공기 유전체 동축 케이블이 RF 시스템에 어떤 이점을 제공합니까?

공기 유전체 동축 케이블의 구조가 RF 신호 무결성을 향상시키는 방법

공기 유전체 동축 케이블은 특수한 엔지니어링을 통해 뛰어난 무선 주파수(RF) 성능을 달성합니다. 기존의 고체 유전체 설계와 달리, 이러한 케이블은 연속적인 절연재를 대신하여 정확하게 배치된 스페이서를 사용해 도체 사이를 분리하고, 공기(사용 가능한 최저 손실 유전체 매체)를 절연 매체로 활용합니다.

신호 손실을 최소화하는 중공 공기 유전체 설계의 역할

중공의 공기 유전체 구조는 신호가 통과할 때 전자 충돌을 줄여주어 경로를 따라 흡수되는 에너지가 적어집니다. 공기의 유전율은 약 1.0에 가까운 반면 폴리에틸렌과 같은 재료는 약 2.3 이상으로 더 높습니다. 이러한 차이로 인해 공기는 시스템 내에서 훨씬 적은 위상 왜곡을 유발하며 커패시턴스 축적이 적습니다. 업계에서 수행된 테스트와 작년의 RF 재료 연구에 따르면, 이러한 공기 충진 구조는 기존의 폼 PE 대안에 비해 6GHz 주파수에서 약 40% 정도 낮은 신호 손실을 나타냅니다. 고주파 시스템을 다루는 엔지니어의 경우 시간이 지남에 따라 미세한 손실이라도 전체 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있기 때문에 이는 매우 중요합니다.

고체 PE 유전체 케이블과의 비교: 구조적 및 전기적 차이

공기 유전체와 고체 폴리에틸렌(PE) 케이블은 RF 성능에 영향을 미치는 근본적인 차이점을 보입니다.

에어 스페이스 구조의 기계적 강성은 굽힘 시 유전체 변형을 방지하여 임피던스를 일정하게 유지합니다. 반면, PE 케이블은 압축으로 인한 정전용량 변화에 더 취약하여 전압 정재파비(VSWR)가 증가할 수 있습니다.

고주파 RF 응용 분야에서 낮은 감쇠 및 높은 전력 처리 성능

1—6GHz에서 신호 감쇠 감소: 성능 데이터 및 RF 효율 향상

공기 유전 동축 케이블은 신호 손실을 줄여주는 공기 코어 설계 덕분에 고주파 영역에서 신호 품질을 유지하는 데 특히 뛰어납니다. IEC 61196 표준 시험에 따르면, 이러한 케이블은 6GHz 주파수에서 미터당 약 0.15dB의 감쇠율을 보이며, 이는 전통적인 고체 폴리에틸렌 유전 케이블에서 나타나는 값의 거의 절반 수준입니다. 왜 이렇게 효율적일까요? 기본적으로 절연 재료를 통한 에너지 손실이 적기 때문에 신호가 증폭 또는 부스트 없이도 훨씬 더 긴 거리를 전달할 수 있습니다. RF 엔지니어링 분야에서 일하는 사람들에게 이는 거리에 따른 신호 저하 문제로 인한 번거로움이 줄어들 뿐만 아니라 추가 장비 비용 절감 효과도 기대할 수 있음을 의미합니다.

이 기술을 사용하는 시스템은 5G 백홀에서 96%의 전력 전송 효율을 달성하며(IEEE 2023), 1,000노드 배치당 연간 에너지 비용을 74만 달러 절감합니다.

공기 유전체 동축 케이블의 우수한 열 안정성 및 전력 용량

중공 구조는 뛰어난 열 성능을 가능하게 합니다. 공기 유전체 케이블은 연속 5kW 전력 을 40°C 주변 온도에서도 처리할 수 있어 폼 기반 대체 제품의 두 배 용량을 제공합니다. 주요 이점은 다음과 같습니다:

• 200°C 이상의 온도에서도 유전체 노화 없음 200°C 이상의 온도에서
• 열팽창 계수 5ppm/°C 미만
• 85°C 범위에서 위상 안정성 편차 0.02° 미만

이러한 열적 내구성은 고출력 전송 중 임피던스 변화를 방지하여 6GHz 레이더 시스템에서 VSWR을 1.05:1로 감소시킵니다. 현장 테스트 결과, 방송 송신기는 15,000시간 운용 후 99.8% 가동률을 보였습니다.

공기 유전체 대 폼 유전체 동축 케이블: RF 엔지니어링 비교

삽입 손실, 전압 정재파비 및 다양한 RF 인프라 유형 간의 전체 시스템 성능

공기 유전체 동축 케이블을 LMR® 또는 LDF/AL4 계열의 폼 유전체 케이블과 비교해 보면, RF 시스템에서 특히 중요한 세 가지 요소가 나타납니다. 바로 신호 전송 중 손실 정도(삽입 손실), 전압 정재파비(VSWR), 그리고 환경적 요인에 대한 내구성입니다. 공기 유전체 케이블은 2GHz 이상의 고주파 영역에서 유전 물질의 흡수가 적어 약 20~30% 더 낮은 신호 손실을 보이며, 장거리 기지국 연결이나 분산 안테나 시스템에 매우 적합합니다. 하지만 단점도 존재합니다. 폼 유전체 케이블은 위상 특성의 안정성과 습기 축적 저항력 면에서 실제로 더 우수하며, 특히 외부 습기가 많은 환경에서는 공기 유전체 케이블 내부에 응축이 발생할 수 있기 때문에 이 점이 매우 중요해집니다. VSWR 수치를 살펴보면 또 다른 차이를 알 수 있습니다. 직선으로 배선된 공기 유전체 케이블은 대략 1.15:1 수준의 양호한 비율을 유지하지만, 지나치게 급격하게 굽히면 임피던스가 변화하여 1.25:1 이상으로 상승합니다. 반면 폼 유전체 케이블은 복잡한 경로로 설치하더라도 여전히 1.2:1 이하를 유지합니다. 전체 시스템의 신뢰성을 고려할 때, 폼 유전체 케이블은 다소 높은 신호 손실이 있음에도 불구하고 더 균형 잡힌 선택입니다. 이들은 더 일관된 차폐 성능을 제공하며, 공기 유전체 케이블보다 훨씬 더 강한 압축 하중에 견딜 수 있습니다. 공기 유전체 케이블은 유명하게도 경직되어 있어 특정 상황에서 설치가 매우 까다로울 수 있습니다.

자주 묻는 질문

에어 유전체 동축 케이블이 고체 PE 케이블보다 가지는 주요 이점은 무엇인가요?

에어 유전체 케이블은 공기 코어 구조 덕분에 신호 손실이 적고 위상 안정성이 높아 RF 신호 무결성이 우수합니다.

왜 에어 유전체 케이블은 더 높은 주파수에서 더 잘 작동하나요?

에어 유전체 케이블은 유전율과 정전용량이 낮아 고주파 응용 분야에서 위상 왜곡과 감쇠를 최소화합니다.

에어 유전체 케이블과 폼 유전체 케이블을 어떻게 비교할 수 있나요?

에어 유전체 케이블은 신호 손실이 적지만 습기에 대한 내구성이 낮으며 강성이 커서 설치 시 어려움을 겪을 수 있습니다.