KR19980071189A - 케이블 접속 매체와 통신 신호 캐리어와 지역 정보 통신망 - Google Patents

Abstract

비교적 낮은 크로스토크로 데이터 전송하는데 적합한 케이블 접속 매체는 함께 트위스트된 2개의 플라스틱 절연된 금속 도체를 각각 포함하는 복수의 금속 도체-쌍을 포함한다. 트위스팅의 특성화는 중요하며 트위스트 길이 뿐만아니라 코어 스트랜드 길이/레이와 같은 파라미터에 관련한다. 특히, 트위스트 길이 및 코어 스트랜드 길이/레이의 특정 조합은 TIA/EIA-568A 하에서 필요로 하는 것들을 현저히 넘은 수행능력을 달성하기 위해서 케이블의 각각의 절연된 쌍에 대해 의도적으로 선택된다. 이 발명의 한 특정 실시예에서, 케이블은 이의 전송 매체로서, 개별적으로 절연된 도체로 된 4개의 트위스트된 쌍을 포함하며, 절연된 도체 각각은 금속 도체 및 이 금속 도체를 포위하는 검속 커버를 포함한다. 각 쌍의 도체들을 함께 트위스팅하는 것은 여기 구체적으로 개신된 바에 따라 특징화되며, 복수의 전송 매체는 가장 극단으로 단순화한 실시예에서 플라스틱 물질로 만들어진 단일 피복물이 될 수 있는 외장 시스템에서 포위된다. 도체 쌍 용으로 채용된 특정 트위스트 방식의 결과로서, 결과적인 케이블의 동작성능이 개선된다. 또한, 이 발명의 케이블은 비교적 접속하기 쉽고 비교적 제조 및 설치하기 쉽다.

Description

케이블 접속 매체와 통신 신호 캐리어와 지역 정보 통신망

이 발명은 지역 정보 통신망(local area network) 케이블 접속 구성에 관한 것이다. 특히, 이 발명은 이의 유일한 구성에 의해 많은 향상된 동작 성능 기준을 만족하면서도, 실제적으로 에러가 없는, 높은 비트 속도, 데이터 전송을 제공할 수 있는 특별한 케이블 설계에 관한 것이다.

사무실 및 제조설비용으로 컴퓨터 사용이 대폭적으로 증가함에 따라, 주변 장치를 컴퓨터 본체에 접속 및 2개 이상의 컴퓨터를 공통망에 접속하는데 사용할 수 있는 케이블의 필요성이 대두되었다. 물론, 데이터 전송에 대해 항시 증가하는 요구조건이 주어진 상황에서, 추구하는 케이블은 바람직하기로는 비교적 고속에서 실제로 에러가 없는 전송을 제공해야할 뿐만아니라, 많은 향상된 동작 성능 기준을 만족해야 한다. 즉, 본 발명의 특별한 케이블 설계물은 TIA/EIA-568A하의 카테고리 5 케이블로서 자격있는 케이블에 대한 전송 요구조건을 능가하는 동작 수준에서 일관되게 수행한다. 이 발명의 케이블이 기존의 기준에 대해 신뢰성있고 일관되게 나타낼 수 있는 향상된 동작 성능 기준 중에서, 기준은 니어 엔드(Near End) 크로스토크(NEXT)에 대해 적어도 약 10dB, 파워 섬(Power Sum) 크로스토크(PSUM NEXT)에 대해 적어도 8dB 이상의 보다 높은 크로스코트 마진, 뿐만 아니라 개선된 구조상 복귀 손실(SRL) 마진, 즉 적어도 약 3dB 이상의 마진이 있다.

데이터 신호가 전송되야 하는 속도 및 거리는 지역 정보 통신망에서 사용하기 위한 금속-도체 케이블의 설계에 중요한 것이다. 종래에, 이러한 필요성은 초당 20킬로비트까지의 데이터 속도와 약 150피트를 넘지않는 거리에서 동작하는 상호접속에 대한 필요성이었다. 이 필요성은 예를 들면 컴퓨터와 주변장치 같은 수신 수단간에 직접 접속된 복수의 절연된 도체가 될 수 있는 단일 피복 케이블로 만족되었다. 현재, 16MHz 데이터 신호까지 효과적으로 전송할 수 있는 카테고리 3 제품으로서 업계에서 일반적으로 통용되는 장치가 상용화되어 있고 카테고리 5로서 지정된 일련이 제품은 100MHz 데이터 신호까지를 효과적으로 전송하는 능력을 제공한다. 그러나, 데이터 속도 능력의 그 이상의 진보는 시판되는 단일 피복 트위스트된 케이블의 도체 쌍들간의 크로스토크량 때문에 더욱 더 어려워지고 있다.

또한, 동작 및 비용의 이유로, 소위 평형 모드(balanced mode)에서 전송을 제공하도록 시스템이 구성되어 있는지 여부가 중요하다. 평형 모드 전송에서, 쌍의 도체들에서의 전압 및 전류의 진폭은 동일하나 극성이 반대이다. 이러한 평형 모드 전송을 달성하기 위해서, 케이블과 논리 디바이스간 케이블의 양단에서 예를 들면 트랜스포머와 같은 부가적인 소자가 필요할 수 있으므로, 이에 따라 시스템의 비용이 증가된다. 종종, 컴퓨터 장비 제조자는 각 라인에 부가적인 소자에 비용을 들이는 것을 피하기 위해서 불평형 모드로 특징화되는 시스템 사용을 선호해왔다. 그러나, 동시에 주변 접속 구성물, 구체적으로 그에 사용된 케이블 접속은 소정의 감쇄 및 크로스토그 요구조건을 만족해야 한다.

