EN50289 동축케이블 전달 임피던스 측정 방법을 이용한 통신 케이블의 차폐 효과 분석 Shielding Effect Analysis of Communication Cables Using EN50289 for Transfer Impedance Measurement of Coaxial Cable원문보기
본 논문에서는 EN50289 규격에 따른 동축케이블의 전달 임피던스 측정을 이용하여 여러 가지 통신 케이블의 차폐 특성을 분석하였다. EN50289 규격에서의 전달 임피던스 측정 방법은 CENELEC(European Committee For Electrotechnical Standardization)에서 규정한 Triaxial 방법이며, IEC Standard 96-1에서 규정한 Triaxial 방법과 달리 측정하고자 하는 동축케이블과 외부 도체의 직경에 관계없이 동축케이블의 전달 임피던스를 측정할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 EN50289 규격에 따른 동축케이블의 전달 임피던스 측정장치를 설계/제작하였으며, 이것을 이용한 실험 결과를 통해 측정 시스템의 신뢰할만한 주파수 대역을 결정하였고, 동축케이블의 쉴딩 기법의 차이에서 오는 영향에 대하여 분석하였다. 전달 임피던스 측정 결과, 케이블의 쉴딩 기법에 따라 전달 임피던스의 상당한 차이가 있음을 보였다. 또한, RG-58 통신용 케이블의 전달 임피던스 이론식에 의한 계산값과 측정값의 비교를 통하여 측정된 데이터가 유효함을 보였다.
본 논문에서는 EN50289 규격에 따른 동축케이블의 전달 임피던스 측정을 이용하여 여러 가지 통신 케이블의 차폐 특성을 분석하였다. EN50289 규격에서의 전달 임피던스 측정 방법은 CENELEC(European Committee For Electrotechnical Standardization)에서 규정한 Triaxial 방법이며, IEC Standard 96-1에서 규정한 Triaxial 방법과 달리 측정하고자 하는 동축케이블과 외부 도체의 직경에 관계없이 동축케이블의 전달 임피던스를 측정할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 EN50289 규격에 따른 동축케이블의 전달 임피던스 측정장치를 설계/제작하였으며, 이것을 이용한 실험 결과를 통해 측정 시스템의 신뢰할만한 주파수 대역을 결정하였고, 동축케이블의 쉴딩 기법의 차이에서 오는 영향에 대하여 분석하였다. 전달 임피던스 측정 결과, 케이블의 쉴딩 기법에 따라 전달 임피던스의 상당한 차이가 있음을 보였다. 또한, RG-58 통신용 케이블의 전달 임피던스 이론식에 의한 계산값과 측정값의 비교를 통하여 측정된 데이터가 유효함을 보였다.
In this work by measuring transfer impedance of communication cables using EN50289 its Shielding effect is analyzed. transfer impedance measurement triaxial method using EN50289 is defined in CENELEC, it is unlike triaxial method prescribed in IEC Standard 96-1, can be measured regardless of diamete...
In this work by measuring transfer impedance of communication cables using EN50289 its Shielding effect is analyzed. transfer impedance measurement triaxial method using EN50289 is defined in CENELEC, it is unlike triaxial method prescribed in IEC Standard 96-1, can be measured regardless of diameter of coaxial cable and outer conductor. in this paper, transfer impedance measurement device of coaxial cable is designed and made according to EN50289 standard, The analysis determines the reliable working frequency range of coaxial cable and examined the impact of different shielding methods on coaxial cable. The transfer impedance measurements show considerable variations in results with various shielding methods. also the measurement procedure is verified through comparison of calculated and measured transfer impedance of RG-58 cable.
In this work by measuring transfer impedance of communication cables using EN50289 its Shielding effect is analyzed. transfer impedance measurement triaxial method using EN50289 is defined in CENELEC, it is unlike triaxial method prescribed in IEC Standard 96-1, can be measured regardless of diameter of coaxial cable and outer conductor. in this paper, transfer impedance measurement device of coaxial cable is designed and made according to EN50289 standard, The analysis determines the reliable working frequency range of coaxial cable and examined the impact of different shielding methods on coaxial cable. The transfer impedance measurements show considerable variations in results with various shielding methods. also the measurement procedure is verified through comparison of calculated and measured transfer impedance of RG-58 cable.
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문제 정의
본 논문에서는 유럽 규격에서 규정하고 있는 EN50289 triaxial 방법의 규격에 따라서 전달 임피던스를 측정하는 장치를 설계하고 제작하였다. 또, 설계/제작된 측정 장치를 등가회로로 변환하였고, 변환된 회로를 이용하여 측정된 S 파라메타 값으로 전달 임피던스 값을 계산할 수 있 었다.
