차폐 케이블(Cable Shielding)

[管韻]

차폐 케이블(Cable Shielding)

1. 접지(미국: Grounding,유럽: Earthing) 이란?

ㅇ 대지에 전기적으로 접속시킴

- 매우 큰 정전용량을 갖는 대지와 같은 전위로 하는 것

. 대지 전위 : 0 [V]로 간주됨

. 대지(지구) 정전용량 : 약 707 [μF]

ㅇ 한편, 접지를 등전위 본딩의 특별한 한 형태로도 볼 수 있음

- 즉, 안전을 위해 물체 상호 간의 전위차를 최소화시키는 처치 방법

2. 접지 주요 구분

ㅇ 안전 접지 (Safety Grounding) : 강전용 접지

- 주로, 대지와 등전위로 유지하는 것

. 전력계통 기준 전위를 대지(시설/설비에 유입되는 전류를 충분히 흡수할 수 있는

큰 용량의 도체 즉 지구)와 전기적으로 접속하여 같은 전위로 유지시키는 것

. 사용 例) 전력계통(수배전설비)용 안전 접지, 낙뢰방지용 피뢰 접지 등

- 안전 접지 목적 : 인명과 설비의 안전을 도모

- 주요 기능

. 고장시 보호장치(퓨즈,회로 차단기 등) 동작 보장

. 낙뢰,과전압,전류,역류,정전기 등으로부터 인명 및 시스템 보호

. 낙뢰 및 전원시설에서 발생되는 서지전압(Surge)에 대한 방전로 제공

- 특징 : 정상일 때는 전류 안 흐름

. 회로 장애시에 만 전류가 흐르도록 함

ㅇ 신호 접지 (Signal Grounding) : 약전용 접지

- 신호에 주는 잡음을 줄이거나, 원치않는 교류 성분을 우회시키는 등

. 사용 例) 통신접지, 전자회로 등

.. 통신접지에 영향주는 요소 : 낙뢰,전력선,전기철도,전기시설 등

- 주요 기능 : 전기회로의 원할한 동작 유지

- 특징 : 정상일 때도 전류 흐름

1. 차폐 (Shielding)

ㅇ 전자기 결합(電磁結合) 현상을 방지(약화)시키는 것 ☞ 결합(Coupling) 참조

※ 차폐 및 절연

- 차폐(Shielding)

. 전류(電流)의 흐름을 막는 절연체가 아니라 장(場)(전기장,자기장)의 영향 감소임

.. 장(Field) 에너지가 침투되는 현상을 약화시킴

- 절연(Insulation)

. 전류의 흐름을 차단함

2. 차폐 구분

ㅇ 정전 차폐 (Electrostatic Shield)

- 정전유도(외부 정 전기장에 의한 전하유도)를 약화시키는 것

- 주요 방법

. `도체로 완전밀폐` 또는 `접지` 또는 `일정 전위 유지` 등의 방법이 있음

- 정전 차폐 例)

. 임의의 도체에 일정 전위(일반적으로 영전위)를 갖는 외부 도체로 완전 포위하여

내부와 외부 전계를 차단시킴

* 도체로 둘러싸는 밀폐상자/구조(패러데이 상자라고 함)는 정전기장을 차폐하게됨

ㅇ 자기 차폐 (Magnetic Shield)

- 자기유도(외부 정 자기장에 의한 자화)를 약화시키는 것

- 주요 방법

. 물체를 강자성체로 둘러싸면, 자기력선속이 강자성체(투자율이 매우 큼)에서 방향을

바꿔서 외부자기장의 영향이 내부물체에 거의 미치지 않게하는 조작 등

- 자기 차폐 例)

ㅇ 전자차폐(전자기차폐) (Electromagnetic Shield)

- 전자기 유도를 약화시키는 것

. 코일 자속 쇄교량 변동에 의해 유도된 유도 기전력을 약화시키는 것

. 또는, 복사 에너지의 침투 현상을 약화시키는 것

- 주요 방법

. 도전성 또는 자기성 물질을 장벽으로 삼아 전자기장(전자파)을 방지시키는 것

. 자기장에 대해서는, 유도원으로부터 발생하는 자기장과 방향이 반대되는 자기장을

발생시켜 그 영향을 상쇄시키는 등의 조작을 함

- 한편, 통상의 전자기기에서는, 금속 재질이 플라스틱 재질 보다 고유 차폐 효과가 큼

1. 필터/필터링 이란?