단일 피복 트위스트된 쌍의 케이블에 대한 대안으로서, 종종 통신업계의 케이블 접속 필요성은 잘 알려진 중심이 고형체 및 유전물질로 분리된 외곽 관형 도체를 포함하는 동축 케이블로 충족되었다. 그러나, 동축 케이블은 본질적으로 불평형 전송을 제공할 뿐만아니라, 몇가지 다른 문제를 나타낸다. 다른 것중, 동축 접속기는 비교적 비싸며 설치 및 접속하기가 어려우며, 설계, 설치 및 유지가 잘 되어 있지 않으면, 전자기 간섭의 원인이 될 수 있다.

증가하는 엄중한 목표, 사용자가 있는 상황에서, 지역 정보 통신망(LAN) 판매자 및 분배 시스템 판매자는 전송 성능의 필요 수준을 여전히 제공하면서도 LAN 배선을 보다 알맞고 다루기 쉽게하기 위한 대안을 계속적으로 탐구하고 있다. 일부 연구자가 이전에 관과한 것은 전화 신호를 구역내 분배하기 위해 사용된 긴 비차폐된 트위스트 쌍이었다.

비차폐된 트위스트 쌍은 평형(차별;differential) 모드에서 전화 전송용으로 길게 사용되었다. 이 방식으로 사용되면, 비차폐된 트위스트 쌍은 외부(EMI)로부터 든지 아니면 다른 쌍의 신호로부터든지(크로스토크) 간섭으로부터 우수한 면역성을 갖는다. 또 다른 중요한 점은 케이블은 이로부터 전자기 방사를 주변환경으로 방출하지 않도록 설계된다는 것이다. 지난 수년에 걸쳐, 사실 몇몇의 LAN 설계자는 비차폐된 트위스트 쌍 와이어의 잠재된 전송 능력을 알게 되었다. 특히, 잘못되기 쉬운 아날로그 신호와 비교하여 엄격히 양자화된(quantized) 디지털 신호를 전송하는 트위스트 쌍의 능력은 주목할만하다. 트위스트 쌍 케이블의 데이터 속도/거리 능력에 대해, 크로스토크, 특히 니어-엔드 크로스토크에 의해 부과된 한계는 일반적으로 알려져 있다.

트위스트 쌍 케이블의 동작 성능을 향상시키려는 시도에서 제조자는 다양한 다른 트위스트 방식을 채용하였다. 여기 사용된 바와 같이, 트위스트 방식은 업계에서 종종 쌍 형성(twining)이라 하는 것과 동일한 것이다. 일반적으로, 트위스트 방식은 각각의 도체 쌍에 대해 선택된 트위스트의 정확한 길이 및 형태/레이(lay)를 참조한다. 즉, 특히 여기 참고로 포함시킨 Friesen 및 Nutt 이름으로 공고된 미국 특히 4,873,393에 기술된 한 이러한 트위스트 방식에서, 각각의 절연된 도체 쌍에 대한 트위스트 길이는 쌍의 도체들 중 한 도체의 절연물의 외경에 약 40을 곱한 것을 넘지말아야 함을 표명하고 있다. 이것은 향상된 케이블 설계로 귀결되는 트위스트 방식을 정하는 기존의 방식의 바로 한 예이지만, 많은 다른 것이 존재한다. 그러나, 여기 개시 및 청구된 특별한 트위스트 방식은 특정한 기술적인 차별을 나중에 상세히 기술되는 바대로 모든 기존의 케이블 설계와는 비길 바 없이 다른 것으로 생각된다.

제어된 쌍 트위스트 방식 외에도, 크로스토크에 대한 또 다른 처리는 전기 및 자기장을 한정하기 위해서 각각의 트위스트된 쌍에 차폐를 부가하는 것이다. 그러나, 전기 및 자기장이 한정된 때, 저항, 캐패시턴스 및 인덕턴스는 각각이 전송 손실을 증가시키게 모두가 변한다. 예를 들면, 비차폐된 쌍의 감쇄의 3배가 되는 감쇄를 감는 차폐된 쌍의 설계물을 찾는 것은 보통의 것이다.

표면적으로, 비교적 긴 거리에 걸쳐 비교적 고속으로 예를 들면 데이터 비트를 에러 없이 전송하는데 사용될 수 있는 지역 정보 통신망 케이블 접속 구성을 제공하는 문제에 대한 종래 기술의 해결책은 아직 통신업계의 항시 증가하는 요구사항을 전적으로 만족하고 있지 않다. 필요한 것 및 종래 기술에 의해 제공되지 않는 것은 저렴하게 만들어 지는 케이블 및, 이를테면 TIA/EIA 568A의 고성능 금속 케이블에 대한 현 기준을 설정한 기준을 현저히 초월하는 동작 성능 수준을 갖는 케이블이다. 특히, 추구하는 케이블은 초당 예를 들면 1.24 기가바이트의 증가하는 전송속도를 다루도록 실제로 높은 크로스토트 마진 및 구조상 복귀 손실(SRL) 마진을 나타내야 한다. 사실, 본 발명의 케이블 설계물은 특별한 전자장치 필요없이 기가비트 이써넷 시스템에서 사용될 수 있는 것으로 생각된다.

전술한 문제는 크로스토크가 비교적 낮은 수준에서 데이터 스트림을 고속 전송할 수 있는 이 발명의 케이블 접속 구성에 의해서 극복되었다. 비교적 낮은 크로스토크로 데이터를 전송하는데 적합한 케이블 접속 매체는 제1 금속 도체 쌍을 포함하며, 이 쌍은 함께 트위스트된 2개의 플라스틱 절연된 금속 도체을 포함한다. 상기 매체는 또한 절연된 금속 도체의 적어도 하나의 다른 쌍을 포함하며, 각각의 쌍은 함께 트위스트되어 있고, 상기 제1 쌍에 비교적 밀접하게 있는 2개의 플라스틱 절연된 금속 도체를 포함한다. 트위스팅의 특징화는 중요하며, 트위스트 길이 뿐만아니라 코어 스트랜드 길이/레이와 같은 파라미터에 관련한다. 특히, 트위스트 길이 및 코어 스트랜드 길이/레이의 특정한 조합은 TIA/EIA-568A하에서 필요한 것들을 현저히 넘는 수행능력을 달성하기 위해서 케이블의 각각의 쌍에 대해 의도적으로 선택된다.

