터 네트워크 분석기(Rohde & Schwarz ZNB-8) 및 온도 챔버(Tenney TJR)를 포함하였다.

테스트되는 케이블을 SMA 인터페이스를 갖는 테스팅 장치 및 측정 장비에 연결하기 위해서, 테스트 픽스처를 제조된 케이블의 각각의 단부에 납땜하였다. 테스트되는 15 미터 길이의 케이블을 밀봉된 측면 접근 포트를 통해서 노출된 각각의 단부에서 약 12 인치의 케이블을 갖는 느슨한 코일로 온도 챔버 내에 배치하였다. 노출된 단부를 테스팅 장비에 연결하였다. 동일 테스팅 장치를 사용하여 FEP 절연 케이블 및 XLPE 절연 케이블 모두를 테스트하여, 주파수의 범위 및 온도의 범위에 걸쳐 케이블의 삽입 손실을 결정하였다.

테스팅 과정 중에, 케이블은 온도 챔버 내에서 코일화되고, 케이블의 삽입 손실은 23 ℃상온)에서 측정된다. 온도 챔버 내의 온도는 1시간에 걸쳐 목표 온도까지 상승된다. 이어서, 온도 챔버 내의 온도를 1시간 동안 목표 온도에서 유지하여, 케이블의 온도가 목표 온도와 같아지도록 보장한다. 이어서, 목표 온도에서 케이블의 삽입 손실을 측정한다. 이어서, 테스트 챔버 내의 온도를 동일 절차에 따라 다음 목표 온도까지 상승시킨다. 이러한 특정 예에서 검사되는 3개의 목표 온도는 85 ℃, 105 ℃, 및 125℃이다. 이러한 3개의 목표 온도에서 삽입 손실이 측정되면, 온도 챔버 내의 온도를 1시간에 걸쳐 23 ℃까지 낮추었다. 이어서, 온도 챔버 내의 온도를 1시간 동안 23 ℃에서 유지하여, 케이블의 온도가 23 ℃와 같아지도록 보장하였다. 케이블의 삽입 손실을 23 ℃에서 2번째로 측정하였다. 가열 프로세스 이전 및 이후의 23 ℃에서의 케이블의 삽입 손실을 비교하는 것은, 케이블이 가열된 후에 케이블 및/또는 절연부가 열화되지 않았다는 것 및/또는 케이블의 전기적 성능이 저하되지 않았다는 것을 보장하는데 있어서 유용하다.

도 19는 대표적인 XLPE 코팅된 자동차 이더넷 케이블의 삽입 손실 테스팅의 결과를 도시한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 85 ℃, 105 ℃, 및 125 ℃의 테스트 조건 하의 삽입 손실의 각각은 일반적으로 더 낮은 온도에서의 테스팅 조건보다 나빴다.

도 20은 전술한 FEP 절연 케이블의 삽입 손실 테스팅의 결과를 도시한다. 도 20에 도시된 바와 같이, 85 ℃, 105 ℃, 및 125 ℃의 테스트 조건 하의 삽입 손실은 일반적으로 더 낮은 온도에서의 삽입 손실과 유사하다. 또한, 대표적인 자동차 케이블과 비교할 때, FEP 절연 케이블의 삽입 손실은 신호의 주파수가 증가될 때 더 작았다. 따라서, 대표적인 자동차 케이블에 비교할 때, FEP 절연 케이블은 예를 들어 80 ℃초과의 온도와 같은 더 높은 온도에서 작은 삽입 손실을 가지고, 모든 테스트 온도에서 작은 삽입 손실을 갖는다.

대표적인 자동차 케이블은 XLPE 혼합물로 절연된다. XLPE 혼합물은, 예를 들어, 무엇보다도, 구리, 용해 또는 부식 유체, 고온 및 저온, 그리고 UV 광과의 접촉을 포함하는, 환경 인자의 영향으로부터 중합체 재료를 보호하도록 의도된 첨가제를 포함한다. 이러한 첨가제의 적어도 일부는 구조적으로 극성 분자이고, 첨가 분자 및 주변 매트릭스의 온도가 증가됨에 따라, 더 진동한다. 이론에 의해서 구속되지 않으면서, 이러한 극성 분자의 증가된 진동이 XLPE의 소산 인자에 영향을 미치고, 그에 의해서 온도가 증가함에 따라 대표적인 자동차 케이블의 삽입 손실 성능을 감소시키는 것으로 생각된다.

FEP 절연 케이블은 어떠한 극성 첨가제도 없이 FEP 중합체로 절연되었다. FEP은, 극성 첨가제를 필요로 하지 않으면서, 와이어 및 케이블 적용예에서의 사용에 적합하게 하는 물리적 및 기계적 특성을 갖는다. 이론에 의해서 구속됨이 없이, FEP 절연 케이블의 삽입 손실 성능이 높은 온도에서 전반적으로 유지되었는데, 이는, 부분적으로, 높은 온도에서 소산 인자를 증가시킬 수 있는 극성 첨가제를 중합체가 포함하지 않았기 때문인 것으로 생각된다.

