불균형 선

일반적으로 통신 및 전기 공학에서 불균형 선은 전기 신호를 전달하기 위한 도체 쌍으로, 길이와 접지 및 기타 회로에 대한 임피던스가 동일하지 않다. 불균형 회선의 예로는 전신을 위해 개발된 동축 케이블이나 역사적인 흙반환 시스템이 있지만 오늘날에는 거의 사용되지 않는다. 불균형 라인은 동일한 두 도체를 사용하여 라인 전체에서 임피던스 균형을 유지하는 트윈 리드 또는 트위스트 페어와 같이 균형 잡힌 라인과 대조되어야 한다. 균형잡힌 선과 불균형한 선은 발룬이라고 불리는 장치를 사용하여 연결될 수 있다.

불균형 라인 형식의 가장 큰 장점은 비용 효율성이다. 여러 개의 불균형 라인은 라인당 하나의 도체와 하나의 공통 리턴 도체(일반적으로 케이블 실드)로 동일한 케이블에 제공될 수 있다. 마찬가지로 다중 마이크로스트립 회로는 모두 복귀 경로에 동일한 접지면을 사용할 수 있다. 이는 각 라인에 거의 두 배인 두 개의 도체가 필요한 균형 잡힌 케이블과 잘 비교된다. 불균형 라인의 또 다른 이점은 올바르게 작동하기 위해 더 비싸고 균형 잡힌 드라이버 및 수신기 회로를 필요로 하지 않는다는 것이다.

불균형 선은 때때로 단일 엔드 신호 전달과 혼동되기도 하지만 이것들은 완전히 별개의 개념이다. 전자는 케이블 연결 방식이고 후자는 신호 방식이다. 그러나, 단일 엔드 신호 전달은 일반적으로 불균형 회선을 통해 전송된다. 불균형 선은 회선 경로를 전혀 사용하지 않는 단일 와이어 전송 선과 혼동해서는 안 된다.

General description

Any line that has a different impedance of the return path may be considered an unbalanced line. However, unbalanced lines usually consist of a conductor that is considered the signal line and another conductor that is grounded, or is ground itself. The ground conductor often takes the form of a ground plane or the screen of a cable. The ground conductor may be, and often is, common to multiple independent circuits. For this reason the ground conductor may be referred to as common.

Telegraph lines

The earliest use of unbalanced transmission lines was for electric telegraph communications. These consisted of single wires strung between poles. The return path for the current was originally provided by a separate conductor. Some early telegraph systems, such as Schilling's experimental needle telegraph (1832) and the Cooke & Wheatstone five-needle telegraph (1837) used by British railways required multiple code wires. Essentially, they were parallel bus coding. In these systems the cost of the return conductor was not so significant (one conductor in seven for Schilling's earliest needle telegraph^[1] and one conductor in six for the Cooke and Wheatstone telegraph^[2]) but the number of coding conductors was progressively reduced with improved systems. Soon only one coding wire was required with the data being transmitted serially. Important examples of these single-wire systems were the Morse telegraph (1837) and the Cooke & Wheatstone single-needle telegraph (1843). In such systems the cost of a return conductor was fully 50 percent of the cable costs. It was discovered that a return conductor could be replaced with a return path through the Earth using grounding spikes. Using earth return was a significant cost saving and rapidly became the norm.

지하 전신 케이블은 대형 건물이나 정거장 사이에 여러 개의 독립된 전신선을 운반하기 위해 종종 필요했다. 이 케이블은 금속 스크린과 전체적인 보호 재킷으로 둘러싸인 복수의 절연 도체의 형태를 취했다. 그러한 케이블에서 스크린은 리턴 도체로 사용될 수 있다. 해저 전신 케이블은 대개 강철와이어 장갑에 의해 보호되는 단일 도체였으며, 사실상 동축 케이블이었다. 이러한 종류의 최초의 대서양 횡단 케이블은 1866년에 완성되었다.

초기 전화선(전화기는 1876년 발명)은 불균형한 단일선의 전신과 동일한 전송선 체계를 사용했다. 하지만, 전력선이 널리 보급되면서 전화 통신에 어려움을 겪기 시작했다. 전화 송신은 이 문제와 싸우기 위해 균형 잡힌 회선을 사용하기 시작했으며 전화 프레젠테이션의 현대적인 표준은 균형 잡힌 트위스트 페어 케이블이다.

동축선

동축 라인(콕스)에는 원통형 실드 도체로 둘러싸인 중앙 신호 도체가 있다. 실드 도체는 일반적으로 접지된다. 동축 형식은 제2차 세계 대전 중에 레이더에 사용하기 위해 개발되었다. 원래는 단단한 구리 파이프로 만들어졌지만, 오늘날의 일반적인 형태는 스크린이 땋은 유연한 케이블이다. 동축의 장점은 이론적으로 완벽한 정전기 화면과 예측성이 높은 전송 매개변수다. 후자는 느슨한 전선으로는 찾을 수 없는 정밀도로 이어지는 형식의 고정된 기하학의 결과물이다. 개방형 와이어 시스템은 또한 도체 주위의 필드 패턴을 변경하는 근처 물체의 영향을 받는다. 주변 스크린으로 인해 필드가 케이블 내에 완전히 포함되므로 동축은 이 문제를 겪지 않는다.

동축 선은 고주파 이상이 관련된 전자 장비의 상호연결을 위한 무선 송신기와 그 안테나 간 연결의 표준이며, 이전에는 트위스트 페어가 이러한 목적을 위해 대중화되기 전에 로컬 영역 네트워크를 형성하는 데 널리 사용되었다.