이 발명의 한 특정 실시예에서, 케이블은 이의 전송 매체로서, 금속 도체 및 이 금속 도체를 포위하는 절연 피복물을 포함하는 절연된 도체들 각각으로 개별적으로 절연된 도체의 4개의 트위스트된 쌍을 포함한다. 각 쌍의 절연된 도체들을 함께 트위스트하는 것은 여기 구체적으로 개시된 것으로 특징화되며, 가장 단순한 실시예에서, 프라스틱 물질로 만들어진 단일 피복물이 될 수 있는 외장 시스템에서 복수의 전송 매체가 포위된다. 또한, 바람직한 실시예의 케이블은 전자기 간섭에 대해 케이블을 보호하고, 원치않는 전자기 방출 혹은 방사를 케이블에 의해 발생되지 않게 함는데 일조하도록 차폐를 포함할 수도 그렇지 않을 수도 있는 외장 시스템을 포함한다.

절연된 도체 쌍에 대해 채용된 특별한 트위스트 방식의 결과로서, 결과적인 케이블의 동작 성능이 개선된다. 또한, 이 발명의 케이블은 비교적 접속하기 쉬우며 비교적 제조 및 설치하기 쉽다.

본 발명의 다른 특징은 첨부한 도면과 함께 읽을 때 특정 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 보다 쉽게 이해될 것이다.

도 1a 및 도 1b는 비교적 장거리에 대해 실제 에러가 없이 데이터를 전송하기 위한 이 발명 케이블의 한 차폐된 및 한 비차폐된 두 실시예의 사시도.

도 2는 이 발명의 케이블로 연결된 컴퓨터 본체, 개인용 컴퓨터 및 주변기를 도시한 빌딩의 입면도.

도 3은 평형 모드 전송에 대한 구성에서 절연된 도체 쌍의 개략도.

도 4는 이 발명의 케이블을 포함하는 데이터 전송 시스템도.

도 5는 이 발명의 케이블에 나타난 절연된 도체의 2개의 쌍에 대한 단면도.

도 6은 종래 구성에서 절연된 도체 쌍의 단면도.

도 7a 내지 도 7c는 기존의 기준을 만족하는 케이블 및 이 발명의 케이블의 주파수대 어떤 동작성능 기준의 관계를 그래픽으로 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 케이블 22 : 컴퓨터 본체

26 : 빌딩 42, 60 : 절연된 도체

45 : 코어

도1a 및 1b는 참조부호 20으로 전체를 표시한 데이터 전송 케이블에 대한 2개의 실시예를 도시한 것이다. 즉, 도1a는 비차폐된 실시예를 도시한 것이며 도1b는 본 발명의 차폐된 것을 도시한 것이다. 이들 두 실시예간 차이는 외장 시스템에 있으나, 본 발명의 중심은 이들 두 실시예에 동일한 것인 전송 매체에 대한 특정한 구성임을 알아야 한다.

통상, 케이블(20)은 빌딩(26)의 동일층 혹은 다른 층에 있는 하나 이상의 컴퓨터 본체(22-22), 많은 개인용 컴퓨터(23-23), 및 주변장치(24)의 망을 설치하는데 사용될 수 있다(도2 참조). 주변장치(24)는 고속 프린터, 예를 들면 임의의 다른 공지 및 상응하는 적합한 디바이스를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상호접속 시스템은 시스템에 대한 간섭을 최소화하므로 실제로 에러가 없는 전송을 제공한다.

이 발명의 케이블(20)은 평형 모드(balanced mode)에서 실제로 에러 없는 데이터 전송을 제공하는 것에 대한 것이다. 특히, 본 발명의 특정한 케이블 설계는 고성능 금속 도체 케이블에 대한 현 산업 기준을 초과하는 수준으로 일련의 동작 성능 기준을 일관되게 높인다. 일반적으로, 복수의 개별적으로 절연된 도체(27-27) 쌍을 포함하는 평형 모드의 종래 기술에 따른 전송 시스템을 도3에 도시하였다. 절연된 도체(27-27) 쌍 각각은 디지털 신호원(29)에서 트랜스포머(31)의 1차 권선을 통해, 중심 탭이 접지된 2차 권선(32)으로 접속되어 있다. 이들 도체는 역시 중심 탭이 접지된 수신측의 트랜스포머(34)의 권선(33)에 접속되어 있다. 트랜지스포머(34)의 권선(35)은 수신기(36)에 접속된다. 외부 간섭에 대해서, 이것이 전력 감응에서 오든 다른 방사 장에서 오든 전기 전류는 출력단(end)에서 상쇄된다. 예를 들면, 시스템에 전자기 간섭 스파이크가 가해지면, 이들 두 두체는 똑같이 영향을 받게 될 것이므로 수신 신호에 전혀 변화가 없는 눌(null) 상태로 될 것이다. 불평형 전송의 경우, 차폐는 이들 전류를 최소화할 수는 있으나 이들을 상쇄시킬 수는 없다.

평형 모드 전송을 달성하기 위해서는 트랜스포머와 같은 소자를 접속 케이블의 양단에 회로기판에 추가적으로 접속해야 한다. 불평형 모드에서 사용하면 부가적인 단말장치가 필요하지 않고 케이블을 본 발명에 사용할 수 있게 한다. 그러나, 이 발명의 케이블이 비교적 고속에서 실제로 에러가 없이 데이터 신호를 전송할 수 있는 거리 때문에, 평형 모드 전송에 필요한 것인 케이블 양단에 소자를 부가적으로 사용할 의향이 있을 수가 있다.