도 21은 1 내지 600 MHz의 주파수 범위에 걸친 자동차 이더넷 채널 및 구성요소에 대한 Open Alliance TC9 사양과 비교되는 온도 범위에서 FEP 절연 케이블에 대해 측정된 삽입 손실 값을 보여주는 행 및 열의 표이다. 표에서 알 수 있듯이, 모든 주파수 및 온도에서 FEP 코팅 케이블의 측정된 삽입 손실은 TC9 표준보다 양호하다. FEP 코팅 케이블에서 TC9 표준과 측정된 삽입 손실 사이의 차이는 주파수가 증가함에 따라 그리고 온도가 증가함에 따라 증가된다. 표에서 알 수 있듯이, FEP 절연 케이블의 삽입 손실은 주파수 및 온도가 증가함에 따라 증가하지만 8.5 dB를 결코 초과하지 않는다. 이러한 삽입 손실은 온도 조정된 TC9 문턱값 미만이다.

본원에서 설명된 테스팅은, 초기에 계산된 삽입 손실 성능 기대치와 비교할 때, XLPE 절연 케이블이 실제 시뮬레이션에서 예상된 것보다 더 나쁜 성능을 나타낸다는 것을 보여준다. 역으로, FEP 절연 케이블은 초기에 계산된 삽입 손실 성능 예상치에 대해서 전술한 예에서 예상된 것보다 더 나은 성능을 보였다. 이론에 의해서 구속됨이 없이, FEP 절연 케이블의 삽입 손실의 주요 원인은, FEP로부터의 부정적인 기여가 거의 없이, 온도가 증가함에 따라 구리의 전도도가 본질적으로 감소하기 때문이라고 생각된다.

도 22 내지 도 27은 도 17에 도시된 케이블과 유사하게 구성된, 그러나 22 AWG 7/30 구리 전도체가 아닌 26 AWG 7/34 구리 전도체를 가지는 케이블을 사용하여 수집된 데이터를 도시한다. 와이어 절연부는 케이블에 따라 FEP, PP, XLPE이고, 내부 자켓은 가교-결합 폴리올레핀(XLPO)으로 제조된다. 모든 케이블의 길이는 15 미터였다.

도 22 내지 도 24는 1000BASE-T1 케이블에 대한 SAE J3117/2 및 ISO 19642-12 드래프트 사양 모두에서 사용되는 TC9 삽입 손실 한계와 관련하여 유사하게 구성된 3개의 케이블 테스팅을 도시한다. 테스트된 케이블은, FEP, XLPE 또는 PP인, 와이어 절연부를 제외하고 동일하였다. 각각의 케이블의 삽입 손실은 초기에 23 ℃에서 테스트되었다. 이어서, 각 케이블의 삽입 손실을 125 ℃의 온도에서 3시간 동안 유지한 후 다시 테스트하였다. 각 케이블의 삽입 손실을 125 ℃의 온도에서 총 240 시간 동안 유지한 후에 3번째로 테스트하였다. 도 22에 도시된 바와 같이, 3개의 케이블 모두는, 1 내지 600 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 23 ℃에서 케이블을 테스트했을 때, 초기에 TC9 삽입 손실 성능 표준을 통과하였다.

도 23에서 확인할 수 있는 바와 같이, PP 절연 케이블의 삽입 손실은, 케이블을 125 ℃에서 3시간 동안 유지한 후에, TC9 표준 미만으로 떨어진다. FEP 절연 케이블 및 XLPE 절연 케이블 모두의 삽입 손실은, 125 ℃에서 3시간 동안 유지한 후에, 1 내지 600 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 TC9 표준을 통과하였다. 도 23에 도시된 바와 같이, FEP 절연 케이블은 이러한 테스트 조건에서 XLPE 절연 케이블보다 작은 삽입 손실을 가졌다.

도 24에서 확인될 수 있는 바와 같이, FEP 절연 케이블 및 XLPE 절연 케이블 모두의 전기적 성능은, 125 ℃에서 240시간 동안 유지한 후에, 1 내지 600 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 TC9 표준을 통과하였다. 도 24에 도시된 바와 같이, 주파수가 증가됨에 따라, FEP 절연 케이블은 XLPE 절연 케이블에 비해서 작은 삽입 손실을 나타냈다.