13 S1 규격에 따르면 동축 케이블의 전달 임피던스는 유럽규격(European Standard)[1] EN 50289 part 1～6에 제정되어 있는 전달 임피던스의 측정 방법에 따라야 하고, 30 MHz에서 250 mΩ/m이하의 값을 가져야 된다고 게시되어 있다. 본 논문에서는 유럽 규격에서 제시하는 방법 중 하나인 EN50289 triaxial method를 통해 통신용 동축케이블의 쉴딩 기법에 따른 차폐 효과를 분석하고자 한다.
시스템 네트워크 내에서 디바이스들 사이에서 신호 및 에너지를 전달해주는 케이블은 이러한 시스템의 구성/동작에 반드시 필요한 기본적인 소자이며, 이러한 케이블의 방사 특성을 올바르게 측정하는 방법을 확립하는 것은 케이블이 주변 기기로의 영향을 주는 것을 분석하기 위해서 반드시 필요하며, 또한 역으로 주변의 전자파가 케이블이 연결된 시스템으로 주는 영향을 최소화하기 위해서도 반드시 필요하다. 본 논문에서는 통신용 동축케이블의 방사 특성을 전달 임피던스 측정을 통하여 정량화하는 방법을 기술하고자하며, 특히 EN50289 규격에 따른 동축케이블의 전달 임피던스 측정을 이용하여 여러 가지 통신 케이블의 차폐 특성을 분석, 기술하고자 한다.
제안 방법
Braid 쉴딩 방식의 동축케이블의 전달 임피던스를 계산하는 Kley 모델[6]과 Tyni 모델[7]을 사용하였으며, 두 식으로 구한 전달 임피던스 값이 거의 비슷한 값을 가지는 것을 그림 7을 통해 확인할 수 있으며, 측정값과 일치하는 주파수 대역은 ～100 MHz까지이다. RG-58 케이블의 전달 임피던스 계산 값과 측정 값의 비교를 통해서 측정 장치 및 측정 가능 주파수 대역을 검증하였다.
S 파라메타를 포함하여 전달 임피던스 식 (8)을 구할 수 있으며, S 파라메타 측정 이후 전달 임피던스의 계산이 가능하다. S 파라메타 측정은 그림 5와 같이 EN50289 triaxial 방법의 시스템을 구성하고, S 파라메타 측정을 하여 전달 임피던스를 계산하였다.
또, 전달 임피던스 측정 시 케이블과 내부 튜브를 지탱하기 위한 구조들의 효과는 무시하기로 한다. 구성도에 나타나 있는 변수 값의 설정은 다음의 계산에 의해 구하였고, EN50289 규격에서 임피던스 정합회로를 구성하기 위한 방법을 제시한다.
S 파라메타를 이용하여 계산된 전달 임피던스는 기존에 잘 알려진 Kley 모델과 Tyni 모델을 이용한 전달 임피던스 값과 비교하여 ～100 MHz까지 잘 일치하였음을 보임으로서 본 논문에서 제시한 데이터가 타당함을 입증하였다. 끝으로 4개의 통신용 동축케이블의 차폐 효과를 분석하였다. 기존에 발표된 논문들에서는 동축케이블의 쉴딩 재질이 수 MHz 이하의 저주파에서만 영향을 미칠 것이라고 판단하고 있으나, 실험 결과에서 보면 같은 쉴딩 방식이어도 재질에 따라서 수십 MHz에서도 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문의 Ⅱ장에서는 유럽 규격 EN50289 triaxial 방법을 사용하여 동축케이블의 직경과 외부 도체의 직경에 관계없이 동축케이블의 전달 임피던스를 측정하는 장치를 설계/제작한 과정을 기술하였고, 3장에서는 제작된 장치로 케이블의 전달 임피던스를 측정 하였으며, 측정한 전달 임피던스가 유효하다는 것을 기존의 수식을 통하여 검증하였다. 마지막으로 Ⅳ장에는 쉴딩 기법에 따른 차폐 효과의 결과를 보였고, 그 의미를 분석하였다.
, 동일한 케이블에 대한 쉴딩 기법에 따른 차폐 효과 분석은 상대적으로 많지 않다. 본 논문의 Ⅱ장에서는 유럽 규격 EN50289 triaxial 방법을 사용하여 동축케이블의 직경과 외부 도체의 직경에 관계없이 동축케이블의 전달 임피던스를 측정하는 장치를 설계/제작한 과정을 기술하였고, 3장에서는 제작된 장치로 케이블의 전달 임피던스를 측정 하였으며, 측정한 전달 임피던스가 유효하다는 것을 기존의 수식을 통하여 검증하였다. 마지막으로 Ⅳ장에는 쉴딩 기법에 따른 차폐 효과의 결과를 보였고, 그 의미를 분석하였다.
