導波管トランジションは異なる断面や励振方式を結びます。設計の出発点は両ポートのモード、帯域、反射、損失と機械的制約です。挿入損失0.05 dB未満や締付け6 N·mは全トランジション共通の条件ではありません。
変換の目的を定める
矩形断面同士、矩形と円形、または同軸と導波管などの組合せがあります。二つのスカラーインピーダンスを合わせるだけでなく、電磁界の分布と結合を考えます。
運用周波数、モード、必要な偏波と基準面を指定します。両端で目的のモードが要求帯域内を伝搬できるか確認してください。
遮断と高次モード
空気充填矩形導波管のTE10遮断はc/(2a)、aは内幅です。WR-90では約6.56 GHzで、一般的な使用帯域8.2～12.4 GHzとは異なります。遮断直上をそのまま保証下限にしません。
不連続部は局所的なエバネッセント場や高次モードも励振します。すべてが遠くへ電力を運ぶわけではありませんが、整合に影響します。実際に伝搬するモードと局所場を区別します。
段付き、テーパーと励振構造
段付き構造は小型化しやすい一方、整合要素を要する場合があります。滑らかなテーパーは変化を長さ方向へ分散させます。形状を帯域とモードで比較します。
同軸からはプローブ、ループなどの励振方式を選びます。位置、向きと背面終端が重要で、すべての形状に共通のλ/4距離や±5 μm公差はありません。
長くすると特定の反射を小さくできても、寸法と導体経路が増えます。目的関数と制約を定め、単に最長または最短を選ばないでください。
電磁界モデルを検証
- 断面、接合、角丸と材料を表します。
- ポートとモード、正規化を整合させます。
- 実損失の評価には導体・誘電体損失を含めます。
- メッシュ収束と結果の感度を調べます。
- 帯域と製造公差の組合せを評価します。
一周波数だけの小さなS11では帯域端の劣化を見逃します。多モード構造では、目的出力モードに届かない電力が反射、別モード伝送や熱として分かれます。
二つのメッシュで結果が近いことは確認の一部です。誤った材料や境界条件まで正しくなるわけではありません。
伝送・位相・遅延
適切な定義の二ポートではS21が伝送、S11が反射を表します。正の挿入損失と負のS21 dB表示を区別します。
広帯域信号には位相応答も重要です。群遅延τg = −dφ/dωでは連続化した位相と基準面が必要です。一定の遅延と周波数ごとの遅延変動は同じではありません。
製造、温度と組立て
工具半径、バリ、表面、めっきと接合を検討します。公差はRF感度とインターフェースから決め、CNCや電鋳という工法名だけで与えません。
温度は寸法と物性を変えます。50°Cを超えたらすべて同じ対策が必要という共通境界はありません。平均・ピーク電力、放熱と圧力を実際の条件で評価します。
フランジ、シールとねじは個別の組立て条件を守ります。すべて同じトルクでは変形や接触不良の原因になり得ます。
試作と測定
必要な面までVNAを校正するか、使用アダプターを適切に特性評価します。帯域全体、再接続の再現性と実寸法に合わせたモデルの一致を確認します。
二つを背中合わせにする測定は有用ですが、相互反射や個体差を無視して総損失を二等分できるとは限りません。導波管関係式とSパラメーターを基に、必要な電力・環境試験を追加します。