도 25 내지 도 27은, 케이블이 상승된 온도 및 습도에 노출될 때, 3개의 유사하게 구성된 케이블의 삽입 손실 테스팅을 도시한다. 테스트된 케이블은 도 22 내지 도 24와 관련하여 설명된 케이블과 동일하였다. 각각의 케이블의 삽입 손실은 초기에 23 ℃에서 그리고 주변 상대 습도에서 테스트되었다. 이어서, 각 케이블의 삽입 손실을 3시간 동안 85 ℃의 온도 및 85%의 상대 습도 유지한 후 다시 테스트하였다. 각 케이블의 삽입 손실을 85 ℃의 온도 및 85%의 상대 습도에서 총 168 시간 동안 유지한 후에 3번째로 테스트하였다. 도 25에 도시된 바와 같이, 3개의 케이블 모두는, 1 내지 600 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 23 ℃ 및 주변 상대 습도에서 케이블을 테스트했을 때, 초기에 TC9 삽입 손실 성능 표준을 초과하였다.

도 26에서 확인할 수 있는 바와 같이, PP 절연 케이블의 삽입 손실은, 케이블을 85 ℃ 및 85% 상대 습도에서 3시간 동안 유지한 후에, TC9 표준 미만으로 떨어진다. FEP 절연 케이블 및 XLPE 절연 케이블 모두의 삽입 손실은, 85 ℃ 및 85% 상대 습도에서 3시간 동안 유지한 후에, 1 내지 600 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 TC9 표준을 통과하였다. 도 26에 도시된 바와 같이, FEP 절연 케이블은 이러한 테스트 조건에서 XLPE 절연 케이블보다 작은 삽입 손실을 가졌다.

도 27에서 확인될 수 있는 바와 같이, FEP 절연 케이블 및 XLPE 절연 케이블 모두의 삽입 손실은, 85 ℃ 및 85% 상대 습도에서 168시간 동안 유지한 후에, 1 내지 600 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 TC9 표준을 통과하였다.

도 28은 도 22 내지 도 24에서 설명된 측정된 삽입 손실 값을 보여주는 행 및 열의 표이다. 도 28은 23 ℃, 125 ℃에서의 3시간, 및 125 ℃에서의 240시간 후에 PP, XLPE, 및 FEP로 절연된 15 미터 케이블에 대한 측정된 삽입 손실 값을 도시한다. 도 28로부터 확인될 수 있는 바와 같이, FEP 절연 케이블은 다른 케이블보다 작은 삽입 손실을 갖는다. 이러한 차이는 더 큰 주파수에서 증가된다.

도 29는 도 25 내지 도 27에서 설명된 측정된 삽입 손실 값을 보여주는 행 및 열의 표이다. 도 29는 23 ℃ 및 주변 습도, 3시간 후의 85 ℃ 및 85% 상대 습도, 그리고 168시간 후의 85 ℃ 및 85% 상대 습도에서 PP, XLPE, 및 FEP로 절연된 15 미터 케이블에 대한 측정된 삽입 손실 값을 도시한다. 도 29로부터 확인될 수 있는 바와 같이, FEP 절연 케이블은 다른 케이블보다 작은 삽입 손실을 가지고, 이러한 차이는 더 큰 주파수에서 증가된다.

당업자는 본 개시 내용의 바람직한 실시형태에 대한 개선예 및 수정예를 인식할 것이다. 모든 그러한 개선예 및 수정예는 본원에서 개시된 개념 및 이하의 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 간주된다. 본 발명의 개시된 실시형태의 임의의 주어진 요소가 하나의 구조물, 하나의 단계, 하나의 물질, 또는 기타로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 유사하게, 개시된 실시형태의 주어진 요소가 다수의 구조물, 단계, 물질, 또는 기타로 구현될 수 있다.

전술한 설명은 본 개시 내용의 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 및 기타 교시 내용을 예시하고 설명한다. 또한, 개시 내용은 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 및 개시된 다른 교시의 특정 실시형태만을 나타내고 설명하지만, 위에서 언급한 바와 같이, 본 개시 내용의 교시 내용이 다양한 다른 조합, 수정, 및 환경에서 사용될 수 있고, 당업자의 기술 및/또는 지식에 비례하여, 본원에 나타난 바와 같은 교시 내용의 범위 내에서 변화 또는 수정될 수 있다는 점이 이해된다. 본원에서 전술된 실시형태는 또한 본 개시 내용의 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 및 기타 교시 내용을 실행하는 것으로 알려진 특정 최적 모드를 설명하기 위한 것이고, 당업자가 본 개시 내용의 교시 내용 또는 다른 실시형태를, 특정 적용예 또는 용도에서 요구되는 다양한 수정을 가지고, 활용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 따라서, 본 개시 내용의 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 및 다른 교시 내용은 본원에서 개시된 정확한 실시형태 및 실시예를 제한하도록 의도된 것이 아니다. 본원에서 사용된 임의의 표제는 단지 37 C.F.R. § 1.77의 제안과의 일관성을 위해서 또는 달리 조직적 단서를 제공하기 위한 것이다. 이러한 표제는 본원에 기재된 발명(들)을 제한 또는 특성화하지 않을 것이다.

