밀리미터파 케이블의 기초를 배운다 | 특징과 이점을 해설

차세대 통신 시스템의 진화에 따라 밀리미터파 케이블의 중요성이 높아지고 있습니다. 특히 5G/6G 통신 시스템에서 고주파 대역에서 안정적인 신호 전송을 실현하는 키 디바이스로서 주목을 받고 있습니다.

본 기사에서는, 밀리미터파 케이블의 기본적인 특징으로부터 개발 배경, 구조, 그리고 실제 활용 장면까지를 종합적으로 해설합니다. 고주파 특성이나 내구성 등 제품 선정시 고려해야 할 포인트에 대해서도 설명하므로 꼭 참고하십시오.

밀리미터파 케이블이란?

밀리미터파 케이블은 30GHz를 넘는 고주파 대역에서 안정적인 신호 전송을 위해 개발된 특수한 구조와 소재를 이용한 케이블입니다.

5G나 자율주행에 이용되는 차재 레이더 등 초고속 무선 통신이나 정밀한 레이더 측정이 요구되는 현장에서 빼놓을 수 없는 존재가 되고 있습니다.

밀리미터파 케이블의 특징

밀리미터파 케이블의 가장 큰 특징은 고주파수 대역에서도 손실을 최소화하고 신호를 열화시키기 어려운 점입니다.

일반적인 동축 케이블은 주파수가 높을수록 감쇠가 커지기 쉽고 장거리 전송이나 고정밀 통신에는 적합하지 않습니다.

그러나, 밀리미터파 케이블은 특수한 도체나 절연체를 조합하는 것으로, 수십 GHz대에서도 안정적인 데이터 전송을 실현합니다.

또, 외경이나 굽힘 반경을 궁리해, 취급의 좋음과 고주파 특성을 양립시키는 제품도 존재합니다. 차량 내부에서의 센서 배선이나 기지국의 안테나간 접속 등, 한정된 공간에서의 배선에서도 활용되기 쉬운 구조가 선택되는 경우가 많습니다.

밀리미터 파 케이블 개발 배경

밀리미터파 케이블의 등장 배경에는 통신이나 레이더 기술의 고주파화가 급속히 진행되어 온 적이 있습니다.

최근 보급이 가속화되고 있는 5세대 이동통신시스템(5G)에서는 종래의 주파수대역만으로는 대역이 부족하여 수십 GHz라는 보다 높은 영역을 이용할 필요가 있었다. 기존의 동축 케이블에서는 이렇게 높은 주파수 대역에서 효율적으로 전파를 전송할 수 없기 때문에 새로운 케이블의 개발이 급무가 되었습니다.

자율주행분야도 그 일례로 차재 레이더의 검지능력을 높이기 위해 밀리미터파대의 사용이 주류가 되고 있다.

기존의 24GHz대에 가세해, 77GHz 전후의 대역도 시야에 넣는 것으로 장애물 검출의 정밀도를 올려, 보다 안전성이 높은 시스템을 구축하는 것이 가능합니다.

이러한 기술혁신을 지지하는 요점으로 고주파 전송이 뛰어난 케이블이 많이 필요하게 된 결과, 밀리미터파 케이블이 개발·보급되어 왔다고 할 수 있습니다.

밀리미터파 케이블의 재료와 구조

밀리미터파 케이블은 저손실을 목표로 소재의 선정부터 구조설계까지 철저히 이루어집니다.

내부 도체에는 전기 저항을 억제하기 위해 구리 합금이나 은 도금을 한 구리 등을 사용하는 경우가 많습니다.

또, 절연체에는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이나 저유전율의 특수 수지가 이용되어, 유전 손실을 가능한 한 억제하는 궁리가 이루어지고 있습니다.

외부 차폐는 외래 노이즈를 차단하는 데 매우 중요합니다. 금속박이나 편조 실드를 복수 겹치거나 금속 튜브 구조로 하는 등, 다층 실드로 높은 실드 효과를 갖게 하는 설계가 대표적입니다.

이러한 소재와 실드 설계가 조합되어 수십 GHz 대역의 신호 전송에서도 최대 손실을 줄이고 외부로부터의 간섭도 억제할 수 있는 구조가 확립되어 있습니다.