ㅇ 어떤 것은 차단시키고 어떤 것은 통과시키도록 설계된 장치

- 필요한 부분 만을 선택적으로 통과시키는 것 (원치 않는 것을 제거)

ㅇ [신호처리 분야]

- 신호상의 특정 주파수대역은 통과(pass)시키고 그 이외 것은 저지(stop)하는 것

- 이를 위해, 스펙트럼 성형(Spectrum Shaping)을 하는 것 (즉, 주파수응답 특성 모양의 개선)

. 주파수 선택성(Frequency Selection/Selectivity) : 주파수응답의 진폭 특성의 조절

. 위상 성형(Phase Shaping) : 주파수응답의 시간지연 특성의 조절

ㅇ [기타 분야]☞ (광학 필터, 패킷 필터링 등) 참조

ㅇ [필터의 구현]

- 물리적으로, 공진 및 동조 현상을 이용한 회로로써 구현

- 디지털 필터에서는, 주로 수학적 계수 처리에 의해 기능 구현을 함

2. [신호처리]필터 종류

※ ☞ `필터 구분` 참조

- 대역별 구분 (LPF,HPF,BPF,전역통과필터 등)

- 디지털 필터 구분 (IIR,FIR 등)

- 필터 근사 스펙트럼 형태 구분 (Butterworth 필터 등)

- 대역 선택(Band Selection),채널 선택(Channel Selection) 구분

- 1차 필터,2차 필터 등

3. [신호처리]필터 주요 용도

ㅇ 잡음의 제거 (Noise Elimination)

ㅇ 등화와 같은 주파수 스펙트럼 성형 (Spectrum Shaping)

ㅇ 신호의 분리 검출 (Signal Detection) 등

4. [신호처리]필터 특성 묘사

ㅇ 필터에 대한 모델링 및 해석 : 전달함수 (주파수응답)

※ ☞ `이상 필터` 및 `실제 필터` 참조

- 이상 필터 : 수학적으로 만 성립, 물리적으로는 실현불가능

ㅇ `실제 필터`에서 바람직한 특성

- 통과대역에서 가능한 평탄한 이득 (Maximally Flat)

- 통과대역에서 선형 위상 응답 (Linear Phase)

- 가능한 차단 특성이 예리하여야 함 (Sharp Cutoff,Steepness)

- 저지대역에서 영 이득 (무한한 감쇠)

- 제품에 적용되었을 때 삽입손실이 작아야함 (Minimum Insertion Loss)

- 온도에 따른 특성 변화가 작아야 함 (Low Sensitivity)

5. [신호처리]필터 용어

※ ☞ 필터 주요 용어 참조

- 통과 대역, 천이 대역, 저지 대역 등 필터 대역 구분

- 차단 주파수, 롤 오프(기울기), 필터 전달함수, 필터 차수 등

1. 차폐 케이블(Cable Shielding)

차폐 케이블은 케이블의 데이터 전송 성능을 방해하는 전자기장(EMI)이나 전기적 노이즈로부터 신호를 보호할 필요가 있는 곳에 주로 사용합니다. 이러한 노이즈는 케이블 외부의 전기장치나 케이블 내의 다른 페어에서 발생합니다. 금속 포일 또는 편조물을 재료로, 케이블 전체를 감싸거나 개별 페어에 적용하여 차폐합니다. 차폐 방식은 케이블이 사용될 환경이나 운영되는 어플리케이션의 요구에 따라 결정됩니다.

2. 케이블 차폐 유형

ㅇ 호일 (Foil, 박막 포장: 얇은 알루미늄 박막 테이프 형태)

- 고주파 차폐 효과가 좋으나,

. (알루미늄 랩 실드는 일명 Skin Effect Shield 라 하여 고주파 잡음 제거에 효과적)

- 구부리거나 잦은 움직임이 있으면 알루미늄 랩이 찍어지는 등 파손될 위험 있음

- 통상, 알루미늄 랩 형태의 실드 형태

- 가공이 쉬워 가격이 저렴한 편임

ㅇ 브레이드 (Braid, 편조 : 전선을 철망 형태로 감싼 것)

- 고주파 차폐 효과는 약하나,

. (단, 저주파 잡음 제거에는 효과적)

- 유연하므로 이동용 마이크 선 등에 많이 사용

. (단, 접지를 하려면 편조를 풀어야하는 번거러움 있음)

- 통상, 구리에 주석 도금을 한 실드 형태

- 복잡한 제조에 높은 가격

※ 위 2가지는 주로 정전기(Electrostatic)적 차폐(즉, 정전 차폐)에 대해서 만 유효함

- 전자기파 형태의 유도 잡음에는 무용함

ㅇ 평형 케이블 차폐(Balanced Shield Cable)

- 두 도체 심선에 유도되는 잡음의 상쇄

. 공통모드신호 제거에 의한 차폐 도모

- 주로, 두 도선이 서로 꼬임 형태를 갖음 ☞ 쌍꼬임 케이블 참조

3. 케이블 차폐 처리

ㅇ 실제의 통신케이블에서는 금속제 도체의 외피(또는 철망)가 차폐 도체의 역할을 함

ㅇ 차폐 도체 보다는 종단 접지 처리가 더 중요함

- 더욱이, 케이블 길이가 길어지면 다중 접지가 필요함

ㅇ 외피를 접지 및 본딩 하는 것은,

- 차폐 회로를 구성하기 위한 것