왜 동축 케이블은 고도로 절연됩니까

동축 케이블이란?

동축 케이블은 최소한의 간섭으로 고주파 전기 신호를 전송하도록 설계된 종류의 전기 케이블입니다. 이는 중심 도체(일반적으로 구리 또는 구리 도금 선)가 원통형 절연층으로 둘러싸이고, 그 다음에 도전성 차폐층으로 감싸져 있습니다. 이 차폐층은 일반적으로 알루미늄 또는 구리 선으로 짜여진 1~4개의 층으로 구성되며, 성능 향상을 위해 알루미늄 호일과 결합되는 경우가 많습니다.

주요 구성 요소 및 구조

• 중심 도체: 전기 신호를 전송합니다. 최적의 도전성을 위해 구리 또는 구리 도금 소재로 제작됩니다.

• 절연층: 중심 도체와 차폐층 사이를 분리하여 단락 회로를 방지하고 신호의 무결성을 유지합니다.

• 도전성 차폐: 일반적으로 브레이드 메시 또는 호일(또는 둘 다)로 이루어져 외부 전자기 간섭(EMI)을 차단하고 신호를 케이블 내부에 유지합니다.

• 외부 피복: 케이블을 물리적 손상, 습기, 환경 요인으로부터 보호하는 절연층입니다.

"동축"이라는 용어는 중심 도체와 차폐층이 동일한 기하학적 축에 정렬되어 신호 전송의 일관성을 보장하고 방사 손실을 최소화한다는 의미에서 유래되었습니다.

일반적인 응용 분야

동축 케이블은 신뢰할 수 있는 고주파 신호 전송이 필요한 다양한 시나리오에서 널리 사용됩니다:

• 케이블 TV(CATV) 및 비디오 배포 시스템.

• 무선 주파수(RF) 및 마이크로파 통신, 예를 들어 안테나 및 위성 접시.

• 컴퓨터 네트워크(예: 오래된 이더넷 시스템) 및 산업 계측.

• 오디오 및 비디오 장비: TV, 게임 콘솔, 오디오 시스템 등 장치의 연결.

다른 케이블 대비 장점

차폐되지 않은 케이블(예: 트위스트 페어 와이어)과 비교하여 동축 케이블은 다음과 같은 장점을 제공합니다:

• EMI 및 무선 주파수 간섭(RFI)에 대한 우수한 저항.

• 고주파 신호를 더 긴 거리로 전송하기 위한 더 높은 대역폭.

• 일관된 임피던스, 일정한 신호 품질을 보장.

종류 및 변형

• RG 케이블: 표준화된 유형(예: RG-6, RG-59)은 CATV 및 네트워킹에 사용되며, 절연 두께와 차폐 품질이 다릅니다.

• 저손실 동축: 고출력 또는 장거리 RF 응용 프로그램을 위해 더 두꺼운 도체와 고급 차폐를 사용하여 설계되었습니다.

• 트라이액셜 케이블: 극단적인 노이즈 환경을 위해 추가적인 내부 차폐층을 갖추고 있으며, 전문 오디오 및 의료 장비에서 일반적으로 사용됩니다.

동축 케이블의 작동 원리

전기가 구리 선을 통해 흐를 때 모든 에너지가 목적지에 온전히 도달하지 않습니다. 일부 에너지는 구리의 내부 저항으로 인해 열로 손실됩니다. 전기 에너지는 전자가 에너지를 흡수한 후 에너지 수준 간을 이동하면서 다양한 주파수와 파장의 전자기 복사를 방출합니다.

동축 케이블의 응용

동축 케이블은 무선 주파수(RF) 신호의 전송선으로서, 라디오 송수신기와 안테나를 연결하고 컴퓨터 네트워크에서 데이터 전송을 지원하며, TV 신호 분배에도 널리 사용됩니다.

동축 케이블의 주요 장점 중 하나는 이상적인 동축 케이블에서는 전기 신호를 운반하는 전자기 필드가 내부와 외부 도체 사이의 공간에만 국한된다는 것입니다. 이를 통해 케이블을 금속 물체(예: 배수구) 근처에 설치하더라도 신호 전송 중에 중요한 전력 손실 없이 사용할 수 있습니다. 다른 전송선들은 신호가 환경으로 누출될 수 있지만, 동축 케이블은 그렇지 않습니다.

케이블의 신호 누출

신호 누출은 전자기 필드 또는 복사가 케이블의 차폐를 관통하여 모든 방향으로 누출되는 현상입니다. 외부 신호도 케이블로 침입하여 간섭(ingress라고 함)을 일으킬 수 있습니다. Ingress는 노이즈를 발생시키고 신호 품질을 저하시킵니다. 반면, 케이블 내부의 신호는 환경으로 누출될 수 있으며(efflux), 이는 간섭을 일으키고 전송 효율을 줄입니다.

