円錐状の導波管遷移部は軸に沿って断面を変えます。寸法の接続、反射低減、モード制御と部品統合に利用できますが、効果は形状と励振に依存します。円錐というだけで広帯域、一定50 ΩやVSWR 1.2未満にはなりません。
遷移部・ホーン・一様導波管を区別
閉じた遷移部は二つの導波路を接続します。ホーンは放射開口へ広がります。同じ円錐状でも機能は異なります。
通常の中空金属導波管には遮断周波数を持つTE/TMモードがあり、同軸のTEMとは違います。同軸端子の50 Ωを等価回路の定義なしに全構造へ当てはめません。
1. 断面を段階的に接続
急な段差は場を変え、反射や追加モードを励振します。徐々に変える構造では変化を長さ方向へ分散し、目的帯域の不要な影響を抑える設計ができます。
直線的な円錐は一つの形状です。長さ、角度と両端寸法を一緒に決めます。短すぎれば強い不連続が残り、長くすると質量と導体損失のある経路が増えます。
2. 周波数応答を整える
反射の目標に合わせて形状を最適化しても、接続先の遮断は消えません。細い側が必要モードを伝搬できないとき、太い側だけでは全経路を広帯域化できません。
理想的な空気充填円形断面では fc,TE11 ≈ 1.8412c/(πD)です。D = 30 mmなら約5.86 GHzです。断面が変わる遷移部では、この局所的な評価だけで全体の散乱を決められません。
次のTM01モードの係数は約2.4048で、遮断比は約1.306です。円形から一律に単一モード帯域2:1を保証することはできません。
3. モードと偏波を管理
対称性と形状は目的の場を保つ、または設計した変換を行うのに役立ちます。ずれ、欠陥や非対称な給電は不要成分を励振します。
直交するTE11状態の振幅と位相を設定して偏波を設計できます。円錐だけで円偏波が生じるわけではなく、全TE/TMに同じ性能を保証しません。
定義したモード間の伝送を計算または測定します。良いS11だけでは、出力がすべて目的モードになったことを証明できません。
4. 給電部品を統合
遷移部は給電、偏波器、OMTなどの寸法を合わせます。インターフェース、支持と帯域を考慮すれば実装に役立ちます。
反射鏡用ホーンでは照射分布、spilloverと位相中心も評価します。閉じた遷移部のSパラメータ最適化だけでは放射特性を確定できません。
損失と電力
導電率、粗さ、長さ、接合とモードが損失に影響します。すべての直線管や矩形管に対して30–50%改善する共通則はありません。
平均電力は発熱に、ピーク電力は局所電界と放電にも関係します。圧力、窓、汚れと負荷反射を含めます。線形な相反構造の伝送関係は、どちら側からでも同じ発熱や許容電力になるという保証ではありません。
利点を検証する資料
| 目的 | 確認 |
|---|---|
| 整合 | 全帯域の反射。 |
| 伝送 | モードと基準面を定めた損失。 |
| 場の品質 | 不要モードと偏波。 |
| 統合 | 寸法、接続、電力と環境。 |