더구나, 케이블(20)의 외경이 소정치를 넘지않고 쉽게 설치할 수 있을 정도로 케이블이 유연성이 있다고 하는 일반적으로 인정되는 요구조건이 있다. 케이블(20)은 비교적 적은 외경, 즉 약 0.1 인치 내지 0.5인치의 범위 내에 있으며, 튼튼하면서 유연하여 개별적으로 차폐된 쌍의 케이블을 사용할 때 발생되는 많은 문제를 극복하게 된다. 케이블의 최종의 크기는 사용된 도체 쌍의 수 및 선택된 외장 시스템의 형태를 포함하는 많은 인자에 의존한다. 본 발명의 바람직한 실시예의 특정 케이블은 케이블 설계 범주 내에서 4개의 도체 쌍을 예로 하였으나, 사실 케이블(20)은 도체가 절연된 2개 내지 25개의 쌍을 포함할 수 있다.

종래 기술에 비해 본 발명의 특정한 이점은 여기 개시된 청구된 케이블 설계에서 사용된 특정한 트위스트 길이 및 코어 스트랜드 길이/레이에서 비롯된다. 여기 사용된 바와 같이, 트위스트 길이는 개개의 도체 주위의 완전한 회전에 대한 절연된 도체 쌍의 길이를 따른 거리를 말하며, 코어 스트랜드 길이/레이는 완전한 회전을 이루는 다중 도체-쌍의 그룹을 이루는 혹은 전체 코어에 대한 케이블의 길이를 따른 거리를 말한다. 이들 정의를 염두에 두고, 여기에서 사용된 바와 같이, 트위스트 길이 값은 도체 쌍을 생성하는데 사용된 트위스팅 디바이스의 결과로서, 그러나 케이블이 제조될 때 채용될 수도 있는 코어 스트랜드 길이/레이에 의해 상향 혹은 하향으로 왜곡되지 않은 것으로서의 구조물을 측정한 것임에 유념하는 것이 중요하다. 현재 사용할 수 있는 트위스트 길이 및 코어 스트랜드 길이/레이를 광범위하게 변화시키는 많은 상이한 케이블 설계가 있으나, 현재 시판되는 이들 각각은 중요 동작상 수행 기준의 적어도 일부 기준에서 본 발명의 케이블보다 열등하다.

아래의 표는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 케이블의 구조적 구성에서 사용된 트위스트 방식을 나타낸 것이다.

쌍의 번호	트위스트 길이(인치)	최소 트위스트 길이	최대 트위스트 길이	푸트(foot)당 트위스트	푸트당 최소 트위스트	푸트당 최대 트위스트
1234	0.4400.4100.5960.670	0.430.400.580.65	0.450.420.610.69	27.329.320.117.9	27291917	28302119

위에 개시된 특정한 트위스트 길이값에 더하여, 본 발명은 이러한 트위스트 길이와, 도체 쌍의 트위스트와 동일 방향으로 약 4 내지 6인치 범위의 코어 스트랜드 길이/레이 값을 조합한다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예는 도체 쌍의 트위스트 회전과 동일한 방향으로 약 4.6 - 4.9 인치의 코어 스트랜드 길이/레이를 조합한다.

그러나, 상기 특정하게 정량화된 본 발명의 특정한 바람직한 실시예에 따라 케이블 만들기를 실현한 값의 범위를 넘어서, 본 발명은 여기 특정하게 정량화된 어떤 공배수 값을 사용하여 설계된 케이블에도 관련함을 알아야 한다. 즉, 바람직한 트위스트 방식을 정하기 위한 특정하게 정량화된 한 세트의 기준값을 앞에서 제시하였으나, 트위스트 길이 및/혹은 코어 스트랜드 길이/레이는 바람직한 실시예로서 개시된 범위들 내의 값 중 어떤 값의 공배수 혹은 공약수인 트위스트 방식으로 케이블을 만듦으로써 현저한 동작상의 수행 향상을 달성할 수 있다는 것이 또한 교시 및 청구되어 있다. 예를 들면, 도체 쌍에 대한 트위스트 길이의 각각의 범위, 및/혹은 코어 스트랜드 길이/레이에 대한 범위 내의 값을 선택한 후, 이들 값을 트위스트 방식을 정하는 공통 수만큼 곱하는 것 또한 본 발명의 범위 내에 있는 것이다.

결과적으로 나타난 케이블의 동작을 더욱 향상시키는 것으로 생각될 수 있는 본 발명의 또 다른 구조적 특징으로서는 서로에 대해서 도체 쌍을 특정하게 배치하는 것이다. 즉, 바람직한 실시예에 따라, 최단의 트위스트 길이의 2개의 트위스트된 쌍을 서로에 대해 대각선으로 배치해야 한다. 그러므로, 본 발명의 요점은 가장 적합한 트위스트 길이 및 코어 스트랜드 길이/레이를 선택하는 것에 관련하나, 도체 쌍을 서로에 대해 최적으로 배치시킬 경우 한층 더한 이점을 알 수 있다.

도4는 이 발명의 케이블(20)이 유용한 일예의 시스템(40)을 도시한 것이다. 도4에서, 한 장소의 전송 디바이스(37)는 한 케이블의 도체 쌍(42-42)을 따라 상호접속 허브(hub; 39)에 접속되고 이어서 또 다른 케이블을 따라 다른 장소에 있는 수신 디바이스(41)로 접속된다. 전송 디바이스(37-37) 및 수신 디바이스(41-41)를 포함하는 복수의 장소는 상호접속 허브(39)에 접속되고 이어서 또 다른 케이블을 따라 또 다른 장소에 있는 수신 디바이스(41)에 접속된다. 송신 디바이스(37-37) 및 수신 디바이스(41-41)를 포함하는 복수의 장소는 링 망으로 불리우는 것으로, 상호접속 허브에 접속될 수도 있다. 이 예에서 알 수 있듯이, 도체는 한 단말에 있는 송신 디바이스로부터 다른 단말의 수신 디바이스로 이어짐으로써, 송신 거리가 2배가 된다.

