導波管ツイストは、断面、帯域、回転の分布、長さと許容するモード変換から仕様を決めます。幾何学的な回転角と伝送の電気的位相は別の量です。形状を定義しないθ = arctan(ΔL/πD)は、矩形ツイストの一般設計式にはなりません。
役割と座標系を決める
固定ツイストは矩形断面を回転させ、両端で必要なモードの向きを接続します。RFロータリージョイントのように連続的な機械回転を可能にする部品とは異なります。
軸z、見るポート、初期方向、符号と最終角度を図面に記載します。反対側から見れば時計回りの見え方が変わるため、角度だけの指定では不十分です。
角度とねじれ勾配
断面の回転をφ(z)とすれば、全角θ = φ(L)−φ(0)、局所勾配q(z) = dφ/dzです。均一な回転ではq = θ/Lとなります。
100 mmの間に90°回転する例は0.9°/mm、約15.71 rad/mです。これは幾何学的な例であり、すべてのWR型式に推奨する長さではありません。
端部で勾配を滑らかに変える形は急な変化を抑える候補になりますが、それだけで帯域は保証されません。長さ、回転分布と接続部を含む電磁解析が必要です。
遮断と導波波長
空気を満たした直線矩形断面のTE10では、fc = c/(2a)、β = (2π/λ0)√[1−(fc/f)²]、λg = 2π/βです。これらは初期の寸法尺度であり、ねじれ構造全体を完全に表す式ではありません。
WR-42のa = 10.668 mmでは遮断は約14.05 GHzです。20 GHzで自由空間波長は約14.99 mm、導波波長は約21.06 mmになります。通常の使用帯域は18～26.5 GHzです。
同じ長さでも周波数によって位相は変わります。断面を90°回すこととS21の位相が90°になることは同義ではありません。実際の構造は場と反射にも影響します。
モードの評価
入口・出口のモードを、それぞれのローカル座標で定義します。意図した向きの回転を、固定した全体座標に対する不要な交差偏波と混同しないでください。
不均一な部分ではほかの場やモードが励起され得ます。遮断以下で近傍から減衰するものも、電力を運ぶものもあります。ポートモードと測定・解析面を適切に設定します。
低いS11と選んだモード対の良いS21だけでは、任意の「モード純度98%」を証明しません。対象モードと電力の正規化を明示します。
材料と製造公差
導電率、めっき、表面と継目をモデルへ反映します。中空金属設計に、関係のないブリュースター角を補正する目的で任意の誘電体を加えません。
角度、断面、長さ、ずれと端部形状への感度を調べます。±0.05 mmは全周波数共通の要求ではありません。熱変形は拘束と温度勾配にも依存し、均一膨張と不均一変形を区別します。
検証できる仕様にする
- 回転：角度、符号、基準とポート面。
- 伝送：モード、帯域、損失と位相。
- 反射：全帯域の両ポート。
- 不要モード：対象集合と評価方法。
- 運用：電力、温度、圧力と負荷。
VSWR 1.2は|Γ| ≈ 0.0909、リターンロス約20.83 dB、反射電力約0.826%です。S11 = −12 dBなら反射電力は約6.31%であり、25%ではありません。
試作後の確認
定義した回転分布でモデルを作り、メッシュ収束、周波数と公差を評価します。適切な校正で試作品を測り、再接続性を確認します。位相比較では基準面とモードの方向をそろえます。
必要な温度・電力試験を加えます。TRLを必ず三回繰り返す、全フランジに導電ペーストを塗るといった共通規則はありません。