Claims (20)

1. 자동차 통신 케이블이며:
   전도체의 단일 트위스트 페어로서, 전도체의 트위스트 페어는 제1 절연 층에 의해서 절연된 제1 전도체, 및 제2 절연 층에 의해서 절연된 제2 전도체를 포함하고, 제1 및 제2 절연 층은 전도체의 전체 외부 주변부를 따라서 연관 전도체와 접촉되고, 제1 및 제2 절연 층은 적어도 95% w/w의 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP)을 포함하는, 전도체의 단일 트위스트 페어; 및
   전도체의 트위스트 페어를 둘러싸는 외부 자켓을 포함하는, 통신 케이블.
2. 제1항에 있어서,
   제1 절연 층 및 제2 절연 층 중 적어도 하나가 연관 전도체와 실질적으로 기밀적인 밀봉을 형성하는, 통신 케이블.
3. 제1항에 있어서,
   제1 및 제2 절연 층이 극성 첨가제를 실질적으로 포함하지 않는, 통신 케이블.
4. 제1항에 있어서,
   제1 및 제2 절연 층이 적어도 99% w/w FEP이고, 첨가제를 실질적으로 포함하지 않는, 통신 케이블.
5. 제1항에 있어서,
   전도체의 단일 트위스트 페어의 제1 및 제2 절연 층을 둘러싸는 차폐 층을 더 포함하는, 통신 케이블.
6. 제1항에 있어서,
   케이블이 이더넷 케이블인, 통신 케이블.
7. 제1항에 있어서,
   케이블은 약 10 MHz 내지 약 10 GHz 범위의 차동 신호를 전송하도록 구성되는, 통신 케이블.
8. 제1항에 있어서,
   케이블은 15 미터에 걸쳐 그리고 0 ℃ 내지 105 ℃의 온도 범위 및 1 MHz 내지 400 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 약 10 dB 미만의 삽입 손실을 가지는, 통신 케이블.
9. 제1항에 있어서,
   케이블은 15 미터에 걸쳐 그리고 -40 ℃ 내지 125 ℃의 온도 범위 및 10 MHz 내지 400 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 약 7 dB 미만의 삽입 손실을 가지는, 통신 케이블.
10. 제1항에 있어서,
    케이블은 15 미터에 걸쳐 그리고 -40 ℃ 내지 125 ℃의 온도 범위 및 10 MHz 내지 600 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 약 10 dB 미만의 삽입 손실을 가지는, 통신 케이블.
11. 제1항에 있어서,
    케이블은 15 미터에 걸쳐 그리고 -40 ℃ 내지 125 ℃의 온도 범위 및 10 MHz 내지 600 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 약 8.5 dB 미만의 삽입 손실을 가지는, 통신 케이블.
12. 제1항에 있어서,
    케이블은 105 ℃ 및 400 MHz에서 Open Alliance TC9 표준에 비해서 적어도 5 dB 작은 삽입 손실을 가지는, 통신 케이블.
13. 제1항에 있어서,
    케이블은 125 ℃ 및 600 MHz에서 Open Alliance TC9 표준의 허용 가능 삽입 손실에 비해서 적어도 8 dB 작은 삽입 손실을 가지는, 통신 케이블.
14. 제1항에 있어서,
    케이블은 26 AWG 구리 와이어를 포함하고, 15 미터에 걸쳐 그리고 23 ℃ 내지 125 ℃의 온도 범위 및 100 MHz 내지 1 GHz의 주파수 범위에 걸쳐 약 17.5 dB 미만의 삽입 손실을 가지는, 통신 케이블.
15. 제1항에 있어서,
    케이블은 15 미터에 걸쳐 그리고 23 ℃ 내지 125 ℃의 온도 범위 및 100 MHz 내지 1 GHz의 주파수 범위에 걸쳐 약 16.5 dB 미만의 삽입 손실을 가지는, 통신 케이블.
16. 제1항에 있어서,
    케이블은 15 미터에 걸쳐 그리고 23 ℃ 내지 125 ℃의 온도 범위 및 100 MHz 내지 800 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 약 14.5 dB 미만의 삽입 손실을 가지는, 통신 케이블.
17. 제1항에 있어서,
    케이블은 15 미터에 걸쳐 그리고 23 ℃ 내지 125 ℃의 온도 범위 및 100 MHz 내지 600 MHz의 주파수 범위에 걸쳐 약 12.5 dB 미만의 삽입 손실을 가지는, 통신 케이블.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 케이블을 포함하는 모터 차량.
19. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 케이블을 포함하는 보트 또는 선박.
20. 모터 및 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 케이블을 포함하는 기계 장치.

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