측정 장치를 검증하기 위하여 일반적으로 사용되는 통신용 동축케이블인 RG-58 케이블(braid shield)의 전달 임피던스 계산식을 통해 전달 임피던스를 계산하고, 측정 시스템에서의 전달 임피던스 측정 이후에 계산 값과 측정값의 비교를 통해서 시스템과 측정 주파수의 신뢰할 수 있는 범위에 대하여 검증하였다. Braid 쉴딩 방식의 동축케이블의 전달 임피던스를 계산하는 Kley 모델[6]과 Tyni 모델[7]을 사용하였으며, 두 식으로 구한 전달 임피던스 값이 거의 비슷한 값을 가지는 것을 그림 7을 통해 확인할 수 있으며, 측정값과 일치하는 주파수 대역은 ～100 MHz까지이다.
대상 데이터
본 논문에서는 유럽 규격에 제정되어 있는 측정 장치를 구성하였으며, 그림 4와 같이 EN50289 triaxial 방법 측정 구성도의 등가 회로[5]로 표현할 수 있으며, 변수에 대한 설명은 아래와 같다.
이론/모형
측정 장치를 검증하기 위하여 일반적으로 사용되는 통신용 동축케이블인 RG-58 케이블(braid shield)의 전달 임피던스 계산식을 통해 전달 임피던스를 계산하고, 측정 시스템에서의 전달 임피던스 측정 이후에 계산 값과 측정값의 비교를 통해서 시스템과 측정 주파수의 신뢰할 수 있는 범위에 대하여 검증하였다. Braid 쉴딩 방식의 동축케이블의 전달 임피던스를 계산하는 Kley 모델[6]과 Tyni 모델[7]을 사용하였으며, 두 식으로 구한 전달 임피던스 값이 거의 비슷한 값을 가지는 것을 그림 7을 통해 확인할 수 있으며, 측정값과 일치하는 주파수 대역은 ～100 MHz까지이다. RG-58 케이블의 전달 임피던스 계산 값과 측정 값의 비교를 통해서 측정 장치 및 측정 가능 주파수 대역을 검증하였다.
성능/효과
또, 설계/제작된 측정 장치를 등가회로로 변환하였고, 변환된 회로를 이용하여 측정된 S 파라메타 값으로 전달 임피던스 값을 계산할 수 있 었다. S 파라메타를 이용하여 계산된 전달 임피던스는 기존에 잘 알려진 Kley 모델과 Tyni 모델을 이용한 전달 임피던스 값과 비교하여 ～100 MHz까지 잘 일치하였음을 보임으로서 본 논문에서 제시한 데이터가 타당함을 입증하였다. 끝으로 4개의 통신용 동축케이블의 차폐 효과를 분석하였다.
끝으로 4개의 통신용 동축케이블의 차폐 효과를 분석하였다. 기존에 발표된 논문들에서는 동축케이블의 쉴딩 재질이 수 MHz 이하의 저주파에서만 영향을 미칠 것이라고 판단하고 있으나, 실험 결과에서 보면 같은 쉴딩 방식이어도 재질에 따라서 수십 MHz에서도 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 향후에는 EN50289 triaxial 방법에서 측정 가능 주파수 대역을 보다 확장하여 동축 케이블의 전달 임피던스를 측정하는 방법을 모색하고자 한다.
100 kHz 이하의 주파수 대역에서는 DC 저항의 영향을 받아 일정한 값을 가지며 변화 값이 크지 않기에 전달 임피던스 측정값은 100 kHz～100 MHz까지를 분석한다. 측 정을 통해 얻은 그림 9의 결과를 분석해 보면 재질이 같은 두 케이블 1, 3(파랑색과 녹색)의 경우, 쉴딩 재질은 같지만 쉴딩 방식의 차이가 있으며, tape 쉴딩 방식보다는 foil 쉴딩 방식이 차폐 효과가 더 뛰어난 것을 확인할 수 있다. 또한, 케이블 1(파랑색)과 케이블 2(빨강색)를 비교 해 보면 쉴딩 방식은 같지만, 재질에 따라서 차폐 효과가 달라지는 결과를 보이고 있으며, 1 MHz 이상의 주파수 범위에서는 재질마다 전도율의 차이에 따라서 케이블의 차폐 효과가 달라지는 것으로 예상할 수 있으며, 수백 kHz 주파수 대역에서는 알루미늄이 구리보다 약 1.
후속연구
케이블 4의 경우, 이중 쉴드에 대한 차폐 효과를 분석하고, 1겹의 쉴딩과의 차이를 확인하고자 하였다. 1겹의 쉴드보다는 2겹 의 쉴드가 차폐 효과가 우수하다는 것을 확인할 수 있으며, 추후에 다중 쉴딩 방식과 재질에 대한 차폐 효과 분석을 하도록 해야할 것이다.
