타사가 달성하지 못한 44AWG 50Ω 마이크로 동축 케이블을 하튼(Hotten)이 어떻게 설계했는가

초정밀 마이크로 동축 케이블 산업 분야에서 많은 제품들이 사양서 상으로는 유사해 보이지만, 실제 적용 시 고주파 전송, 극소형 외경(OD) 요구사항, 커넥터 호환성 제약 등이 가해지면 공급업체 간 진정한 엔지니어링 격차가 드러나기 시작합니다.

최근 호튼(Hotten)은 1.25GHz 고주파 전송 환경에서 작동하는 고객 응용 사례를 위해 맞춤형 44AWG 50Ω 마이크로 동축 케이블 솔루션을 성공적으로 개발했습니다. 이 프로젝트는 경쟁 공급업체들이 성공적으로 완료하지 못했던 과제였습니다.

이는 단순히 케이블 크기를 축소하는 문제가 아니었습니다. 이 과제는 다음과 같은 요소들을 동시에 조화롭게 달성해야 하는 복합적인 도전이었습니다.

• 안정적인 50Ω 임피던스 제어
• 고주파 대역에서의 극도로 낮은 감쇠 특성
• 외경(OD) 0.25mm 이하
• 커넥터 호환성
• 신뢰성 있는 차폐 성능
• 안정적인 양산을 위한 제조 용이성

많은 제조사의 경우, 한 가지 파라미터를 개선하면 다른 파라미터가 저하되는 경우가 흔합니다. 호튼의 엔지니어링 팀은 이러한 모든 과제를 동시에 해결했습니다.

원래의 설계 과제

고객의 사양은 극도로 까다로웠습니다:

외경 제한은 특히 어려운 조건이었는데, 케이블이 고객사의 기존 커넥터 구조와 정확히 일치해야 했기 때문입니다. 절연층 두께나 차폐 구조 치수를 늘릴 수 있는 여유는 거의 없었습니다.

동시에 고주파 감쇠 성능은 5dB 이하를 유지해야 했으며, 이는 초미세 44AWG 동축 구조에 대해 매우 공격적인 목표치였습니다.

초기 양산 구조

호튼사의 기존 양산 버전은 다음 구조를 사용했습니다:

이 구조를 통해 케이블은 이미 고객 요구 사양에 근접한 성능을 발휘했습니다. 측정된 감쇠 값은 0.5미터 길이에서 1.25GHz 주파수 대역에서 약 5.1dB에 달했습니다.

기술적으로는 매우 근접했지만, 엔지니어링 팀은 고주파 의료 기기, 영상 장비 또는 정밀 전자 시스템에서는 ‘근접’이라는 수준이 충분하지 않다는 점을 인지했습니다. 장기적인 양산 일관성을 확보하려면 충분한 엔지니어링 여유가 필수적입니다.

남은 과제는 외경(OD) 제한을 초과하지 않으면서 감쇠를 추가로 줄이는 방법이었습니다.

엔지니어링 최적화 전략

최종 성능 목표를 달성하기 위해 Hotten사는 도체 구조와 차폐 시스템 모두를 재설계했습니다.

1. 내부 도체 구조 확대

엔지니어링 팀은 고주파 조건 하에서 전송 손실을 줄이고 신호 효율을 향상시키기 위해 내부 도체 배치를 최적화했습니다.

더 큰 유효 도체 구조는 도체 저항을 낮추어, GHz 수준 주파수에서의 감쇠 성능 향상에 직접 기여합니다.

이 최적화는 신호 전송 효율을 크게 향상시키면서도 안정적인 임피던스 제어를 유지했습니다.

2. 차폐 구조 최적화

외부 차폐 구조가 보다 근본적으로 재설계되었습니다.

기존의 주석 도금 차폐 소재를 은 도금 소재로 대체하였으며, 차폐 와이어 사양은 단일 와이어 지름 0.025mm에서 0.02mm로 축소되었습니다.

이 개선은 여러 가지 이점을 동시에 제공합니다:

고주파 손실 감소

은 도금은 기존의 주석 도금에 비해 고주파 피부 효과 조건 하에서 더 우수한 전도성 성능을 제공합니다.

GHz 주파수 대역에서는 전류 전달이 도체 표면에 집중됩니다. 은 도금으로 인한 표면 전도성 향상은 감쇠 성능을 직접적으로 개선합니다.

케이블 외경(OD) 감소

차폐 와이어의 지름을 0.025mm에서 0.02mm로 줄임으로써 케이블 전체 외경을 감소시켜, 최종 구조가 고객이 제시한 엄격한 외경(OD) 0.25mm 제한을 초과하지 않도록 하였습니다.

개선된 차폐 효율

더 얇은 차폐 스트랜드를 사용함에도 불구하고, 최적화된 구조는 우수한 차폐 성능을 유지하면서 유연성과 제조 용이성을 향상시켰습니다.

이러한 균형은 초정밀 동축 케이블 공학에서 매우 어렵습니다. 왜냐하면 치수를 축소하면 일반적으로 차폐 성능의 무결성이 저해되기 때문입니다.

최종 결과

구조 최적화 및 프로토타입 검증 후, 호튼(Hotten)은 0.5미터 길이에서 1.25GHz 주파수 대역에서 감쇠 값을 약 4.5dB로 성공적으로 감소시켰습니다.

최종 설계는 다음 사항을 성공적으로 달성하였습니다:

• 안정된 50Ω 임피던스
• 고객 요구 사양 이하의 감쇠 성능
• 외경(OD) 0.25mm 이하
• 향상된 차폐 성능
• 커넥터 호환성
• 대량 생산 가능성

무엇보다도, 이 솔루션은 다른 공급업체들이 성공적으로 완료하지 못했던 프로젝트 과제를 해결하였습니다.