도파관 커플러는 도파관 경로 사이에 전자기 에너지를 결합해 신호 샘플링, 분배 또는 정해진 조건의 합성을 수행하는 수동 부품입니다. 모든 커플러가 동일한 T분기이거나 3 dB 등분배기는 아닙니다. 먼저 포트 그림과 결합 기능을 확인해야 합니다.
주 경로에서 일부를 샘플링한다
방향성 결합기는 벽의 구멍이나 슬롯 등 설계된 결합 구조를 통해 주 선로의 파 일부를 다른 경로로 전달합니다. 다중 결합의 위상 관계를 이용해 진행 방향을 구별할 수 있습니다.
결합이 일어난다고 새로운 전력이 생성되지는 않습니다. 입력 전력은 통과·결합·반사·손실 등으로 나뉘며 각 항은 실제 조건에 따라 달라집니다.
결합도와 전력의 계산
정해진 입력과 결합 포트의 전력에 대해 양의 결합도 C = 10 log10(Pin/Pcoupled)로 표현합니다. 20 dB 결합이면 이상적으로 입력의 1%가 결합 포트로 갑니다.
예를 들어 입력 100 W에서 20 dB 결합은 1 W에 해당합니다. 센서는 그 전력과 대역을 견뎌야 하며, 필요하면 적합한 감쇠를 사용합니다. 결합도만 보고 센서를 직접 연결하지 않습니다.
이상적 3 dB 하이브리드의 등분배는 각 출력 약 절반의 전력을 뜻합니다. 각 경로의 총 삽입 손실을 0.5 dB 미만이라고 쓰면서 동시에 수동 등분배라고 설명할 수는 없습니다. 추가 손실과 분배 자체를 구분합니다.
격리도와 방향성은 별개다
입력, 통과, 원하는 결합, 격리 출력을 각각 1·2·3·4로 정의하고 같은 기준 임피던스로 측정하면 C = −20 log|S31|, I = −20 log|S41|이며 D = I − C입니다.
C = 20 dB, I = 50 dB라면 방향성 D는 30 dB입니다. 실제 번호가 다르면 데이터시트의 정의를 따라야 합니다. 사용하지 않는 포트의 종단 상태도 측정 결과에 영향을 줍니다.
분배·하이브리드·매직티
도파관 T접합, 방향성 커플러와 하이브리드는 포트 간 진폭·위상 관계가 다릅니다. 90° 하이브리드나 합·차 포트를 갖는 매직티도 같은 그림으로 취급하지 않습니다.
모든 수동 3포트 분배기가 손실 없이 모든 포트에서 정합·상호성·출력 격리를 동시에 제공한다고 가정할 수 없습니다. 회로의 포트 수와 내부 종단을 확인합니다.
합성할 때 필요한 조건
상호적인 부품은 역방향 사용이 가능할 수 있지만 두 신호의 위상, 진폭과 주파수에 따라 출력 분포가 달라집니다. 남는 에너지가 격리 포트 부하로 갈 수도 있습니다.
분배 모드의 전력 사양을 임의의 두 송신기 합성 조건에 그대로 적용하지 않습니다. 각 포트, 내부 부하와 반사 조건의 허용치를 검토합니다.
어디에서 쓰는가
- 송신 경로의 순방향 전력 샘플링.
- 반사파 감시와 부하 정합 확인.
- 측정 기준 신호 또는 비교 채널 구성.
- 정해진 위상·진폭으로 배열이나 장치에 분배.
- 하이브리드의 합·차 신호 처리.
고정된 18–220 GHz 범위나 모든 도파관의 0.01 dB/m 손실은 존재하지 않습니다. 단면, 모드, 재료와 사용 대역을 지정합니다.
검증할 사양
주파수별 결합도, 평탄도, 통과 손실, 격리도, 방향성과 반사를 확인합니다. 위상 관계가 필요한 용도는 위상 불균형도 포함합니다. 평균·피크 전력과 냉각 및 플랜지 조건은 따로 명시합니다.
방향성 결합기와 매직티의 정의를 참고하십시오. VNA의 소신호 측정은 지정 포트와 종단에서 수행하며, 전력 내성을 별도로 평가합니다.