특히, 이 발명의 케이블(20)은 데이터 송신용으로 사용되는 복수의 트위스트된 개별적으로 절연된 도체(42-42) 쌍(43-43)을 포함하는 코어(45)를 포함한다(도1a, 1b 및 5 참조). 외장 시스템은 코어 랩(wrap)(51), 및 비교적 낮은 유전상수를 갖는 물질을 포함하는 내 피복물(52)을 포함할 수 있다. 이것은 바람직한 실시예에서, 폴리비빌 클로라이드(PVC) 물질이다. 더욱이, 내 피복물의 두께는 절연된 도체(42)의 외경(DOD)의 약 0.167 내지 1배의 곱과 같다. 예를 들면, 절연된 도체의 DOD가 0.035이었다면, 내 피복물 두께는 0.006 내지 약 0.036일 될 것이다.

내 피복물(52)은 금속 차폐물(54) 및 플라스틱 막(55)를 포함하며, 길이방향으로 확장하는 중첩된 이음부(56)를 갖는 적층물(53; 도1b 참조)로 에워쌓여 있다. 적층물은 플라스틱 막이 밖을 향하여 면하도록 배열된다. 바람직한 실시예에서, 통상 알루미늄으로 만들어지는 금속 차폐물(54)의 두께는 0.001 인치인 반면 막의 두께는 0.002 인치이다. 꼬일 수 있거나 고형 와이어인 드레인 와이어(59)는 차폐물(54)과 내 피복물(52) 사이에 배치된다. 금속 차폐물(54)는 예를 들면 폴리비닐 클로라이드와 같은 플라스틱 물질인 외 피복물(58)로 에워쌓여 있다. 바람직한 실시예에서, 외 피복물(58)의 두께는 약 0.020 인치이다.

상기 기술된 2개의 실시예는 차폐 및 비차폐된 것으로 본 발명을 채용하는 케이블 매체의 가장 공통되는 형태인 것으로 된다. 그러나, 통신 전송이 다른 형태는 본 발명의 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들면, 복수의 쌍은 배선통 내에 나란히 배치될 수 있도 있으며 본 발명의 또 다른 실시예로서 플라스틱 피복물로 에워쌓이지 않을 수도 있다.

더구나, 도체 절연물 및/또는 피복물(들)용 물질은 케이블 화염을 지연시키며 연기를 억제할 정도의 것일 수 있다. 예를 들면 이들 물질은 플루오로폴리머가 될 수 있다. 보험업자 시험소에서는 건물 화재와 같은 열에 노출을 견디는 케이블의 능력에 기초하여 통신 케이블을 분류하는 시험 기준을 구현하였다. 특히, 케이블은 라이저(riser) 혹은 플레눔 레이트될 수 있다. 현재, UL 910 플레임 테스트는 플레눔 레이팅(plenum rating)을 받기에 앞서 받는 기준이다. 본 발명의 바람직한 실시예는 케이블이 플레눔 레이팅에 적격이 되도록 피복물 및/또는 도체 절연물용 물질을 사용할 것이다. 이러한 플레눔 레이팅을 달성하기 위해서, 여기 언급 및 청구된 다른 특정한 특징을 나타내는 케이블에 어떤 많은 공지된 기술을 포함시킬 수 있다. 상기 언급된 선호하에서도, 본 발명에 따라 만들어진 케이블은 선택된 피복 및 절연 물질에 유의할 필요가 없으며 또는 그로부터의 이점을 필요로 하지 않음을 알아야 한다. 사실, 케이블이 설치될 특정 환경에 의존하여 본 발명의 특징을 포함하는 케이블이 적격인가 하는 데에 다른 특별한 시험 기준을 적용 및 사용할 수 있다.

절연된 도체(42-42) 쌍은 한 케이블 혹은 예를 들면 배선통 내에 서로 인접하여 있다. 그곳에, 쌍들은 서로 매우 근접하게 있어 크로스토크에 대한 보호가 제공되어야 한다.

각 쌍의 도체의 트위스트 특징은 이 발명의 케이블이 비교적 높은 비트 속도에서 실제로 에러가 없는 전송을 제공하는데 중요하다. 도체 쌍들 간의 거리인 쌍의 트위스트 및 쌍의 간격은 제어될 주요한 파라미터이다. 따라서, 쌍의 간격 및 트위스트의 간격을 측정하는 것이 필요하게 된다. 통상, 쌍의 트위스트들은 도체 쌍의 트위스트 길이에 의해서 명시되었으며 트위스트 간격은 트위스트 길이간 차에 의해서 명시되었다. 그 중, 특히 앞서 언급된 미국 특허 제4,873,393호에 기재된 한 케이블 설계에서, 각 도체 쌍에 대한 트위스트 길이는 쌍의 도체들 중 한 도체의 절연물의 외 직경에 약 40을 곱한 것을 넘지말아야 함을 표명하고 있다.

'393 특허에 따라, 실제로 에러가 없고, 고속 데이터 전송을 위해서, 물리적으로 밀접해 있는 도체 쌍은 각 쌍의 트위스트 빈도수로 측정된 트위스트 특성으로 잘 분리되어야 한다. 예 및 정의상, 0.5인치의 트위스트 길이는 인치당 2개의 트위스트 혹은 푸트(foot)당 24개의 트위스트와 같으며, 2 인치의 트위스트 길이는 인치당 0.5 트위스트 혹은 푸트당 6개의 트위스트인 트위스트 빈도수와 같으며, 5인치의 트위스트 길이는 인치당 0.2 트위스트 혹은 푸트당 2.4개의 트위스트인 트위스트 빈수와 같다. 즉, 트위스트 길이(인치)는 12로 나누어진 트위스트 빈도값을 나타내는 푸트당 트위스트의 수와 같다.

