고주파 케이블이란?
고주파 케이블은 고주파를 이용하는 기기 간의 연결에 사용하는 케이블입니다.
보통 내부 도체 주위를 감싸듯 절연체가 배치되어 있고, 이를 둘러싸듯 동심원 형태로 외부 도체가 배치된 구조입니다. 또한, 피복이라는 피복이 씌워져 있습니다.
고주파 케이블의 사용 용도
고주파 케이블은 고주파를 이용하는 기기의 연결에 이용되기 때문에 고주파 대역의 전파를 발신하는 TV나 인터넷의 발신기기와 그 모듈 사이에 많이 사용되고 있습니다. 또한, 전자레인지나 플라즈마 발생장치 등의 장치 본체와 전원 공급장치 간의 연결도 좋은 용도 중 하나입니다.
반도체 분야 등 정밀 엔지니어링 분야에서는 플라즈마 반응을 많이 이용하고 있습니다. 플라즈마 발생장치와 함께 고주파 케이블은 현대사회에서 없어서는 안 될 존재입니다.
고주파 케이블의 원리
고주파 케이블은 내부 도체라고 불리는 구리선이 중심을 관통하고, 이 내부 도체 주위를 감싸듯 절연체가 배치되어 있으며, 이를 둘러싸듯 동심원으로 외부 도체가 배치되어 있는 구조입니다. 또한 시스라는 피복이 씌워져 있습니다. 즉, 내부 도체에 의해 고주파 신호가 전달되고 있습니다.
고주파 신호의 전송 효율은 내부 도체의 외경과 외부 도체의 내경 비율과 도체 사이에 삽입된 절연체의 유전율에 따라 결정됩니다. 따라서 고주파 케이블의 특성은 외부에서 보이는 외관이 아니라 내부 구조에 의해 결정된다는 것을 명심해야 합니다.
또한, 고주파 케이블은 고주파 신호를 발생 전원에서 각 모듈로 안정적이고 효율적으로 전송해야 하며, 외부 노이즈의 영향을 최대한 억제해야 합니다. 이러한 노이즈 대책은 외부 도체가 차폐 역할을 합니다.
고주파 신호를 효율적으로 전송하기 위해서는 내부 도체의 외경과 외부 도체의 내경 비율이 케이블 전 영역에 걸쳐 동심원으로 유지되어야 합니다. 케이블을 구부리면 내부 도체 외경과 외부 도체 내경의 비율이 깨질 수 있습니다. 따라서 고주파 케이블에서는 한계 굴곡 반경을 지정하여 내부 도체 외경과 외부 도체 내경의 비율이 유지되도록 하고 있습니다.
고주파 케이블의 종류
고주파 신호의 전송에는 일반적으로 고주파용 동축 케이블이 많이 사용됩니다. 고주파 케이블의 사용 용도는 대표적인 안테나로 수신한 신호를 TV나 레코더로 전송하는 경우, 특성 임피던스가 75Ω인 고주파용 동축 케이블이 주류를 이루고 있습니다.
고주파용 동축 케이블은 제품 번호로 용도를 알 수 있는데, 예를 들어 아래와 같이 ‘5D-2V’, ‘S7C-FB’ 등의 제품 번호가 붙어 있습니다. 이 숫자와 문자는 크기와 재질을 나타내며, 위의 두 종류는 다음과 같습니다.
1. 5D-2V
5 : 외부 도체 외경 5mm
D: 특성 임피던스 50Ω
S: 절연체가 PE (반투명)
V: 외부 도체는 단일 도체 편조
2. S-7C-FB
S: 위성방송 대응 Satellite의 머리글자 (DIGITAL로 표기하기도 합니다.)
7: 외부 도체의 개략 외경 7mm
C: 특성 임피던스 75Ω
F: 절연체가 발포 PE (흰색)
B: 알루미늄 호일 테이프가 부착된 편조선
고주파 동축 케이블은 구조상 케이블이 굵어질수록 내부 도체와 외부 도체 사이의 간격이 커집니다. 그리고 특정 주파수를 넘어가면 특성 임피던스가 변화하여 손실이 증가하는 현상이 발생합니다. 이 주파수를 한계 주파수라고 하며, 이 주파수보다 낮은 주파수에서 사용해야 합니다.
케이블이 굵을수록 한계 주파수가 작아지기 때문에 수 GHz 이상의 초고주파수 전송에는 얇은 케이블로 동축 구조의 외부 도체가 동관으로 되어 있는 반강체 케이블이 사용됩니다.
고주파 케이블의 기타 정보
고주파 케이블의 커넥터
고주파용 동축 케이블에는 다양한 커넥터가 있으므로 용도에 따라 최적의 커넥터를 선택하는 것이 중요합니다. 요구되는 주파수와 전력을 중심으로 임피던스, 전송 손실 및 배선 형태 등을 고려하여 어떤 종류를 사용할지 결정됩니다.
이에 맞는 커넥터를 선정하면 연결부의 임피던스 난잡함이나 동축 외부 도체의 편조 붕괴로 인한 불필요한 반사 등을 방지할 수 있습니다. 또한, 연결 대상의 형상이나 탈부착이 많은지 등 연결 방법도 고려하여 최적의 커넥터를 선정하는 것이 중요합니다.