고주파 케이블이란? 종류와 성능 평가 지표를 알기 쉽게 해설

5G 통신 기기 개발 프로젝트에서 고주파 케이블의 선정은 제품 성능을 크게 좌우하는 중요한 과제가 되고 있습니다. 특히 밀리미터파 대역에서 사용하는 경우 케이블의 특성과 성능 지표를 정확하게 이해하고 용도에 적합한 제품을 선정하는 것이 필수적입니다.

본 기사에서는 고주파 케이블의 기본적인 개념으로부터 규격, 종류, 성능 지표를 알기 쉽게 해설합니다. 꼭 참고하십시오.

고주파 케이블이란?

고주파 케이블은 고주파 신호를 정확하게 전송하는 데 필수적인 배선 재료입니다.

텔레비전이나 라디오의 안테나, 통신기기 등 다방면에 걸친 용도로 이용되어, 그 기본 구조나 선정 기준을 누르는 것이 중요합니다.

여기에서는 고주파 케이블의 특징과 고주파 케이블의 구조를 다룹니다.

고주파 케이블의 특징

고주파 케이블은 수 MHz에서 수 GHz 대역까지 신호 전송을 안정적으로 수행하도록 설계된 동축 구조의 배선 기술입니다. 중심 도체와 외부 도체를 절연체로 분리하여 외래 노이즈의 침입을 최대한 억제하는 구조를 갖추고 있는 점이 큰 특징이라고 할 수 있습니다.

텔레비전 방송이나 무선 통신 분야, 의료 기기의 내부 배선 등 폭넓은 현장에서 이용되어 고품질의 데이터 전송을 지지합니다.

도체의 재질이나 절연체의 종류, 외부 도체의 실드 방식 등은 주파수대나 설치 환경에 따라 최적의 조합이 선택됩니다. 이것에 의해 감쇠를 저감해, 접속하는 기기의 성능을 최대한으로 끌어낼 수 있도록 설계되고 있는 것이 강점입니다.

고주파 케이블의 구조

고주파 케이블은, 중심 도체·절연체·외부 도체·시스의 4층으로 구성되는 것이 기본입니다.

중심 도체는 신호를 통과하는 중요한 부분이며, 구리 피복 강선이나 은 도금 연동선이 이용되는 경우도 있습니다. 절연체는 유전 손실을 좌우하는 요소입니다. 폴리에틸렌이나 PTFE 등이 많이 사용됩니다. 외부 도체는 금속박과 편조선으로 구성되어 외부 노이즈를 차단하고 신호의 방사도 억제하는 기능을 담당합니다.

최외층의 시스는 보호 피막으로서 기계적 내구력을 부여해 온도나 습도 변화로부터 케이블 전체를 지키는 것이 역할입니다.

고주파 케이블 표준

고주파 케이블에는 JIS 규격이나 MIL 규격과 같은 공통 규격이 존재합니다. 이 표준은 케이블의 성능과 품질을 보장하기 위한 기준이 됩니다.

표준에 따라 케이블 두께, 특성 임피던스, 사용 가능한 주파수 대역 등이 결정됩니다.

고주파 케이블의 주요 표준은 다음과 같습니다.

• JIS 표준
• MIL 표준

이러한 표준을 이해하면 용도에 맞는 적절한 케이블을 쉽게 선택할 수 있습니다.

각각에 대해 자세히 살펴 보겠습니다.

JIS 표준

JIS 규격은 일본 산업 규격으로서 주로 국내에서 유통하는 케이블의 특성을 체계화하고 있습니다.

「3C-2V」 「5C-FB」라고 하는 표기예가 있어, 숫자나 알파벳의 편성에 의해 외경이나 내부 구조를 대략적으로 파악할 수 있습니다.

굵기가 늘어날수록 감쇠는 작아지지만, 다루기 어려워진다고 하는 단점도 생깁니다.

