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導波管と同軸の電力分配器：損失・分離・電力で選ぶ

導波管電力分配器は高い周波数や電力、既存導波管との統合に適する場合があります。ただし選定は全帯域、追加損失、ポート間分離、相対位相と運用条件で決めます。同軸ケーブル単体と分配器では機能が異なるため、同じ分配機能を持つ経路全体を比較します。

分配による減少と追加損失

理想的なN出力等分配器では、各出力が入力電力の1/Nを受け取ります。入力から一出力への減少は10 log10 N dBで、2分配なら約3.01 dB、4分配なら約6.02 dBです。

2分配器の0.2 dBが追加損失を意味する場合、各出力までの総減少は約3.21 dBです。入力100 W、等分配とこの条件を仮定すると出力は各約47.75 Wです。総挿入損失0.2 dBと解釈すると電力収支が合いません。

損失には基準と整合条件が必要です。反射、他ポートへ移った電力と発熱を区別し、データシートが分配量を含むか確認します。

単純な導波管T接合、マジックティーと同軸ポートを持つWilkinsonは同じ回路ではありません。相反的な無損失3ポートは、全ポートを同時に完全整合できません。導波管という伝送形式だけで30 dBの出力間分離が生まれるわけではありません。

マジックティーは4ポートの180°ハイブリッドです。理想的な和ポート入力は二つの共線ポートへ同相で等分配され、差ポート入力は180°差で分配されます。未使用ポートと負荷を定義します。

Wilkinsonは分離抵抗を使う別の例です。理想的な整合・等分配条件では抵抗両端の電位が同じで、その抵抗で電力を消費しません。逆方向の合成や不平衡では抵抗の負担が変わります。

標準WR-15の一般的な使用範囲は50–75 GHzです。94 GHzでは通常、WR-10の75–110 GHz帯を検討します。WR-15という名称だけで94 GHz分配器の性能を主張しません。

通常の導波管の遮断は、自動的な上側阻止帯を作りません。推奨上限を超えると高次モードなどが問題になり得るため、帯域外の全エネルギーが遮断されるという説明は不適切です。

同軸の基本TEMに下限遮断がなくても、実際のケーブル、コネクタと分配器には損失や高次モードによる限界があります。DCから光周波数まで無条件に使える、または40 GHz以上では全同軸が使用不能という主張はどちらも誤りです。

適切な金属導波管は中心導体を持たない構造を活用して損失や電力要求を満たせます。実際の値は寸法、材質、表面、長さと接合で決まります。

ピーク電界、平均発熱、圧力、窓、接合部と負荷反射を評価します。kW級やアルミ製という名称だけで定格を決めません。同軸分配器も型式と冷却条件で判断します。

表皮効果は導波管壁にも作用します。銀めっきが全高周波で無意味になるわけではなく、膜、粗さと電流経路を合わせて検討します。

既存経路が導波管なら不要な同軸遷移を減らせます。狭い空間の複雑な配線では同軸が便利な場合がありますが、長さ、曲げと温度による位相安定性を確認します。

導波管にもベンドや遷移部が必要です。フランジ位置、シールと支持が重要で、一度の校正がすべての組立誤差を消すわけではありません。

部品、変換器、組立、試験、修理と交換を同じ供給範囲で見積もります。価格が常に30%増える、寿命が必ず3倍になるという値は使いません。