왜 동축 케이블은 고도로 절연되어 있을까요?

가정용 전기 케이블은 안전을 위해 절연되고 에너지 손실을 최소화하기 위해 절연됩니다. 절연은 에너지가 주변으로 누출되는 것을 방지하기 위해 높은 저항을 제공합니다. 동축 케이블과 다른 케이블처럼 전자기 복사와 열을 방출할 수 있지만, 강력한 절연 덕분에 이러한 문제를 완화합니다. 싱글코어 케이블의 경우, 절연이 제공하는 전기 에너지 누출 저항은 다음과 같이 특징지어집니다:

• 전기 절연 저항: 최소한의 전류 누출을 보장하고 단락 회로 또는 환경 간섭으로부터 보호하는 중요한 매개변수입니다.

동축 케이블은 신호 무결성, 내구성, 비용 효율성을 고려하여 다양한 응용 분야에서 중요한 구성 요소로 남아 있습니다.

• ρ = 도체의 저항률.

• r₁ = 도체의 반경.

• r₂ = 절연체의 반경.

전자기파의 광범위한 영향

우리의 일상 생활에서 우리는 항상 모든 방향에서 전자기파에 노출됩니다. 수많은 파장—근처 방송국의 라디오 파, 마이크로파, 휴대폰 신호, 적외선 복사 등—이 우리의 집을 지나치고 있습니다. 이러한 무처불재한 전자기 환경은 중요한 과제를 만들어냅니다: 케이블에서 방출되는 파장이 다른 파장과 동일한 주파수 또는 파장을 공유할 수 있으므로 간섭이 발생할 수 있습니다. 케이블은 신호를 누출하여 강도를 줄이고 교란을 일으킬 수 있으며, 가까운 곳의 신호를 흡수하여 성능을 저하시킬 수도 있습니다.

예를 들어, 휴대폰이 활성화되고 라디오가 조정되고 TV가 켜져 있을 때, 절연이 부족한 동축 케이블은 간섭으로 인해 오디오가 사라질 가능성이 큽니다. 마찬가지로, 휴대폰을 라디오 근처에 들고 있을 때, 기기들의 전자기 필드가 충돌하여 원치 않는 노이즈가 발생할 수 있습니다. 이는 동축 케이블의 절연 역할을 강조합니다.

동축 케이블에서 절연의 역할

동축 케이블은 두 가지 핵심 문제를 해결하기 위해 강력한 절연으로 설계되었습니다:

• 신호 누출(Egress) 방지: 절연과 차폐는 전자기 필드를 내부 도체와 외부 차폐 사이의 공간에 엄격하게 제한합니다. 이 설계는 열이나 방사 신호로 인한 에너지 손실을 최소화하여 약한 신호(예: TV 방송 또는 네트워크 데이터)가 강하고 왜곡되지 않도록 합니다.

• 외부 간섭(Ingress) 차단: 멀티층 차폐(일반적으로 브레이드 메탈과 호일의 조합)는 라디오, 휴대폰 타워 또는 기타 기기로부터 외부 전자기파를 막는 장벽 역할을 합니다. 특히 경쟁 주파수가 포화된 환경에서 신호의 순수성을 유지하는 것이 중요합니다.

동축 설계의 공학적 장점

동축 구조는 전기 및 자기 필드를 내부 도체와 차폐 사이의 절연체(다이lektrik 절연체)에 국한시킵니다. 이 절연체는 전기 누출과 열 전달을 방지하기 위해 특별히 선택된 비도전성 재료로 제작됩니다. 결과적으로:

• 약한 신호(예: 의료 센서 또는 라디오텔레스코프)는 외부 노이즈의 영향을 받지 않습니다.

• 고출력 신호(예: 산업 또는 방송 시스템)는 근처 구조물로 방사되지 않아 간섭이나 안전 위험을 줄입니다.

결론

전자기 활동이 지배하는 세상에서 동축 케이블은 신뢰성 있고 간섭 없는 신호 전송을 위한 해결책으로 부각됩니다. 정확한 절연, 접지 차폐, 그리고 제한된 전자기 필드를 결합한 독특한 설계 덕분에 동축 케이블은 섬세한 데이터 스트림부터 고에너지 신호까지 모든 것을 처리할 수 있습니다. 이로 인해 동축 케이블은 신호 무결성과 효율성이 절대적으로 요구되는 응용 분야에서 필수적이며, 세계적인 통신에서부터 일상적인 홈 엔터테인먼트 시스템에 이르기까지 다양한 분야에서 사용됩니다.