국내의 방송 설비나 측정용 배선으로 폭넓게 이용되기 때문에, 입수의 용이함도 메리트입니다. 설비 보수에서도 호환품을 찾기 쉽고, 장기적인 메인터넌스성을 기대할 수 있을 것입니다.

MIL 표준

MIL 규격은 미국 군사 규격이며, 내후성이나 내구성에 엄격한 요구가 부과되는 점이 특징입니다.

RG-○○의 명칭으로 불리는 케이블이 많아 국제적으로도 널리 인지되고 있습니다.

가혹한 진동 및 고온 다습 환경에서도 사용 가능하도록 소재 및 외형 치수가 상세하게 정의됩니다.

군용 기준을 베이스로 하고 있기 때문에 신뢰도가 높고, 우주 개발이나 항공기 등의 특수 분야에서도 채용 예가 있습니다. 해외 제품과의 호환성이 요구되는 경우는 MIL 규격을 선정하는 것으로 적합하기 쉬워질 것입니다.

고주파 케이블의 종류

고주파 케이블에는 용도와 사용 환경에 따라 다양한 종류가 있습니다. 각각의 특성을 이해하고 올바르게 구분하는 것이 중요합니다.

여기에서는 대표적인 고주파 케이블의 종류를 소개합니다.

• 고주파 측정용 케이블
• 세미 플렉시블 케이블
• 세밀리 지드 케이블
• TFT 케이블

이 케이블은 각각 ​​다른 특징을 가지고 있습니다. 사용 목적에 가장 적합한 것을 선택하는 것이 중요합니다.

고주파 측정용 케이블

고주파 측정용 케이블은 고정밀도의 계측을 실시하기 위해 저손실과 저반사 특성을 중시한 케이블입니다. 계측기에 연결해도 위상 어긋남이나 감쇠를 최소화하여 정확한 데이터 취득에 기여합니다.

내부 도체의 품질과 절연체의 유전율을 고집하여 GHz 오더에서도 신호 오차를 억제합니다.

고성능 커넥터와의 궁합이 중요하며 SMA나 N형 등의 설치 정밀도에도 주의를 기울입니다.

연구소나 공장검사공정에서 사용하기 때문에 처리와 신뢰성을 모두 엄격하게 관리할 필요가 있습니다.

세미 플렉시블 케이블

세미 플렉시블 케이블은 외부 도체에 파상 성형된 구리관을 이용하는 등 어느 정도의 굽힘 가공이 가능한 케이블입니다.

플렉시블 케이블에 비해 강성은 약간 높습니다만, 진동이나 온도 변화에 의한 특성 변동이 적은 점이 강점입니다. 무선 기지국이나 자동차 통신 시스템과 같이 어느 정도의 유연성과 견고성이 동시에 요구되는 장면에서 편리합니다.

내부에는 발포 폴리에틸렌 등이 사용되어 고주파 특성을 확보하면서 경량화에도 배려됩니다. 케이블 배선 후에 형상을 유지하기 쉽기 때문에, 설치 후의 재조정이 줄어, 운용 비용을 억제할 수 있습니다.

세밀리 지드 케이블

세밀리 지드 케이블은 외부 도체가 완전히 금속 튜브 형태로되어 매우 강성이 ​​높은 케이블입니다.

굽힘 가공은 가능하지만, 일단 성형하면 재조정이 어려울수록 단단한 구조를 가집니다. 그만큼 고주파 영역에서의 위상 안정성이 뛰어나 반사가 매우 적은 점이 매력입니다.

우주·항공기 관련이나 정밀 기기내의 접속 등, 엄격한 진동 환경이나 고주파 회로에 이용됩니다. 기계적인 강도가 높고 장기 사용에서도 특성 변화가 발생하기 어려운 이점이 있습니다.

TFT 케이블

TFT 케이블은 유연성과 난연성을 결합하여 실내 배선에 적합한 케이블로 알려져 있습니다. UL CMP(Plenum) 인증품이 많아 건물 내 화재 안전 기준을 충족하도록 설계된 것이 특징입니다.