밀리미터파 케이블의 장점

밀리미터파 케이블의 큰 이점으로서, 고주파대라도 낮은 삽입 손실을 실현하기 쉬운 점을 들 수 있습니다.

주파수가 높을수록 작은 도체 특성과 절연체의 유전율 차이가 통신 품질에 크게 영향을 미칩니다. 거기서 손실을 억제하는 설계가 베풀어진 밀리미터파 케이블을 사용하는 것으로, 필요한 대역을 낭비 없이 이용할 수 있습니다.

또한 케이블 자체의 외경과 굽힘 반경을 억제하는 제품도 등장하고 있기 때문에 좁은 공간에서의 배선에도 대응할 수 있습니다.

이에 따라 기존 설비를 크게 개수하지 않고 고주파화를 진행할 수 있습니다. 또한 외부 실드가 견고하므로 인접한 장비와 케이블의 노이즈 영향을 줄일 수 있습니다.

5G의 기지국 설치나 빔포밍 기술의 도입, 차재 레이더의 다채널화가 진행되고 있는 가운데, 이러한 밀리미터파 케이블의 성능이 빠뜨릴 수 없는 국면은 앞으로도 늘어날 것입니다.

밀리미터파 케이블의 용도

밀리미터파 케이블의 용도는 다양하지만, 대표적인 것으로 무선 기지국용 안테나 주변 배선을 들 수 있습니다.

고주파수 대역을 이용하는 안테나에는 미세한 손실로도 큰 손실에 직결될 위험이 있습니다. 따라서 손실을 가능한 한 억제한 밀리미터파 케이블을 사용함으로써 통신용 주파수 영역을 보다 효율적으로 활용할 수 있습니다.

차재 레이더에서도 충돌 방지나 자율주행의 정밀도 향상을 위해 밀리미터파대의 전파가 활용되게 되었습니다. 밀리미터파 케이블을 활용하면, 차체 내부의 센서류나 제어장치의 사이를 고품질에 접속할 수 있어 레이더의 검출 정밀도를 높일 수 있습니다.

또한 연구소나 공장 등의 측정 환경에서도 수십 GHz대의 계측기와 피측정물 사이를 연결하는 케이블로 자주 사용되고 있습니다.

이와 같이 통신과 센서 기술이 진보하는 모든 영역에서 편리하고 향후 점점 사용 범위가 넓어질 것으로 예상할 수 있을 것이다.

밀리미터파 케이블의 과제

고주파 전송을 실현하는데 유용한 밀리미터파 케이블에도 몇 가지 과제가 있습니다.

가장 큰 장애물 중 하나는 제조 비용의 높이입니다.

정밀한 도체 가공이나 특수 수지, 복수의 실드층 등 고도의 공정이 필요하기 때문에 생산 비용이 상승하기 쉬운 경향이 있습니다.

또, 취급에 신경을 써야 하는 점도 주의하는 포인트입니다. 굽힘 반경의 제한이나 커넥터 장착시의 주의 등, 고주파 특성을 손상시키지 않도록 엄중한 품질 관리가 요구됩니다.

특히 수십 GHz 대역에서는, 약간의 기계적 변형이나 접촉 불량이라도 측정치나 통신 품질을 현저하게 저하시킬 우려가 있습니다.

또한 양산시의 편차를 억제하는 것도 과제입니다. 고주파 성능은 도체 단면의 일부가 바뀌는 것만으로도 영향을 받기 때문에, 안정된 품질을 유지하려면 엄격한 검사 공정이 필수가 됩니다.

정리

밀리미터파 케이블은, 고주파대에서도 저손실 한편 높은 실드성을 발휘하는, 최첨단의 케이블 기술이라고 할 수 있습니다.

종래의 동축 케이블보다 엄격한 가공 정밀도나 소재 선정이 필요합니다만, 그만큼 5G나 자율주행용 레이더 등 고도의 통신·검출 분야에서 큰 이점을 가져옵니다.

앞으로 이러한 과제를 극복하는 기술 개발이 진행됨에 따라 밀리미터파 케이블의 활용 범위는 더욱 넓어질 것입니다.