방송공동수신설비의 이해⑭

김일선 웨이브사이언스 대표

2.18 동축케이블선로(Coaxial Cable Line)

(1) 개 요
동축케이블은 내부(중심)도체인 속심과 외부도체인 동 편조(Copper Braid), 피복(외피)으로 구성되어 있으며 임피던스가 비교적 낮은 50Ω용과 75Ω의 두 종류가 있으며, 무선통신에는 주로 50Ω용을 사용하며, 방송공동수신설비(텔레비전공시청설비)에서는 75Ω용이 사용된다.
이는 텔레비전방송 수신안테나로 이득이 높은 종단 단락형 및 종단개방형 반파장다이폴안테나의 사용하게 되는데 종단개방형 반파장 다이폴안테나의 고유임피던스가 73.13Ω이기 때문이며 이와 근사치인 75Ω의 동축케이블을 사용하는 것이다.
또한 동축케이블은 특히 무선 및 방송주파수 대역에서는 차폐특성 및 전송특성이 우수하여 단파(HF), 초단파(VHF) 및 극초단파(UHF) 대역의 신호 전송선로에 많이 이용되고 있다.

(2) 동축케이블의 차폐원리

▲ IPTV 기술이 진화를 거듭하면서 교육 등 양방향 서비스 시장이 활성화되고 있다.

1) 동축케이블의 차폐원리를 자세히 살펴본다. 여기서,
[C] : 전하량의 단위로서 쿨롬(coulomb/C)이라 부르며, 1C(쿨롬)는 1A(암페어)의 전류가 1초 동안 흐를 때 이동하는 전하의 양을 정의한 것이다.
a : 내부도체 중심으로부터 잡음 원 방향의 외부도체 표면까지의 거리
b : 내부도체 중심으로부터 잡음 원 반대방향의 외부도체 표면까지의 거리
Vna : 내부도체 중심에서 잡음 원 방향의 외부도체 표면까지 거리에 발생된 잡음유기전압
Vnb : 내부도체 중심에서 잡음 원 반대방향의 외부도체 표면까지 거리에 발생된 잡음유기전압
Vnab : 외부 잡음 원 Q [C]에 의한 중심의 내부도체에 유기되는 전압

내부도체에 유기되는 총 잡음전압을 살펴보면
① 내부(중심)도체와 외부도체간의 거리 a와 b가 같을 경우
Vnab = (-Vna) + (+Vnab) = 0 이 되어 잡음이 유기되지 않으며,

② 내부(중심)도체와 외부도체간의 거리 a와 b가 다를 경우
Vnab = (-Vna) + (+Vnab) ≠ 0 ( 0 ＜ Vnab) 가 되어 잡음이 유기된다.

2) 위 그림에서 외부잡음원인 -Q [C] 으로부터 동축케이블의 내부도체에 유기되는 잡음전하를 살펴보면, 잡음원에 가까운 외부도체의 표면에는 잡음원의 극성과 반대 극성인 “? 전하” 가 유기된다. 또한 이와 반대로 반대편의 외부도체 표면에는 “? 전하” 가 대전 된다.
이 때 중심도체와 잡음원에 가까운 외부도체의 표면까지의 거리 a 와 중심도체로부터 그 반대편의 외부도체 표면까지의 거리 b 가 같을 경우 즉 ( a = b )일 경우 내부도체에 유기되는 잡음전압 Vna 와 Vnb 는 크기는 같으나 극성이 반대이므로 서로 상쇄되어 내부도체에 유기되는 잡음전압은 중화되어 없어진다.
따라서 외부 잡음 원으로부터 내부도체에 미치는 영향은 없으며, 이 원리에 의해 동축케이블은 외부로부터 잡음유입을 막을 수 있는 것이다.
단, 거리 a 와 거리 b 가 서로 다를 경우 즉, ( a ≠ b )일 경우에는 사정이 달라진다. 이때에는 서로 동일한 거리 만큼에 유기되는 잡음전압만 상쇄되고 그 차의 거리 만큼에 유기된 잡음전압은 내부도체에 잔류하게 되어 결국 외부잡음 원으로부터 잡음유입이 발생되는 결과로 나타난다.

(3) 동축케이블의 주요조건 및 주의사항
1) 위에서 말한 이론과 같이 동축케이블은 내부도체와 외부도체가 평행한 상태로 유지 되어야 외부잡음유입의 영향을 차단할 수 있다. 즉 구조상 내부도체는 외부도체와의 정확한 중심의 위치에 고정되어 있어야 한다.

2) 동축케이블의 외피가 눌리거나 찌그러질 경우 위 이론은 성립되지 않아 우수한 차폐특성을 기대할 수 없게 된다. 따라서 보관 또는 운반 시 중량물에 눌리지 않도록 하여야 하며, 케이블을 펼쳐서 작업 시에도 차량 등이 케이블을 밟고 지나가지 않도록 유의 하여야 한다.

3) 동축케이블은 구조상 모세관현상이 잘 발생하므로 케이블 끝이 물에 닿아 있을 경우 물이 케이블 외피와 외부도체사이로 빠르게 흡수되는 성질이 있어 케이블의 내외부도체의 발청(녹 발생) 등으로 케이블의 성능 및 수명을 단축시키는 결과를 가져오게 된다. 따라서 보관 또는 작업도중 케이블 끝이 고인 물 및 빗물 등에 닿지 않도록 케이블 끝부분은 항상 테이핑처리 또는 방수처리 하는 것을 잊지 말아야 한다.