W. G. Nutt 및 G. H. Webster 이름으로 공고된 여기 인용된 미국 특허 4,058,669에 개시된 바와 같이, 설계 지침으로서 트위스트 간격을 사용함으로써 트위스트 빈도수가 높은 많은 혹은 좁은 간격을 제공하나 낮은 트위스트 빈도수의 넓은 간격을 제공하는 이점이 있다.

그러나, 트위스트 빈도수 특성이 중요 관심사인 상기 언급된 케이블 설계물 각각과는 달리, 본 발명은 구조 파라미터가 보다 명확히 개시될 뿐만아니라, 앞서 표명한대로, 고성능 금속 케이블의 적격여부 및 이들 케이블을 측정하는데 현재 사용되는 많은 동작 수행능력 기준을 신뢰성있게 초과하는 케이블을 일관성있게 제공하는 유일한 케이블 설계를 제공한다.

트위스트 왜곡을 고려해야 하며, 크로스토크를 감소시켜야 한다. 이상적으로는, 푸트당 4개의 트위스트를 갖는 도체 쌍은 항상, 푸트당 4개의 턴(turn)을 갖는 완전한 나선형의 것이 될 것이며, 이 쌍에서 전자기장이 감지되었다면, 푸트당 4개 사이클의 정현파가 검출될 것이다. 그러나, 통상의 트위스트 길이를 갖는 도체 쌍을 코어로 조립하였을 때, 하나의 쌍은 다른 쌍을 왜곡시킨다. 예를 들면, 푸트당 4개의 트위스트를 가진 것과 인접한 푸트당 3개의 트위스트를 가진 도체 쌍을 검사한 경우, 푸트당 4개의 트위스트와 관련된 주파수 성분이 관측되며, 이들이 존재하는 정도까지는 마치 인접한 쌍 모두가 푸트당 4개의 트위스트를 가진양 크로스토크가 생성된다. 이 발명의 비교적 짧은 트위스트는 이러한 류의 왜곡에 여향을 받지 않는다.

쌍의 침입(invasion) 또한 중요한 고찰이 된다. 이 발명의 케이블 내의 복수의 도체 쌍은 전화 통신에서 교환용으로 종래에 만들어진 케이블보다 많은 단면 공간을 필요로 한다. 일부 기존의 종래 기술에서, 표면적으로는 가능한한 면적을 작게 쌍의 밀도 혹은 수를 증가시키도록 인접한 쌍을 함께 맞물리게 하는 것이 가장 바람직하였다. 복수의 도체 쌍이 함께 모여 코어(45)가 형성되는 비교적 짧은 트위스트 길이 및 방법은 한 쌍의 절연된 도체가 인접한 쌍의 절연된 도체와 물리적으로 얽히는 혹은 포개지는 것을 최소화한다.

패킹(packing) 파라미터 및 크로스토크에 대한 이의 영향을 이해하기 위해서, 도5 및 도6을 참조한다. 각각의 도면은 두 쌍의 절연된 도체의 개략도이다. 도5의 도체는 이전에 이미 언급되었던 것으로 참조부호 42-42로 표시되어 있고, 도6의 도체는 종래 기술의 구성을 도시한 것으로 60-60으로 표시되어 있다. 각 쌍의 도체는 거리 a인 중심간 간격을 가지며 쌍들의 중심은 거리 a의 2배인 거리 d만큼 이격되어 있다. 쌍들간의 크로스토크는 a²/d²양에 비례한다. 따라서, 도체 쌍의 중심간 거리 d가 클수록, 크로스토크가 감소한다.

종래 기술의 케이블의 일부 쌍을 나타내는 도6에서 알 수 있듯이, 팩된 코어에서, 한 쌍의 적어도 하나의 개별적으로 절연된 도체(60)가 외접원(64)으로 정해진 또 다른 쌍의 공간을 침입하는 것이 다반사이다. 한편, 한 쌍의 절연된 도체(42) 어느것도 다른 쌍의 외접원 공간을 침입하지 않는 도5와 비교한다. 평균적으로, 케이블(20) 내의 함께 연관된 도체 쌍의 길이를 따라, 쌍들의 중심은 거리 d만큼 이격될 것이다. 이것은 크로스토크가 감소되는 결과를 낳는다.

짧은 트위스트 길이 및 도체 쌍을 함께 모으는 방법은 쌍의 메싱(meshing)을 효과적으로 감소시켜, 각각의 도체 쌍이 절연된 도체의 외경의 2배의 직경을 갖는 원통 내에 배치된 것처럼 작용하고 그 상태에 있게 한다. 케이블의 쌍들이 전자기장에 관련하는 한에 있어서 공간을 공유하였을지라도, 외접원에 의해 정해진 물리적 공간을 거의, 설사 있다해도 공유하지 않는다. 결국, 쌍들간 전송 손실은 낮은 수준에서 유지되며, 쌍들간 크로스토크는 수락할 수 있다.

개개의 쌍을 차폐하는 것이 없으므로 종래 케이블의 또 다른 장애가 극복된다. 각각의 금속 도체에 관한 절연 피복(46)의 외경은 충분히 작아 절연된 도체는 표준 접속기 하드웨어로 마감될 수 있다.

이 발명의 케이블은 절연된 도체를 식별하는데 필요한 색의 개수의 관점에서 이점이 있다. 일반적으로, 트위스트 길이가 보다 길고, 케이블의 단부로부터 외장 시스템이 제거된 때, 트위스트된 쌍의 도체들이 섞인다. 예를 들면, 청-백색 쌍의 흰색 절연 도체는 녹-백색 쌍의 녹색 절연 도체와 섞인다. 결국, 보다 많은 색 조합 수가 사용되야 하고, 따라서 외장 시스템의 부분을 제거할 때 올바른 식별이 확실하게 행해질 수 있게 목록을 만들어야 한다. 긴 트위스트 쌍은 한 쌍의 와이어를 다른 쌍의 와이어로 혼동하여 2개의 쌍이 쓸모없게 되는 스플릿(split) 쌍이라 불리우는 스플라이싱 에러 형태의 결과를 초래할 수 있는 스플라이스로 풀리게 된다.