외경이 가늘고 유연성이 뛰어나 천장 뒷면이나 벽 안 등의 좁은 공간에서도 배선하기 쉽습니다.

또한 절연체와 외부 도체에도 내열 소재를 조합하여 안정된 고주파 특성을 확보합니다.

빌딩이나 오피스의 통신 네트워크, 방송 설비 등 다방면에 걸친 응용이 기대되고 있습니다.

고주파 케이블의 성능을 나타내는 지표

고주파 케이블의 성능은 몇 가지 중요한 지표로 표시됩니다. 이러한 지표를 이해함으로써 용도에 적합한 케이블을 선택할 수 있습니다.

여기에서는 특히 중요한 세 가지 지표에 대해 설명합니다.

• 감쇠량
• 특성 임피던스
• VSWR

각각에 대해 자세히 살펴 보겠습니다.

감쇠량

감쇠량은 케이블을 통과할 때 발생하는 신호의 손실량으로, 일반적으로 dB 단위로 표시됩니다. 고주파수가 될수록 감쇠가 커지기 쉽고, 전송거리가 길어질수록 영향이 심각해진다.

굵은 케이블을 사용하면 감쇠는 억제되지만, 취급이나 가격면에서의 부하가 증대합니다. 따라서 사용주파수와 거리, 설치조건 등을 바탕으로 필요 최소한의 두께를 가진 케이블을 선택해야 합니다.

감쇠량이 작은 케이블을 적절히 채용하면 전체 통신 품질을 대폭 향상시킬 수 있습니다.

특성 임피던스

특성 임피던스는 케이블 내부의 저항과 리액턴스를 종합한 값으로 고주파 회로의 정합을 좌우하는 중요한 지표입니다.

50Ω이나 75Ω이 널리 보급되어 있어, 이들을 기기측의 임피던스에 맞추는 것으로 신호 반사를 최소한으로 억제합니다.

외경이나 절연체의 유전율이 크게 영향을 주므로 설계 단계에서 세심한 주의가 필요합니다. 정합을 취할 수 없는 채로 운용하면, 송출한 전력의 일부가 돌아와 버려 측정 오차나 전송 효율의 저하를 초래합니다.

최종적으로는 VSWR 등의 값으로 정합 정도를 확인하는 경우가 많습니다.

VSWR

VSWR은 전압 정재파 비율을 나타내며 케이블과 장비 간의 임피던스 매칭이 얼마나 좋은지를 수치화합니다. 1에 가까울수록 반사가 작은 이상적인 상태로 간주되고 커질수록 전송 손실이나 기기에 대한 부하가 증가합니다.

고주파 대역을 다루는 무선 설비와 고정밀 측정 시스템에서는 VSWR 관리가 매우 중요합니다.

정합 불량을 방치하면 케이블 내부에서 파도가 오고 신호가 흐트러지거나 커넥터에 과대 스트레스가 걸릴 수도 있습니다.

주파수마다 다른 값이 나오기 때문에, 목적의 대역을 응시하고 VSWR을 개선하면서 운용하는 것이 중요합니다.

정리

지금까지 고주파 케이블의 구조와 성능 지표에 대해 자세히 설명했습니다.

규격이나 종류마다의 차이를 이해하고, 특성 임피던스나 감쇠량, VSWR등의 요소를 파악해 두면, 목적에 적합한 케이블을 효율적으로 선택할 수 있습니다.

JIS나 MIL 규격에 근거한 제품 외, 고정밀도 측정용이나 세미플렉시블, 세밀리지드, TFT 등 용도에 따른 타입이 풍부하게 존재하기 때문에, 설치 환경이나 주파수 대역, 허용 전력을 고려해 비교 검토하는 것이 중요합니다.

임피던스 정합이나 VSWR에 대한 대책을 철저히 하면, 통신이나 측정시의 로스를 최소한으로 억제해, 높은 품질을 확보할 수 있을 것입니다.