물론 전달 임피던스 측정을 위해 그 방법에 있어서도 고려해야할 사항은 적지 않다. 측정 주파수 범위, 시스템 구성의 편리성, 측정 시간과 측정자의 선호도, 시스템의 장비 구성비용등을 고려하여 전달 임피던스를 측정하려는 동축케이블에 맞는 적절한 방법을 선택하여야 할 것이다. 유럽 규격에서는 여러 가지 방법들 중에서 triaxial 방법과 line injection 방법을 권고하고 있으며 그에 대한 측정 방법 등을 설명하고 있다.
기존에 발표된 논문들에서는 동축케이블의 쉴딩 재질이 수 MHz 이하의 저주파에서만 영향을 미칠 것이라고 판단하고 있으나, 실험 결과에서 보면 같은 쉴딩 방식이어도 재질에 따라서 수십 MHz에서도 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 향후에는 EN50289 triaxial 방법에서 측정 가능 주파수 대역을 보다 확장하여 동축 케이블의 전달 임피던스를 측정하는 방법을 모색하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동축 케이블의 EMC 규격은?
현재 국내에서는 동축 케이블의 EMC(Electromagnetic Compatibility) 규격, 즉 전달 임피던스에 관한 규격이 없지만, 유럽 표준화기관(CENELEC)이 제정한 EU내 통일 규격(Harmonized Standard)중 HD 21.13 S1에는 동축 케이블의 EMC 규격이 제정되어 있다. HD 21.
유럽 기준 측정인 EN50289 triaxial 방법과 Standard 96-1 방법의 차이점은?
기본적으로 triaxial 방법은 동축 케이블의 쉴드 층과 측정 장치의 외부 도체 사이에 폐루프를 형성시켜서 전달 임피던스를 측정하는 방법이며, IEC Standard 96-1 방법이나 EN50289 방법 모두 기본적으로 이러한 triaxial 방법을 이용하지만, 이 두 가지 방법에는 다음과 같은 차이점이 있다. 즉, IEC에서 제안한 방법에서는 케이블 쉴드를 기준으로 내부 도체로 유도되는 전압을 측정하여 전달 임피던스를 구하는 방식이기 때문에 외부 동축 구조의 특성 임피던스를 고려해야 하지만, EN50289 triaxial 방법에서는 동축케이블 내부를 통해 전류를 흘려주어 외부 도체로 유도되는 전압을 측정하는 방식이며, 따라서 케이블의 특성 임피던스를 측정하고, 회로망 분석기와 케이블 사이에 임피던스 매칭을 할 수 있다. 즉, IEC에서 제안하는 측정 방법과 유럽규격에서 제안하는 측정 방법에는 전류 소스를 입력하는 경로가 반대로 설정되어 있다고 볼 수 있다.
HD 21.13 S1 규격 명시된 동축 케이블의 전달 임피던스는?
HD 21.13 S1 규격에 따르면 동축 케이블의 전달 임피던스는 유럽규격(European Standard)[1] EN 50289 part 1～6에 제정되어 있는 전달 임피던스의 측정 방법에 따라야 하고, 30 MHz에서 250 m Ω/m이하의 값을 가져야 된다고 게시되어 있다. 본 논문 에서는 유럽 규격에서 제시하는 방법 중 하나인 EN50289 triaxial method를 통해 통신용 동축케이블의 쉴딩 기법에 따른 차폐 효과를 분석하고자 한다.
참고문헌 (8)
Communication cables-Specification for test methods part 1-6 of EN50289 test methods of Part 1-6 - Elctromagnetic performance(English version).
강진섭, 김정환, 강웅택, 박정일, "IEC Standard 96-1에 따른 RF 케이블의 표면전달 임피던스 측정", 한국전자파학회논문지, 11(6), pp. 886-892, 2000년 8월.
J. Bird, Electrical Circuit Theory and Technology 4th Edition, pp. 595-596.
A. M. Stephan Frei, K. S. Jorg Barenfanger, "Analysis of shielding effectiveness of HV cable and connector systems used for electric vehicles", EMC Europe 2013, pp. 241-246, Sep. 2013.
T. Kley, "Optimized single-braided cable shields", IEEE Transactions on EMC, vol. 35. no. 1, pp. 1-9, Feb. 1993.
M. Tyni, "The transfer impedance of coaxial cables with braided outer conductor", Inst. Telek. Politech, 1976.
K. L. Kaiser, Transmission Lines, Maching, and Crosstalk, Talyor & Francis, pp. 5_39-47, 2005.
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