한편, 이 발명의 케이블로서, 짧은 트위스트 길이는 외장 시스템이 제거된 후에도 쌍들 내에 트위스트가 유지되게 한다. 결국, 사용될 필요가 있는 색의 수는 현저히 감소된다. 또한, 이러한 촘촘한 쌍들의 개개의 도체는 덜 분리되는 사실에 기인하여 이들 케이블 사용할 때 발생하는 접속기 에러는 거의 없다.

고성능 금속 케이블에 대한 산업 기준과 비교하여 본 발명의 동작 성능을 보다 자세히 다루기 위해서, 도7a 내지 도7c를 참조한다. 이들 도면 각각은 본 발명에 따라 제조된 케이블이 TIA/EIA 568A 하의 카테고리 5 케이블의 적격여부에 현재 사용되는 값들에 관련하여 시험하는 방법을 그래픽으로 도시한 것이다. 특히, 도7a는 크로스토크에 대한 상태값, 구체적으로 니어 엔드 크로스토크(NEXT)를 도시한 것이며, 도7b는 파워 섬 크로스토크(PSUM NEXT)에 대한 상태값을 도시한 것이며, 도7c는 구조 복귀 손실(SRL)에 대한 상대값을 도시한 것이다. 동작 성능값, 즉 NEXT, PSUM NEXT 및 SRL 각각은 MHz의 대수 스케일로 도시한 주파수에 따라 변할 때 dB로 측정되었다. 도시된 특정의 동작 성능값이 현재 사용되는 기준을 초과하는 것으로 본 발명의 케이블의 능력을 적절히 보이고 있으나, 계산은 존재하는 본연의 제조 및 측정 허용오차의 견지에서도 신뢰성있고 일관되게 재현될 수도 있을 동작 능력을 갖는 케이블을 보증하는 상당히 줄잡은 테스트 결과에 기초하였음에 유념해야 한다. 더구나, 명확성을 위해서, 여기 보인 바와 같이, 밑줄은 상기한 기준에 의해 정의된 현재의 값을 나타내며 윗줄은 본 발명에 따라 만들어진 케이블의 성능에 대한 가장 어림잡은 측정을 나타냄을 이해햐야 한다.

도7a는 약 0.75 MHz 내지 약 500 MHz의 주파수 범위에 대해, 본 발명에 따라 만들어진 케이블에 대한 가장 어림잡은 계산은 니어 엔드 크로스토크(NEXT)에 대한 기존의 기준을 적어도 10dB만큼 초과함을 나타낸다. 마찬가지로, 도7b는 유사한 주파수 범위에 대해서, 여기 청구된 케이블에 대한 어림잡은 계산 및 측정치는 파워 섬 크로스토크(PSUM NEXT)에 관하여 기준값에 비해 적어도 8dB 개선을 제공함을 나타낸다. 마지막으로, 도7c는 본 발명에 대한 SRL값이 약 500MHz 밖으로 투영될지라도, 구조 복귀 손실(SRL)에 대한 현 기준 레벨에 비해 본 기준값이 중단하는 경우인 100MHz까지는 적어도 3dB의 향상을 나타낸다. 그러나, 상기 및 관련 도면에 도시한 특정값을 넘어서도, 본 발명의 케이블 설계는 NEXT에 대해 적어도 약 15dB만큼 기준값을 초과하며 PSUM NEXT에 대해 약 13dB만큼 초과하며 SRL에 대해 적어도 약 7.5 dB만큼 초과하는 케이블을 전형적으로 제공할 수 있음이 예견된다.

상기 다룬 특정한 트위스트 방식 인자외에도, 이러한 사용을 위해 쉽게 시판할 수 있는 케이블 설계에 이르기 위해서 많은 다른 인자를 고려해야 한다. 결과적인 케이블의 피복물은 덕트로 혹은 지지물에 대해 케이블 당김을 향상시키기 위해서 낮은 마찰을 나타내야 한다. 또한, 케이블은 강하고, 유연하며 압착에 저항력있는 것이어야 하며, 편리하게 패키지되어야 하며 과도하게 무겁지 않아야 한다. 케이블은 점유된 빌딩 공간에서 사용될 수도 있기 때문에, 화염 지연 역시 중요하다.

데이터 전송 케이블은 가격이 낮아야 한다. 케이블은 경제적으로 설치될 수 있어야 하며, 필요로 된 공간에 관련하여 능률적이어야 한다. 상호접속용으로 사용되는 것인 빌딩 내에서의 설치 비용이 케이블 재료 비용을 능가하는 것은 드문 경우가 아니다. 작은 케이블이 설치를 향상시킬 뿐만아니라 은폐시키기 쉽고, 덕트 및 통와 배선실 내의 공간을 덜 필요로 하고 관련 접속기 하드웨어의 크기를 줄이는 한, 빌딩 케이블은 비교적 단면이 작아야 한다.

케이블 접속성은 매우 중요하며 임의의 다른 매개물을 사용하는 것보다는 트위스위된 절연 도체로 보다 쉽게 달성된다. 절연 도체로 널리 사용되는 접속기는 스플리트 빔 접속기라 하는 것이다. 바람직하게, 원하는 케이블의 절연된 도체의 외경은 충분히 작아, 도체는 이러한 기존의 접속기 시스템으로 마감될 수 있다.

