고속 및 고주파 신호 전송에서 '50Ω / 75Ω 임피던스 일치'는 엔지니어가 피할 수 없는 주제입니다. 특히 38~50 AWG와 같은 매우 미세한 마이크로 동축 케이블을 사용할 때, 겉보기에 사소한 0.01mm의 편차조차도 GHz 수준에서 '증폭'되어 심각한 신호 반사와 성능 저하를 유발할 수 있습니다.
본 문서는 고주파 전송 및 임피던스의 기초 개념을 설명하고, 마이크로 동축 구조의 기하학적 특성과 함께 마이크로 케이블이 왜 치수 공차에 극도로 민감한지를 명확히 합니다. 또한 Hotten이 임피던스 일치성을 제어하는 데 보유한 엔지니어링 역량을 소개합니다.
1. 고주파 전송 및 임피던스의 기본 개념
저주파 또는 전력 응용 분야에서는 종종 도체의 단면적, 저항, 전압 강하 및 온도 상승에 초점을 맞춥니다.
그러나 **고주파 신호 전송**에서 가장 중요한 전기적 파라미터 중 하나는 **특성 임피던스(Z₀)** 가 된다.
특성 임피던스란?
특성 임피던스는 도체 구조, 절연 재료 및 기하학적 치수에 의해 결정되는 전송선로 고유의 특성이다. 동축 케이블의 경우 일반적으로 다음 두 가지 표준이 있다.
• **50Ω** – RF, 마이크로웨이브 및 고속 디지털 신호에 사용
• **75Ω** – 영상 및 이미지 전송에 사용
고주파에서 신호원, 케이블, 커넥터 및 부하의 임피던스가 일치하지 않으면 불연속 지점에서 **반사가 발생**하여 다음 현상들이 나타난다.
• 리턴 로스 증가
• 삽입 손실 증가
• 아이 다이어그램 폐쇄 및 BER 증가
• 이미지 노이즈, 그림자 또는 눈송이 같은 아티팩트
따라서 **GHz 범위**에서 동작할 때 임피던스 안정성이 매우 중요해진다.
2. 마이크로 동축 구조와 임피던스 간의 기하학적 관계
동축 구조의 경우, 특성 임피던스는 주로 다음 요소에 의해 결정된다.
• 내부 도체 지름 (d)
• 절연체의 내부/외부 지름 (마이크로 동축의 경우 종종 외부 D)
• 유전율 (εr)
• 차폐 커버리지 및 구조
간단히 말하면:
**Z₀은 D/d 비율과 εr에 강하게 의존한다**.
재료가 동일한 상태에서:
• 더 두꺼운 내부 도체 / 더 얇은 유전체 → Z₀ 감소
• 더 얇은 내부 도체 / 더 두꺼운 유전체 → Z₀ 증가
마이크로 동축 케이블의 외경은 보통 **0.08–0.30 mm** 범위에 있기 때문에, 미세한 치수 변화라도 D/d 비율과 따라서 임피던스에 크게 영향을 미친다.
발포 절연재(발포 PFA/PTFE)는 εr이 낮고 전자기장 분포에 영향을 주기 때문에 민감도를 더욱 증가시킨다.
3. 왜 0.01 mm의 편차가 GHz 주파수 대역에서 증폭되는가?
0.01 mm는 매우 작아 보이지만, 0.08–0.30 mm 마이크로 동축 케이블에서는 상대적으로 큰 오차를 나타낸다:
• 0.30 mm 외경 기준 → 0.01 mm ≈ 5%
• 0.08 mm 외경 기준 → 0.01 mm ≈ 20%
임피던스 반응은 비선형적이며, 미세한 치수 변화가 **크게 증폭된 효과**를 일으킨다:
• 절연층 외경이 증가하면(D↑), D/d 비율이 증가 → Z₀ 증가.
• 50Ω 케이블의 경우 이러한 편차는 **2%–10% 임피던스 편차**를 초래할 수 있습니다.