삼축 케이블(Triaxial cable)은 두 번째 차폐 도체가 첫 번째 차폐 도체를 둘러싸고 있고 그 사이에 절연층이 있는 동축의 변형이다. 추가 차폐를 제공할 뿐만 아니라 외부 도체를 장비에 전원 공급 또는 제어 신호와 같은 다른 목적으로 사용할 수 있다. Triax는 텔레비전 스튜디오의 카메라 연결에 널리 사용된다.

플라나르 기술

평면 형식 전송 라인은 기질에 대한 여러 가지 기법에 의해 제조된 평면 도체다. 그들은 거의 항상 불균형한 형식이다. 초기 전신의 낮은 전송 속도에서는 송신이 수 마일을 넘을 때 회로 설계를 위한 송전 라인 이론을 고려할 필요가 있었다. 마찬가지로, 전화기에 의해 사용되는 오디오 주파수는 상대적으로 낮으며 전송 회선 이론은 최소한 건물 사이의 거리에 대해서만 중요해진다. 그러나 더 높은 무선 주파수와 마이크로파 주파수 전송 라인 고려사항은 단지 센티미터의 문제로 기기 내부에서 중요해질 수 있다. 현대의 컴퓨터 프로세서에 의해 처리되는 매우 높은 데이터 전송 속도에서, 전송 라인 고려사항은 심지어 개별 통합 회로 내부에서조차 중요할 수 있다. 평면 기술은 이러한 종류의 소형 애플리케이션을 위해 개발되었으며 장거리 전송에는 적합하지 않다.

스트립라인

스트립플린은 도체 위와 아래에 모두 지면이 있는 평평한 도체다. 두 지면 사이의 공간이 유전체로 완전히 채워지는 스트립플린의 변형을 삼판이라고도 한다. 스트립플린은 변속기 라인 패턴을 인쇄 회로 기판에 에칭하여 제조할 수 있다. 이 판자의 바닥은 구리로 완전히 덮여 있고 바닥의 지면을 형성한다. 두 번째 판자는 첫 번째 판 위에 고정되어 있다. 이 두 번째 판자는 맨 아래에는 무늬가 없고 맨 위에는 평범한 구리가 있어 맨 위 지면을 형성한다. 구리 호일 한 장을 두 개의 보드에 감싸서 두 개의 지상 평면을 전기적으로 단단하게 결합할 수 있다. 반면에 레이더와 같은 고출력 응용을 위한 스트리플린은 주기적인 유전체 지지대(기본적으로 공기 유전체)를 가진 고체 금속 스트립으로 만들어질 가능성이 더 높다.

마이크로스트립

마이크로스트립은 스트립라인과 유사하지만 도체 위에 열려 있다. 송전선 위로는 유전체나 지상면이 없고, 라인 아래로는 유전체 및 지상면만 있을 뿐이다. 마이크로스트립은 특히 국내 제품에서 인기 있는 포맷으로, 마이크로스트립 부품은 인쇄회로기판의 확립된 제조 기법을 사용하여 만들 수 있기 때문이다. 따라서 설계자는 개별 구성요소 회로를 마이크로스트립 구성요소와 혼합할 수 있다. 더욱이 어차피 보드를 만들어야 하기 때문에 마이크로스트립 부품은 추가 제조원가가 없다. 비용보다 성능이 중요한 용도의 경우 인쇄 회로 대신 세라믹 기판을 사용할 수 있다. 마이크로스트립은 스트립라인에 비해 또 다른 작은 장점을 가지고 있다; 동일한 임피던스에 대해 선폭이 마이크로스트립에서 넓기 때문에 제조 공차 및 최소 폭은 고임피던스 라인에서 덜 중요하다. 마이크로스트립의 단점은 트랜스미션 모드가 완전히 가로가 아니라는 것이다. 엄밀히 말하면, 표준 전송선 분석은 다른 모드가 존재하기 때문에 적용되지 않지만, 사용 가능한 근사치가 될 수 있다.

집적회로

통합 회로 내의 연결은 일반적으로 평면이기 때문에 평면 전송 라인은 이러한 연결이 필요한 경우 자연스러운 선택이다. 송전선로의 필요성은 마이크로파 집적회로(MIC)에서 가장 많이 발견된다. MIC를 만드는 데 사용되는 재료와 기술은 매우 많으며, 전송선은 이들 기술 중 어느 것에서도 형성될 수 있다.

평면 트랜스미션 라인은 단순히 구성 요소나 유닛을 함께 연결하는 것 이상의 용도로 사용된다. 그것들은 그 자체로 구성 요소와 유닛으로 사용될 수 있다. 어떤 전송선 형식도 이런 식으로 사용될 수 있지만 평면 형식은 종종 그들의 주된 목적이 된다. 전송 라인에 의해 구현되는 대표적인 회로 블록에는 필터, 방향 쿠플러 및 전력 스플리터, 임피던스 매칭 등이 있다. 마이크로파 주파수에서 이산형 부품은 비실용적으로 작아야 하며 전송 라인 솔루션만이 유일하게 실행 가능하다. 반면에, 오디오 어플리케이션과 같은 낮은 주파수에서는, 송신 회선 장치는 비실용적으로 클 필요가 있다.

송전

전력 분배는 보통 균형 잡힌 3상 전송의 형태로 이루어진다. 그러나 상대적으로 적은 양의 전력이 필요한 일부 원격 위치에서는 단일 와이어 접지 복귀 시스템을 사용할 수 있다.

참조

참고 문헌 목록

• Huurdeman, Anton A, The World History of Telecommunications, John Wiley & Sons, 2003 ISBN0471205052.
• Curran, J.E.; Jeanes, R.; Sewell, H, "박막 하이브리드 마이크로파 회로의 기술", IEEE 부품 거래, 하이브리드 및 포장, vol. 12, iss. 1976년 12월.