더욱이, 문제에 대한 해결책으로써 제안된 어떤 구성이라도 공간의 과도한 양을 점유하지 않는 것이어야 하며 극히 단순화한 접속 구성을 용이하게 하는 것이어야 한다. 스테이션에서 배선실까지 혹은 메인 룸까지 유사한 거리만큼 떨어진 컴퓨터실간에 초당 기가 바이트까지 데이터 속도를 전송할 수 있고, 에러가 없는 케이블을 제공하며 쉽게 설치되고, 빌딩 구조에 쉽게 맞게 되고, 안전하며 내구성이 있을 필요가 있다.

상기 기술된 구성은 본 발명을 단순히 예시한 것음을 알아야 한다. 본 발명의 원리를 구현하며 본 발명의 범위 및 정신 내에 드는 다른 구성은 이 분야에 숙련된 자들에 의해 안출될 수 있다.

Claims (21)

1. 케이블 접속 매체에 있어서,

   1) 약 0.43과 약 0.45 인치 사이의 트위스트 길이를 갖는 한 쌍; 약 0.40과 약 0.42 인치 사이의 트위스트 길이를 갖는 한 쌍; 약 0.58과 약 0.61 인치 사이의 트위스트 길이를 갖는 한 쌍; 및 약 0.65와 약 0.69 인치 사이의 트위스트 길이를 갖는 한 쌍; 및 2) 상기 열거된 특정 범위 내의 공배수/공약수 값과 동일한 개개의 트위스트 길이를 갖는 적어도 4개의 쌍으로 구성된 그룹으로부터 선택된 트위스트 방식에 따라 함께 트위스트된 2개의 절연된 금속 도체를 포함하는 복수의 도체 쌍; 및 상기 복수의 절연된 금속 도체 쌍을 에워싸는 피복물을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
2. 제 1 항에 있어서, 약 4인치와 6인치 사이의 코어 스트랜드 길이/레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 코어 스트랜드 길이/레이는 약 4.6 내지 4.9 인치인 것을 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
4. 제 1 항에 있어서, 4개의 금속 도체 쌍이 있는 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 가장 짧은 트위스트 길이를 갖는 상기 2개의 트위스트된 쌍은 서로에 대해 대각으로 배치된 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 도체는 24 AWG인 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 피복물은 화염 지연 및 연기 억제 특성을 갖는 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 도체의 절연물은 화염 지연 및 연기 억제 특성을 갖는 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 피복물 및 도체 절연물로 사용된 물질들의 상기 화염 지연 및 연기 억제 특성은 상기 케이블이 UL 910 플레임 테스트의 기준을 통과하게 하는데 충분한 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
10. 케이블 접속 매체에 있어서,

    1) 푸트(foot)당 약 17과 19개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 푸트당 약 19와 21개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 약 27과 28개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 및 약 29와 30개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 및 2) 상기 열거된 특정 범위 내의 공배수/공약수 값과 동일한 개개의 푸트당 트위스트를 갖는 적어도 4개의 쌍으로 구성된 그룹으로부터 선택된 트위스트 방식에 따라 함께 트위스트된 2개의 절연된 금속 도체를 포함하는 복수의 도체 쌍; 및 상기 복수의 절연된 금속 도체 쌍을 에워쌓는 피복물을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
11. 제 10 항에 있어서, 약 4인치와 6인치 사이의 코어 스트랜드 길이/레이를 더 갖는 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 코어 스트랜드 길이/레이는 약 4.6 내지 4.9 인치인 것을 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
13. 제 10 항에 있어서, 4개의 금속 도체 쌍이 있는 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 가장 짧은 트위스트 길이를 갖는 상기 2개의 트위스트된 쌍은 서로에 대해 대각으로 배치된 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
15. 제 10 항에 있어서, 상기 금속 도체는 24 AWG인 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
16. 제 10 항에 있어서, 상기 피복물은 화염 지연 및 연기 억제 특성을 갖는 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
17. 제 10 항에 있어서, 상기 금속 도체의 절연물은 화염 지연 및 연기 억제 특성을 갖는 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
18. 제 10 항에 있어서, 상기 피복물 및 도체 절연물로 사용된 물질들의 상기 화염 지연 및 연기 억제 특성은 상기 케이블이 UL 910 플레임 테스트의 기준을 통과하게 하는데 충분한 것을 특징으로 하는 케이블 접속 매체.
19. 통신 신호의 캐리어에 있어서,

    1) 푸트당 약 17과 19개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 푸트당 약 19와 21개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 약 27과 28개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 및 약 29와 30개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 및 2) 상기 열거된 특정 범위 내의 공배수/공약수 값과 동일한 개개의 푸트당 트위스트를 갖는 적어도 4개의 쌍으로 구성된 그룹으로부터 선택된 트위스트 방식에 따라 함께 트위스트된 2개의 절연된 금속 도체를 포함하는 복수의 도체 쌍; 및 상기 복수의 절연된 금속 도체 쌍을 지지하는 통(trough)을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 신호의 캐리어.
20. 제 19 항에 있어서, 약 4.6인치와 6인치 사이의 코어 스트랜드 길이/레이를 더 갖는 것을 특징으로 하는 통신 신호의 캐리어.
21. 지역 정보 통신망에 있어서,

    1) 푸트당 약 17과 19개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 푸트당 약 19와 21개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 약 27과 28개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 및 약 29와 30개 사이의 트위스트를 갖는 한 쌍; 및 2) 상기 열거된 특정 범위 내의 공배수/공약수 값과 동일한 개개의 푸트당 트위스트를 갖는 적어도 4개의 쌍으로 구성된 그룹으로부터 선택된 트위스트 방식에 따라 함께 트위스트된 2개의 절연된 금속 도체를 각각 포함하는 복수의 도체 쌍에 의해서, 제1 통신 디바이스와 제2 통신 디바이스간에 통신 신호가 전송될 수 있도록 함께 접속된 상기 적어도 제1 및 제2 통신 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 정보 통신망.