저주파에서는 문제가 명확히 드러나지 않을 수 있습니다.
그러나 **GHz 범위**에서는 미세한 임피던스 불연속성조차도 다음을 유발합니다.
• 반사 계수 증가
• 리턴 로스 증가
• 삽입 손실 증가
외경 변동으로 인해 케이블을 따라 여러 불연속 지점이 발생하면 이러한 반사가 누적되어 높은 비트 오류율(BER), 아이 다이어그램 폐쇄 또는 영상 간섭을 일으킬 수 있습니다.
따라서 초소형 마이크로 동축 케이블은 외경 공차를 **±0.005mm** 이내 또는 그보다 더 엄격하게 제어해야 합니다.
4. 치수 및 임피던스 일관성 확보를 위한 제조상의 어려움
38–50 AWG 마이크로 동축 케이블에서 우수한 임피던스 일관성을 확보하려면 정확한 설계 이상으로 극도로 높은 정밀도의 제조 공정이 필요합니다.
4.1 초소형 도체 압연 및 둥근 형태 정밀 가공
도체가 얇을수록 기계적 강도가 낮아진다. 압연 및 뭉치는 과정에서:
• 늘이기, 굽힘, 타원형 변형이 쉽게 발생함
• AWG 정확도 및 둥근 형태가 D/d 비율에 직접적인 영향을 미침
4.2 절연 압출 — 외경 및 동심도 제어
마이크로 코액시얼 절연 압출에는 다음이 필요함:
• 0.08 mm ±0.003 mm과 같은 외경(OD) 제어
• 90% 이상의 동심도
• 폼 절연체의 안정된 발포 비율
외경(OD)의 변동은 즉시 임피던스 변동을 유발한다.
4.3 차폐 구조
마이크로 동축 케이블은 극세 shielding 와이어를 사용합니다:
• 쉴드 와이어 지름
• 커버리지 밀도 및 압축성
이러한 요소들은 코어 주변의 전자기장 분포에 영향을 미치며, 임피던스에 영향을 줍니다.
4.4 배치 일관성 및 온라인 테스트
일관된 임피던스를 보장하기 위해 다음이 필요합니다:
• 안정적인 장비 및 표준화된 공정 파라미터
• 인라인 또는 샘플링 외경 모니터링
• TDR, 리턴 로스 및 삽입 손실 테스트
설계 + 공정 + 테스트의 조합만이 진정한 임피던스 일관성을 보장합니다.
5. Hotten Cable의 마이크로 동축 임피던스 제어 기술 역량
Hotten Cable은 고주파 마이크로 동축 제품 분야에 특화되어 있으며 임피던스 일관성 확보에 오랜 경험을 보유하고 있습니다.
**38–50 AWG 마이크로 동축 케이블**의 경우, 다음을 제공합니다:
• 50Ω / 75Ω용 전기적 및 기하학적 설계
• PFA / PTFE / 발포 PFA의 고주파 압출
• 마이크론 수준의 외경 정밀도 및 높은 동심도
• 다양한 차폐 구조 (단일 브레이드, 이중 브레이드, 포일 + 브레이드)
• GHz 대역 임피던스, IL/RL 측정 및 평가
도체 크기, 절연 외경, 유전체 재료 및 차폐의 철저한 제어를 통해 뛰어난 임피던스 안정성을 유지하며, 다음에 이상적입니다:
• UAV 영상 전송
• 산업용 카메라
• 의료용 초음파
• 내시경
• GHz 수준의 고대역폭 소형 공간 응용 분야
**고대역폭, 낮은 손실 및 소형 장치에서 안정적인 고화질 신호 전송이 필요한 고객의 경우**, 제어된 치수와 임피던스 일관성을 갖춘 마이크로 동축 케이블은 더 나은 성능, 빠른 개발, 낮은 시스템 리스크를 의미합니다.
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