4) 동축케이블의 기술기준에 관하여는 방송 공동수신설비의 설치기준에 관한 규칙 및 종합유선방송국 시설 등의 기술기준에 관한 규칙의 규정을 적용한다.
5) 이상과 같은 동축케이블의 고유특성 유지 및 외부잡음 유입을 방지하기 위하여 작업 시 곡률반경을 케이블 외경의 6배 이상으로 규정하고 있다.

(4) 동축케이블의 규격별 허용곡률반경

[표 3-35] 동축케이블의 규격별 허용곡률반경

동축케이블의 굵기	케이블시스 외경	허용 곡률 반경	비 고
5C	7.7±0.2	47.4㎜ 이상
7C	10.2±0.2	62.4㎜ 이상
10C	12.9±0.2	78.6㎜ 이상
12C	13.8±0.2	84.0㎜ 이상

(5) 동축케이블의 종류 및 구조
① 5C-HFBT
② 7C-HFBT
③ 10C-HFBT
④ 12C-HFA
⑤ 17C-HFA

1) 일반 동축케이블(Electric Coaxial Cable) :

ECX 5C-2V, 7C-2V, 10C-2V
①②③④

① 내부절연체의 외경(근사치)
② 고유 임피던스( C: 75Ω, D: 50Ω용 )을 표시
③ 고유번호
④ 외피의 재질( V: 비닐)

2) 2중 발포케이블(Formed Braid Coaxial Cable) :

5C-FB, 7C-FB, 10C-FB
①②③④
① 내부절연체의 외경(근사치)
② 고유임피던스( C: 75Ω, D: 50Ω용 )을 표시
③ 내부절연체의 가공방법(F: Formed) 발포형태
④ 외부도체방식(B: Braid - 꼬아서 짠 끈의 약어)
(편조망을 나타냄.)

3) 3중 발포케이블(Formed Braid Coaxial Cable) :

5C-FB(T), 7C-FBT, 10C-FBT
①②③④⑤
① 내부절연체의 외경(근사치)
② 고유임피던스(C:75Ω, D:50Ω용 )을 표시
③ 내부절연체 가공방법(F:Form) 발포형태
④ 외부도체방식(B: Braid-꼬아서 짠 끈의 약어) (편조망을 나타냄.)
⑤ 3중 차폐(Triple)를 의미함.

4) 3중 고발포케이블(High Formed Braid Coaxial Cable):

5C-HFB(T), 7C-HFBT, 10C-HFBT
①②③④⑤⑥
① 내부절연체의 외경(근사치)
② 고유임피던스( C: 75Ω, D: 50Ω용 )을 표시 ③ 고발포(H: High)를 의미
④ 내부절연체의 가공방법(F: Formed) 발포형태
⑤ 외부도체방식(B: Braid - 꼬아서 짠 끈의 약어) (편조망을 나타냄.)

⑥ 3중 차폐(Triple)를 의미함.

5) 옥외용 고발포케이블(High Formed Braid Coaxial Cable):

5C-HFL, 7C-HFL, 10C-HFL
①②③④⑤

① 내부절연체의 외경(근사치)
② 고유임피던스( C:75Ω, D:50Ω용 )를 표시
③ 고 발포(H: High)를 의미
④ 내부절연체의 가공방법(F:Formed) 발포형태
⑤ 외부도체방식(L: Laminate Tape-엷은 판의 알루미늄 테이프)
⑥ 3중 차폐(Triple)를 의미함.

(7) 동축케이블의 특성

1) 동축케이블의 고유 특성임피던스는 길이에 관계없이

Z0 = 138 log10 D1/D2 [Ω]식에 의해 결정된다.

여기서, D1 : 외부도체의 내경 [m], D2 : 내부도체의 외경[m]을 나타내며 내부도체의 직경 및 외부도체(동편조망)의 직경에 의해 결정되는 것을 알 수 있다.

2) 동축케이블은 구조상 알루미늄 튜브형의 것이 가장 이론에 근접한 방식의 케이블 형태이다. 그러나 옥내배선용으로 사용 시에는 굴곡개소가 많아 외피안쪽에 있는 알루미늄 튜브의 일부 절단 또는 변형 등으로 우수한 고유특성을 잃어버리는 경우가 많다. 따라서 이를 보완하기 위해 개발된 케이블이 발포케이블 등이다.

3) 동축케이블의 고유 감쇄특성은 낮은 주파수에서는 감쇄가 적고 높은 주파수 일수록 점차 감쇄가 높게 일어나며, 주파수가 어느 한계이상이 되면 감쇄량은 극도로 높아져 신호를 전송할 수 없게 된다.

2.19 동축커넥터(Coaxial Connector)

(1) 개 요
동축커넥터는 동축케이블과 각 기기를 연결할 때 접속용으로 사용되며 규격별로 종류가 다양하다. 주로 지선으로 사용되는 옥내용 동축케이블 5C-(H) FBT, 7C- (H)FBT의 접속에는 5C-CRIMP 및 7C-CRIMP의 동축커넥터가 사용되며, 주로 주간선에 사용되는 10C-(H)FBT, 10C-(H)FL의 동축케이블에는 10C-방수형 커넥터가 사용된다. 또한 옥외용 동축케이블 5C-(H)FL, 7C-(H)FL , 12C-HFA 등의 접속에는 5C-방수형 및 7C-방수형, 12C-방수형 동축커넥터가 사용되며 5C 및 7C용 동축커넥터의 외형은 아래 그림에서 10C-방수형과 동일하며 치수만 다를 뿐이다.

(2) 각종 동축커넥터의 실물사진

1) F-type 옥내용(Indoor) / 링 형 및 주름 형(Ring Type & Crimp Type)

2) F-type 옥외용(Outdoor) / 방수 형(Water proof type)

차종환 기자 다른기사 보기